基于ANSYS的数控机床7∶24锥度工具系统模态分析.pdf

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1、功能部件Functi0nUi基于ANSYS的数控机床7：24锥度工具系统模态分析周秦源周志雄①汤爱民②肖思来(①湖南大学机械与运载工程学院，湖南长沙410082；②株洲硬质合金集团有限公司，湖南株洲412007)摘要：为了分析数控机床7：24锥度工具系统在高速旋转的振动特性，基于UG—NX5造型软件平台构建了7：24锥度工具系统三维几何模型。并根据实际工况建立有限元模型，利用ANSYS软件对施加有位移约束的有限元模型进行了前六阶模态分析，得出固有频率和振型，为数控机床7：24锥度工具系统的动力特性设计和模态实验分析提供了重要的依据。关键词：ANSYS7：24锥度工具系统模态分析中

2、图分类号：TH164文献标识码：BModalAnalysisof7：24TaperToolSystemforNCMachineBasedonANSYSZHOUQinyuan①，ZHOUZhixiong①，TANGAimin②，XIAOSilai②(@CollegeofMechanical&VehicleEngineering，HunanUniversity，Changsha410082，CHN；@ZhuZhouCementedCarbideGroupCo．，Ltd．，HunanUniversity，Zhuzhou412007，CHN)Abstract：Toanalyzevibra

3、tionofthe7：24tapertoolsystemforhigh-speedrotation，three-dimensionalgeometricmodelofthe7：24tapertoolsystemisbuiltbyUG-NX5softwareplatformandthefiniteelementmodelissetuponactualcondition．UsingANSYSsoftwaretoanalysisthefiniteelementmodelimposeddis—placementconstraints，naturalfrequenciesandmodesh

4、apesofthefirstsixmodalareobtained．Itpro—videsanimportantbasisfordynamiccharacteristicsdesignandexperimentalmodalanalysison7：24ta—pertoolsystemforNCmachine．Keywords：ANSYS；7：24Taper；ToolSystem；ModalAnalysis数控机床工具系统是机床的重要组成部分，承担有限元法的应用发展，为研究高速工具系统的动态特着数控机床主轴(或者刀座)和刀具的连结任务，其结性提供了良好的技术手段。本文以应用广泛的7

5、构和性能直接影响高速加工的质量和效率¨J。近年来，7：24锥度工具系统在数控机床中应用广泛，作为连结高速机床主轴和切削刀具、传递动力扭矩的重要结构，它具有快速装卸、制造成本低、使用可靠等优点。但是，在加工过程中，由于设计结构等因素都会引起刀尖处作用力的变化，引起振动，影响了工件的尺寸精度、形位精度以及表面质量，严重时还会损坏刀具和主轴。因此，必须对数控机床工具系统进行模态分析。。对于各类动力学问题，解析法只能求解一些形状比较规则、结构比较简单的系统，应用范围非常有限。图17：24-I-具系统结构图国家科技重大专项(2009ZX04012—031)，国家自然科学基金项目(E0509

6、01)；湖南省教育厅科研项目(09C1306)；湖南省自然科学基金项目(10JJ5060)6·功能部件：24锥度工具系统为研究对象(图1)，通过UG—NX5由于连结部没有质量，其振动微分方程为软件构建7：24锥度工具系统三维模型，以ANSYS软CX(t)+KX(t)=0(7)件作为有限元求解器进行模态分析，得出前六阶的固有频率和振型，为数控机床7：24锥度工具系统的动力特性设计和模态实验分析提供重要的依据。1理论计算及分析1．1有限元理论计算模态分析是通过研究无阻尼的自由振动，得到系统的固有频率和振型。在进行分析时，对于一个多自由度线性系统，其运动微分方程为MX(t)+CX(t)

7、+KX(t)=F(t)(1)图27：24主轴／刀柄连结部动力学模型其中：为质量矩阵，C为阻尼矩阵，K为刚度矩阵，为位移向量，F(t)为作用力向量，t为时间。对于无阻2有限元模型的建立与分析尼无外载荷的自由振动问题，其阻尼项和外力项均为2．1有限元模型的建立零。于是模态分析动力学方程为将7：24工具系统作适当简化后，通过三维建模MX(t)+KX(t)=0(2)软件UGNX5建立7：24主轴／刀柄连结的三维模型，由于系统的自由振动可以看作各节点的简谐振如图3所示。并根据刀具和刀柄连结