数控机床BIG—PLUS工具系统的动态特性研究.pdf

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1、2011年7月机床与液压Ju1．2011第39卷第l3期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．：39No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．13．031数控机床BIG—PLUS工具系统的动态特性研究卢端敏，周秦源，侯德政，陈益林，李秀兰(张家界航空工业职业技术学院，湖南张家界427000)摘要：以有限元分析与模态分析理论为基础，建立基于UG—NX5造型软件平台的BIG—PLUS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

2、移约束的有限元模型进行了前四阶模态分析，得出固有频率和振型，为数控机床BIG—PLUS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：BIG-PLUS；工具系统；模态分析中图分类号：TH123文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)13～103—3ResearchonDynamicCharacteristicsofBIG．PLUSToolSystemforNCMachineLUDuanmin，ZHOUQinyuan，HOUDezheng，CHENYilin，LIXiulan(Zh

3、an舀iajieAviationIndustryVocationalTechnicalCollege，Zhan舀iajieHunan427000，China)Abstract：Withfiniteelementanalysisandmodalanalysistheoryasafoundation，three-dimensionalgeometricmodeloftheBIG—PLUStoolsystemwasbuiltbasedonUG—NX5configurationsoftwareplatform，an

4、dthefiniteelementmodelwassetuponactualwork-ingcondition．UsingANSYSsoftwaretoanalysisthefiniteelementmodelimposeddisplacementconstraints，naturalfrequeneiesandvi-brationmodeshapesofthefirstfourmodalwereobtained．Itprovidesanimportantbasisfordynamiccharacteris

5、ticsdesign．andexperi-mentalmodalanalysisonBIG—PLUStoolsystemforNCmachine．Keywords：BIG·PLUS；Toolsystem；Modelanalysis在由机床一刀具一夹具一工件组成的工艺系统器进行模态分析，得出前六阶的固有频率和振型，为中，数控机床工具系统是机床的重要组成部分，承担数控机床BIG—PLUS工具系统的动力特性设计和模态着数控机床主轴(或者刀座)和刀具的连结任务，实验分析提供了重要的依据。其结构和性能直接影响高速加工

6、的质量和效率⋯。BIG-PLUS工具系统是日本大昭和精机公司开发的改进型7：24锥柄工具系统。它与现有的7：24锥柄完全兼容，具有与主轴的接触面积增大、刚性增强，重复精度高，端面的定位使轴向尺寸稳定等特点。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，影响了工件的尺寸图1BIG—PLUS工具系统精度、形位精度以及表面质量，严重时还会损坏刀具1理论计算及分析和主轴。因此，必须对数控机床BIG．PLUS工具系统1．1有限元理论计算进行动态特性分析。模态分析是通过研究无阻尼的自由振动

7、而得到系对于各类动力学问题，解析法只能求解一些形状统的固有频率和振型。在进行分析时，对于一个多自比较规则、结构比较简单的系统，应用范围非常有由度线性系统，其运动微分方程为限·。有限元法的应用发展，为研究高速工具系统的动态特性提供了良好的技术手段。作者以BIG—PLUS(t)+C(t)+KX(t)=F()(1)工具系统为研究对象(如图1所示)，通过UG—NX5式中：M为质量矩阵，c为阻尼矩阵，：为刚度矩软件构建三维模型，以ANSYS软件作为有限元求解阵，为位移向量，F(t)为作用力向量，t为时间。收稿日期：2

8、010—06—11基金项目：国家自然科学基金项目(E050901)；湖南省教育厅科研项目(09C1306)；湖南省自然科学基金项目(10JJ5060)作者简介：卢端敏(1964一)，男，硕士，副教授，研究方向为机械制造及自动化。电话：13974496708，E—mail：hn8255287@126．eom。·104·机床与液压第39卷对于无阻尼无外载荷的自由振动问题，其阻尼项和外CX(t)+KX(t)=0(7)力