数控转塔冲床机身模态分析与优化设计.pdf

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1、文章编号：1672—0121(2011)04—0020—04数控转塔冲床机身模态分析与优化设计陈琪。高建和，吴宏祥，徐长奎(1．扬州大学机械工程学院，江苏扬州225127；2．江苏金方圆数控机床有限公司，江苏扬州225127)摘要：采用有限元分析软件ANSYS对数控转塔冲床机身进行有限元模拟，并与实验相结合，对其进行模态分析和优化设计，得到机身的最优结构模型。由分析可知，改进后的机身动态性能得到了极大提高。关键词：机械设计；结构优化；数控转塔冲床；模态分析中图分类号：TG385．1文献标识码：B1引言

2、主板模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，其为结构系统提供系统模态参数，为振动特性分析、振动故障诊断以及结构动力特性的优化设计提供依据。模态分析可分为理论模态分析和实验模态分析。理论模态分析运用有限元法对振动结构进行离散化，建立特征值的数学模型，求出系统的固有频率和振型。实验模态分析首先利用实验测得激励和加强筋响应的时间历程，再运用数字处理技术求出系统模态参数。图1数控转塔冲床机身模型数控转塔冲床是加工板材的精密机床，其加工表1机身固有频率与振型精度、可靠性与机身有很大关系。机身是整机中质量阶次频

3、"~／Hz振型特征和体积最大的零部件。因此，对其进行动态分析和优131．62Z方向一阶弯曲振动化设计是很有必要的。2583OZ方向二阶弯曲振动2数控转塔冲床机身模态分析393．00X方向一阶弯曲振动数控转塔冲床由两块主板、加强筋以及六个支4l25-38l，方向一阶扭转振动撑焊接组成，六个支撑与地面通过螺栓紧固，如图15139．79方向三阶弯曲振动所示。主板是机身的主要受力零件，其强度和刚度是6157_3OZ方向四阶弯曲振动衡量机身是否合格的标准，加强筋用于增加主板的强度与刚度。数控转塔冲床模态分析时，

4、在Solid—从数控转塔冲床机身固有频率和振型图可以看Works中建立三维模型，然后将其导入ANSYS中进出：第三、五阶振型为X方向的弯曲；第四阶振型为行有限元计算。分析时，机身主板与加强筋部位做Y方向的弯曲；第一、二、六阶振型为Z方向的弯曲。合部采用弹数控转塔冲床机身变形主要发生在机身的上半部分，下半部分变形较小，说明机身上半部分刚度不足，需要加强；下半部分刚度较大，可以适当减少材动态性能影料。身前6阶固3数控转塔冲床机身实验分析仅对数控转塔冲床机身做有限元模态分析，不动相关研究能确定分析的正确性，

5、需要与实验相结合，以获得能变，见图12所示。由此可见，添加加强筋后机身一、表2冲床固有频率实验与计算对比二阶固有频率提高很多，而一、二阶固有频率对数控方向计算值／Hz试验值／Hz相对误差／％转塔冲床机身的动态性能影响最大，达到了提高数方向93．OO96．0O3．13％控转塔冲床动态性能的目的。125-38128．52．43％y方向31．6232．OO3．32％58．3O61．55．20％Z方向l39．79144．53．12％157-30152．O04．66％度小，对机身z方向进行加强，将提高机身的一、

6、二234567阶固有频率。观察机身一、二阶振型云图，机身存在阶次薄弱环节，在机身薄弱环节添加加强筋，如图10～11所示，机身的固有频率提高，振动将降低。数控转塔冲床机身优化频谱图5结语p本文采用有限元仿真技术，在ANSYS中进行有H／斛限元模拟，得到数控转塔冲床机身的固有频率，将仿舳∞∞加∞舳∞∞加OO真结果与实验结果做对比，确定正确的模型。在模型正确的基础上，以固有频率为目标，对机身进行动态图优化，得到满意的机身设计结果。【参考文献】图1O机身添加一块加强筋示意图叶亮，高建和，田万英，詹俊勇．激光切

7、割机横梁的模态特性分析．扬州大学学报(自然科学版)，2009，12(2)：75—78．季忠，高训涛，孙胜，王洪新闭式数控压力机机身动态响应分析．锻压机械，2001，36(1)：38—40．陈桂平，文桂林，崔中．高速磨床床身结构动态分析与优化．机床试验研究技术，2009，(2)：19—23．林道盛．锻压机械及其有限元计算[M]，北京：北京工业大学出版社，2003．金红．高速压力机闭式组合机身有限元分析与优化．硕士学位论文，2004：18—19．图11机身添加两块加强筋示意图张祖芳．开式压力机有限元分析及

8、其优化设计．硕士学位论文，通过计算可得，当添加一块加强筋时，机床一阶2004：29-33．频率提高6．43Hz，二阶频率提高9．97Hz，其他频率几乎不变；当添加两块加强筋时，机床一阶频率提高10．65Hz，二阶频率提高15．36Hz，其他频率几乎不ModalanalysisandoptimizeddesignfortheframeofCNCturretpunchpressCHENQi，GAOJianhe，WUHongxiang，XUChangkui(1