基于ANSYS Workbench对立式车床横梁的模态分析.pdf

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1、研究与分析2013年第4期(第26卷，总第126期)·机械研究与应用·基于ANSYSWorkbench对立式车床横梁的模态分析孙广敏，安丰柱(1．滕州市产品质量监督检验所，山东滕州277500；2．山东省质量技术监督干部学校，山东济南250000)摘要：立式车床的横梁在机床X-作过程中起到对刀架的固定与支撑的作用。针对切削加工中产生的振动对横梁造成的影响及严重影响其加工精度的问题，利用ANSYSWorkbench对某型号单立柱立式车床横梁进行模态分析，对提取的前6阶固有频率与与之相对应的振型的变化和加工精度影响进行了分析。关键词：横梁；模态分析；固有频率；振型；ANSY

2、SWorkbench中图分类号：TH16；TG65文献标志码：A文章编号：1007—4414(2013)04—0040—02ModalAnalysisofVerticalLatheBeamBasedonANSYSWorkbenchSUNGuang—min．ANFeng—zhu(】．TengJ~ouCi￡yInstituteofProductQualitySupervision＆Inspection，TengzhouShandong277500，China；2．ShanclongCadreSchoolo，’QualityTechnologyandSupervision，J

3、inanShandong250014，China)Abstract：Beamsintheverticallathemachineworkprocessplayedonthetoolholdersupportingrole．Thevibrationgeneratedinthecuttingprocesswillhaveagreatimpactbeams，andseriouslyaffecsthemachiningaccuracy．Thustheanalysisforverti—callathebeammo&,disneeded．Inthispaper，extracting

4、thefirstsixnaturalfrequenciesandmodeshapescorrespondingto，thechangesandaccuracyinfluenceareanalyzed．Keywords：beam；modalanalysis；naturalfrequency；modes；ANSYSWorkbenchl引言理的理论支持。立式车床适用于对大型盘类零件的加工，而单立2振动数学模型柱立式车床适用于直径较小的盘类零件，其具有结构在对数控立式车床的立柱动力学分析中，物体的紧凑的优势，在机械制造行业中广泛应用。但由于单模态参数由固有频率与与之相对应振型组

5、成。这两立柱立式车床在加工过程中并不是采用双立柱式立个参数主要由物体的结构、质量和硬度决定。因此，式车床所采用的简支梁结构，而采用的是悬臂梁，这可根据自由振动基本微分方程对其分析。●就造成了在加工过程中由于震动等现象的形变更加●●MX(t)+CX(t)+KX(t)=F(t)(1)严重。因此，横梁的结构是否合理对机床的加工精式中：为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；X度、工作稳定性、加工效率、使用寿命等衡量机床的各为位移向量；F(t)为作用力向量；t为时间。个性能指标都有很大程度上的影响。由于此结构阻尼较小，对固有频率与振型影响较横梁的结构主要为箱体结构，这样的结构对

6、于横小，故可忽略不计。因此当F(t)=0时，方程变为：梁来说可以有效降低切削力对于加工时的影响，对于MX(t)+KX(t)=0(2)横梁的振动也有一定的克制作用。在机床运行中，横结构自由振动时，结构上的各个节点做简谐振梁的振动主要由传动系统的精度误差，切削过程中工动。各点的位移为：件的不均匀性等造成的机床受迫振动与机床部件在(t)=AXsin(+0)(3)工作过程中发生的弯曲或扭摆、运动部件在低速运动()=一60。A×sin(t+)(4)时产生爬行现象等造成机床的自激振动。这些振动的频率与机床的横梁固有频率相等或接近时，会造式中：4为自由振动时各节点的振幅向量。成共振现

7、象生成。严重影响机床的加工精度与表面将式(3)、(4)代人式(2)中得：质量，更重要的是造成机床零部件的破坏，降低使用M+K=0(5)寿命。因此有必要对机床的横梁进行模态分析。笔式中：式(5)是关于广义特征值的n次方程，对者利用有限元软件ANSYSWorkbench对横梁进行模应于每一阶固有频率。态分析，并对其前6阶固有频率与与之相对应的振型3建立三维模型进行分析与研究，为日后的结构优化设计提供合本研究分析的模型为单立柱立式车床横梁结构。收稿日期：2013—06—17作者简介：孙广敏(1969一)，女，山东滕州人，助理工程师，主要从事机械