為了保證零件的加工精度 , 機床要具有足夠的靜剛度 , 因而有必要對機床進行結構靜力分析 , 從中找出影響機床剛度的主要因素 。在此基礎上 , 可以對機床相應零部件進行結構優化設計 , 以提高機床的整體剛度和性能 。在工程技術領域內 , 這項工作常用數值模擬方法來實現 , 主要是有限元法 。
KT-450高速數控雕銑機最高轉速 25 000 r/min,外觀結構如圖 1 所示 。由于加工時受到動載荷的作用 , 產生振動 , 使加工質量不穩定 , 工件表面質量較差 , 生產效率低 。分析其原因主要是由于高速切削時引起的強迫振動引起的 。作者試圖從機床模態分析來解釋這種現象 , 并提出解決問題的建議 。
1 雕銑機動力學模型
整個雕銑機存在兩個獨立的振動系統 :
(1)以工作臺為主 , 包含滾動導軌和滾珠絲杠在內的工作臺系統 ; (2)包括豎直滑板 、 橫向滑板 、橫梁和立柱的滑板系統 。由于阻尼對系統的固有頻率影響較小 , 所以文中的力學模型沒有考慮阻尼 , 主要研究滾動導軌和滾珠絲杠的剛度對固有頻率影響 。 因此 , 可建立圖
2、 3 所示的雕銑機的工作臺系統和滑板系統的力學模型 。
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宇匠數控專業生產:高速精密 雕銑機、精雕機、石墨機、鉆攻中心、加工中心;
結 論
(1)利用有限元分析軟件 ANSYS對工作臺和滑板系統進行了模態分析 , 得到 KT-450 高速數控雕銑機結構系統的前 8 階固有頻率 。通過激振實驗和模態辨識對有限元分析進行驗證 , 兩者結果基本吻合 。
(2)滑板系統前 3 階固有頻率對應豎直滑板 、橫向滑板共同的振動 , 分別對應 3個不同的方向 , 第三 、 四階為橫梁在 X和 Y方向的振動 ;橫梁的固有頻率較高 。
(3)工作臺系統的前 3 階固有頻率表現為工作臺在滾動導軌及滾珠絲杠支承下的剛體運動 , 分別對應 3個不同的方向 X、 Y、 Z;從第四階開始 , 表現為工作臺本身的變形 , 即扭振 。
(4)建議機床在現有條件下進行機械加工時 ,應避免上述前 8階固有頻率振源出現 。應合理選擇主軸轉速和刀具齒數 , 以控制激振頻率 , 避免出現共振 , 才能克服有時出現振動 、 影響加工質量的問題 。
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