加工中心模态试验激振点与响应点的布置研究

前言：

随着机床加工行业的迅速发展 对加工中心的加工性能及加工精度要求越来越高 对加工中心进行动态分析 发现问题并解决问题是提高加工中心的加工性能与加工精度的有效途径 模态试验分析方法是研究数控加工中心动态特性的常用方法 对加工中心结构的动态特性分析有着重要的作用１－２在模态试验过程中 激励点以及响应点的正确选择是其关键环节之一 激励点与响应测点布置不仅依赖于工程经验 而且布置规模往往较大 导致试验效率低 成本高 通过理论建模分析的方法研究激励点选择和响应测点布置 可有效提高模态试验分析的效率 降低试验成本 具有重要的工程意义３－４ 本文以ＫＶＣ８００立式加工中心整机为研究对象 利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ建立加工中心的三维模型 导入 ＡＮＳＹＳ进行模态分析 得到加工中心的振动特性 结合激励点及响应点的选择原则 确定合适的布置方案 为模态试验的顺利展开提供可靠依据

１　ＫＶＣ８００立式加工中心建模与分析

ＫＶＣ８００是十字滑座移动的立式加工中心 该加工中心结构主要由工作台 床身 床鞍 立柱 主轴箱及刀库６大部分组成 对其建模与分析的具体过程如下１ 导入模型 由于机床的床身 立柱 主轴箱都是复杂的薄壁加筋结构 直接在有限元分析软件中建模十分困难 因此 采用常用的三维建模软件 Ｓｏｌｉｄ －Ｗｏｒｋｓ进行模型建立 模型建好后再将其另存为 ．ｘ＿ｔ 格式导入到有限元分析软件中进行振型分析

２ 设定材料属性 该加工中心的床身 立柱 主轴箱 床鞍和工作台的材料是铸铁 密度为７ 　 ３００ｋ ｇｍ ３泊松比为０．２５ 弹性模量为１３５ＧＰａ 丝杠 丝杠螺母的材料为高性能优质钢 密度为７ 　 ８００ｋ ｇ ｍ３ 泊松比为０．３ 弹性模量为２００ＧＰａ

３ 定义接触对 加工中心工作台系统中的滑块通过螺母安装在工作台上 工作台系统的动态性能受到它们之间相互作用的影响较小 可以忽略不计 因此在建模时将滑块和工作台的接触面定义为绑定接触 这样既有利于工作台系统的简化 又可以提高计算效率 同样的 滑块与立柱之间 滑块与床身之间的接触面均定义为绑定接触 加工中心中所有导轨和滑块以及滚珠丝杠和丝杠母座之间的接触类型均定义为不分离接触 在进行切削加工时 导轨和滑块之间本身就是固定连接 丝杠和工作台之间并没有相对运动 这种接触设置是符合实际情况的

４ 划分网格 该加工中心的床身 立柱 主轴箱床鞍等结构形状复杂 且均设计有合理的布筋 所以为了减小网格划分的复杂度 在分析中采用自动划分网格的形式 工作台 滑块 导轨 丝杠母座等零部件同样结构较复杂 故也采用自动划分网格的形式 滚珠丝杠在三维建模时被简化成一个圆柱体 所以采用映射划分网格的形式 得到规则的六面体单元 模态分析中没有应力集中现象 不需要考虑网格的疏密分布所以要求网格尽可能均匀分布