現代制造加工業正向著高精度、高質量、 高效率的方向迅猛發展,因此數控機床的加工 性能面臨著許多挑戰,而數控機床的動態特性 是衡量其是否具備良好的加工性能的指標之 _。數控機床需要提高本身的動態性能,從而 提高其加工精度和加工質量來滿足現代制造業 的需求。原加工中心是專門為加工航空發動機
葉輪而設計的機床,其動態性能的好壞直接影 響到對葉輪的加工精度。該加工中心機械主體 結構包括床身、立柱、滑鞍、主軸箱、雙驅搖 籃式擺臺等主要功能部件。機床薄弱部件的動 態剛度將會直接影響到整機的動態特性,因而 需要提升其動力學特性,滿足機床對加工質量 和加工精度的要求[1]。下面以模態理論分析技
術為基礎,采用ANSYS Workbench模態分析軟 件分析立柱筋板不同布局形式對銑削加工中的 動態特性影響。
1模態分析理論
模態分析主要是研究系統物理參數模型、 模態參數模型以及非參數模型的關系,并通過 _定手段確定這些系統模型的理論及其應用的 _門學科[2]。隨著計算機技術的高速發展,模 態分析得到快速的發展,并在各個工程領域中 得到普及和深層次的應用。
2加工中心模態分析
目前,高校及科研院所在對數控機床設計 階段的模態分析主要是運用有限元軟件完成。 ANSYS Workbench是新一代的集成并行框架 式的有限元仿真軟件,它具有較高的求解精度, 可進行模態分析、靜力學分析、諧響應分析等。 下面運用ANSYS Workbench軟件對加工中心 進行模態分析。
2.1加工中心有限元建模
由于加工中心的復雜性,運用三維建模軟 件 Croe、SolidWorks, UG 建模比在 ANSYS Workbench中建模更方便、快捷。本文通過三 維建模軟件Croe建立加工中心整機模型,考慮 到模型在前期處理及后期的處理上會花費大量 時間和資源,在不影響有限元分析結果準確性 的基礎上簡化加工中心模型,如退刀槽、螺紋、 倒腳等。然后保存為x_t通用格式文件,導入 ANSYS Workbench軟件中進行預處理,采用 Automatic進行網格劃分,結合面處用彈簧阻尼 單元法[3]處理,預處理后模型如圖1所示
2.2加工中心模態分析結果
在建立好加工中心有限元模型基礎上對加 工中心采用底座施加完全約束來模擬床身采用 地腳螺栓固定形式,進行模態分析。結果如表 1所示,振型圖如圖2所示。
表1葉輪五軸加工中心模態分析結果
|
階數 |
固有頻率/Hz |
振型描述 |
|
第一階 |
42.55 |
立柱沿Z軸彎曲 |
|
第二階 |
46.72 |
立柱沿X軸彎曲 |
|
第三階 |
51.01 |
立柱繞Y軸扭曲 |
仿真結果顯示:影響加工中心動態特性的 主要零件是立柱,如果想提高整機的動態特性, 可以考慮抑制最低階固有頻率的振型,即對立 柱結構進行改進。下面采用對立柱布置筋板的 形式提升立柱的動態性能。
3立柱筋板布局形式對立柱動態性能 影響
對立柱的改進是在原有結構模態分析的基 礎上進行的,針對立柱較為薄弱的部分進行改 進,進而提高其本身剛度。主要改進是在原有 立柱實體中布置筋板,這樣既能減少其本身質量,又能增加其剛度,進而提高整機的固有頻 率。現在針對立柱內部筋板布局進行探究,研 究不同方式的筋板布局對立柱動態性能的影 響。對立柱筋板布局分別采用井字型筋板、米 字型筋板與X型筋板進行比較,如圖3所示。
運用ANSYS Workbench軟件對原始模型 立柱以及三種方式布置的筋板立柱進行模態分 析。結果如表2所示,振型圖如圖4所示。
表2立柱不同筋板布局模態分析結果
|
階數 |
原始 模型 |
X型 |
固有頻率 井字型 |
米字型 |
振型 描述 |
|
第一階 |
33.49 |
42.37 |
44.53 |
48.76 |
基本無變化 |
|
第二階 |
56.62 |
66.41 |
68.87 |
70.36 |
彎曲 |
|
第三階 |
247.86 |
256.64 |
263.78 |
266.31 |
扭曲 |
仿真結果顯示:不同方式布置立柱筋板對 其振型影響較小,但是提升了立柱本身固有頻 率,尤其是對立柱布置米字型筋板,立柱本身 的固有頻率提升最大。因此,對立柱內部結構 改進選擇米字型筋板布局。
4立柱結構改進對葉輪加工中心動態 性能影響
將改進后的立柱模型替換到加工中心整機 模型中,新模型如圖5所示,并導入到ANSYS Workbench中進行模態分析。結果如表3所示。 振型圖如圖6所示。
表3立柱改進后加工中心模態分析結果
|
階數 |
固有頻率/Hz |
振型描述 |
|
第一階 |
52.95 |
立柱沿Z軸彎曲 |
|
第二階 |
58.81 |
立柱沿X軸彎曲 |
|
第三階 |
63.46 |
立柱繞Y軸扭曲 |
表4所示為立柱結構改進前后對銑削加工 中心動態特性影響結果的對比。
表4立柱改進前后加工中心固有頻率對比表
階數 固有頻率/Hz
|
階數 |
固有頻率/Hz |
|
|
|
改進前 |
改進后 |
振型描述 |
|
|
第一階 |
42.55 |
52.95 |
立柱沿Z軸彎曲 |
|
第二階 |
46.72 |
58.81 |
立柱沿X軸彎曲 |
|
第三階 |
51.01 |
63.46 |
立柱繞Y軸扭曲 |
由以上分析結果可知,將立柱結構布置米 字型筋板,雖然整機振型沒有發生太大的改變, 但是有效地提高了該加工中心整機的低階固有頻率,從而提高了加工中心的動態特性。
5結論
運用ANSYS Workbench軟件對原加工中 心進行模態分析,發現立柱是其振動薄弱環節, 影響了整機動態性能。通過對立柱布置米字型 筋板,提高了整機低階固有頻率。改變整機中 振動變形最大的零部件,是提高整機動態特性 —種有效方法,有助于滿足現代制造業對機床 加工性能的需求。
2024-11
本文以組合式六角亭模型為實例,分析工藝難點與加工可行性,指出該模型的加工難點是模型形狀不規則和整體剛性差,并通過設計新的工藝方案解決加工難點,完成了模型整體的加工。新的加工工藝有助于提高加工效率和精度,為五軸數控加工提供了一個典型案例,對于五軸加工中心數控加工也具有指導作用和重要… [了解更多]
2024-11
宇匠數控 備注:為保證文章的完整度,本文核心內容由PDF格式顯示,如未有顯示請刷新或轉換瀏覽器嘗試,手機瀏覽可能無法正常使用!本文摘要:通過對混聯五軸加工中心自適應深度學習控制方法的 研 究,可 知 此 方 法 的 創 新 之 處 在 于:1)建 立 了 機 床 的 運 動 學 … [了解更多]
2024-11
在機測量技術由于其成本低、檢測效率高、無需二次裝夾等優勢被廣泛用于零件加工測量當中,使得五軸加工中心和五軸鉆攻中心,同時又兼具測量功能。在機測量系統的構成如圖1所示,硬件部分主要是由高精度探頭、信號接收器、機床整個本體,軟件部分由機床控制系統、測量軟件等組成[8]。待零件加工完成… [了解更多]
2024-11
?加工精度是影響機床性能和產品質量的主要難題,也是制約國家精密制造能力的重要因素。本文以五軸加工中心為對象,針對提升機床精度進行了研究。并且隨著科技的發展,精密的儀器和零件在生產實踐中占據的分量逐漸增加,在數控機床這種精密機器精度不斷提高的同時,必須控制內外界環境的隨機影響因素在… [了解更多]