基于动力学特征的磨床床身结构优化布局设计

1 引言床身结构的动态特性与机床的整机性能有着密切关系,提高机床床身的动态特性,对保证机床的加工精度具有重要意义。传统的机床床身设计,尚处于经验、静态、类比的设计阶段,难以考虑机床零部件的动态特性对整机性能的影响。本文借助ANSYS软件建立内圆磨床床身及改进方案的有限元模型,找出床身在动力学特性上的缺陷,并对模型的动态特性进行分析,探讨实现机床动态优化设计的途径。 2 分析模型结构的动力学模型及分析 床身长2160mm,宽760mm,高750mm。导轨形式为,—平导轨,内部有两条横向垂直筋板支撑导轨。床身前壁开有大窗口,内部筋板纵横相间,并有多条加强小筋板,底部为封闭形式,床身外壁厚18mm,筋板厚14mm。

图1 磨床床身有限元模型及振型示意图

图2 床身结构改进后的模型

改进b型:床身内部有二条水平筋板和三条纵向垂直筋板。

改进c型:床身内部有二条水平筋板和二条纵向垂直筋板。

改进d型:床身内部有二条水平筋板和三条纵向垂直筋板(与改进b型的区别在于一条水平筋板的位置不同)。

3 动态分析及结果

对于高精度磨床,机床结构的动态特性是影响机床性能的关键因素之一。考虑到机床的工作频带,床身的前几阶模态特性有重要作用。最典型的是考虑第一阶模态频率及其对应的振型。 床身的振动特性比较表 第一阶频率

(Hz)

位移量平均值**

对床身有限元模型进行模态分析,结果如附表所示。从表中可看出,改进型第一阶扭转振型的固有频率比原床身均有很大提高,根据w1=(k1/m1)?(式中w1为固有频率,k1、m1分别为对应的模态刚度和质量)可知,改进型床身的抗扭刚度有了显著提高,达到了对床身改进设计的目的之一。 可见,床身的水平筋板能明显提高床身的抗扭刚度。改进a型内部有三条水平筋板和纵向垂直筋板,改进c型内部有两条水平筋板和纵向垂直筋板,其动刚度都很高,但导轨振动模态相对位移量却很大。改进d型的动刚度小于改进c型,但导轨振动模态相对位移量小。这说明以板块结构为主的床身的动态特性受各板块振型的综合影响,不能只凭动刚度的大小作为评定指标。改进d型比较于改进c型,多一纵向垂直筋板,但反使抗扭刚度下降。改进b型和改进d型仅有一条水平筋板的位置不同,却造成其动态特性有较大的差异。由此可见,片面增加筋板并不一定能提高床身的动刚度,它是总体结构综合作用的结果。

由于床身导轨振动模态相对位移量的大小是影响磨床加工精度的主要因素,所以要以床身导轨的振动模态相对位移量的大小为设计参考的主要依据,同时兼顾机床动刚度和振型等特性指标。通过上述分析和比较,改进d型的导轨振动模态相对位移量最小,且导轨动刚度较高。所以,经综合比较后应选用改进d型这一设计方案。

(责编:阿 杰)

null

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。