加工中心床身模态分析及结构改进


伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言:

 

伯特利数控 备注:为保证文章的完整度,本文核心内容都PDF格式显示,如未有显示请刷新或转换浏览器尝试,手机浏览可能无法正常使用!

 车铣复合加工中心是把车削和铣削工艺整合,在一台加工中心上实现对工件的车削和铣削加工,这种整合比分别车削和铣削的加工精度更高[1-«。斜床身动态性能直接影响机床整机性能,特别是对加工中心整机的抗振性能、加工精度等影响较大。分析斜床身结构的固有频率和振型,可为斜床身设计改进提供依据,避免因共振造成的经济损失。对机床床身动态性能研宄的方法应用最多的是模态分析法。通过模态分析结果,判断振型对加工精度的影响,优化改进斜床身,达到加工中心对加工质量和加工精度的使用要求。将低阶固有频率作为动态分析改进设计的优化目标,提高床身固有频率,有效提高加工中心稳定性,提高对工件的加工精度,为下一步斜床身车铣复合加工中心的改进设计打下基础⑷。

1加工中心床身有限元模型的建立

MJ-MOMC/Y配置卧式回轮动力型刀架,加工中心Y轴进给采用虚拟Y轴结构进行平面铣削作业[5],整机三维模型如图1所示。

1.1模型简化

斜床身结构复杂,难以完全按照实物建立有限元模型。在有限元网格划分前需简化斜床身.3简化的原则是:(1)CAD建模时力求精确,真实地模拟结构的静动态特性;(2)直线化和平面化处理CAD模型中的小锥度、小曲面[6]

根据以上原则简化斜床身的模型:删除导轨上的所有螺纹孔。车铣复合加工中心整机模型如图1所示,简化后斜床身(如图2所示)结构的力学特性未发生改变,但为后续高效分析计算提供帮助。

U定义单元属性与网格划分1.2.1定义单元属性

由于斜床身结构复杂,是不规则的几何体,所以选用四面体单元模拟真实结构,经考虑,选择S0LID187四面体单元m

1.2.2网格划分

在网格划分时,需遵循以下几点原则:(1)模型结构和实际结构尽可能相同;〔2)根据计算精度和计算规模来选择合适的单元大小;(3)单元体应尽量匀称齐整<,

2模态分析

2.1斜床身的村料特性

斜床身材料为灰铸铁,具体的材料参数见表1。


 


 

1斜床身材料特性

 

屈服强度/MPa

 

密度

 

/ (kg/m3)

 

极限抗拉强度/MPa

 

泊松比

 

弹性模量/Pa

 

对数

 

衰减率

 

比热

 

/ (J/kg • K)

 

导热系数/ (W/m • K)

 

线膨胀系数/ ( u m/m K)

 

250.0

 

7250

 

250.0

 

0. 25

 

1. 35X ln

 

0.004 ?0.009

 

0. 1 4. 19*103

 

5. 0

 

11. 5

基金项目:山东省自主创新及成果转化专项''高速精密车ft复合虚拟轴加工工艺与装备开发''

 



2.2载荷施加

对于包含预应力效应的模态分析,其固有频率分析结果比不包含预应力时大,更符合实际情况。所以本文采用包含预应力效应的模态分析,对受力情况转化计算。

由于牵扯零件众多,篇幅有限,其分析过程不做介绍,其受力结果直接给出。加工中心接触构件示意图如图3所示。


 

假定刀架、主轴箱、尾座等部件的材料都为普通碳钢,将车床模型导入SolideWorks中,得出它们的质量分别为650kg、470kg、240kg那么,它们对斜床身的作用力即为各自的重力 Gp G2G3分别是 6500kg、4700kg、2400kg这三个力分别施加在它们各自的支撑处。斜床身受到的外力经过计算,分别是GiSGSOONG2S 4700N^为2400队M2*613N.mM3 613N.m[8]。

2.3有限元分析及结果讨论

通过自由划分网格和扫掠的方法将模型划分,划分网

格的有限元模型如图4所示。

对斜床身施加约束条件,斜床身是由底面11个螺栓固定在底座上,分别对床身的11个节点施加xyz三个方

向的完全约束[9]

加工中心工作时,只有少数低阶模态起主要作用,所以只分析前六阶模态,通过ANSYS Workbench分析求解,分析得到固有频率和振型,通过模态分析可分析得到各阶模态振型(见表2)和振型图(如图5?图10所示

 

2斜床身前六阶固有频率及振型描述

 

阶次

 

固有频率/Hz

 

振型描述

 

1

 

340. 95

 

整体绕X轴沿z轴向前后摆动,且右上部比较明显

 

2

 

468. 79

 

中部前后两侧沿X轴弯振,两侧比较明显

 

3

 

494. 4

 

上侧中部左右两边沿X轴凹凸振,

 

且右上部比较明显

 

4

 

555. 88

 

中部左右两边沿X轴弯振,且中部比较明显

 

5

 

688. 29

 

中部左右两边沿Z轴凹凸振

 

6

 

699. 85

 

整体沿Z轴摆振且右上部比较明显

 


量较大,两侧变形量较小;分析固有频率可知,前六阶固有频率较低,因此单位刚度较低,稳定性较差。为提高固有频率,改进其结构尺寸、上导轨和底座厚度。但为保证其加工范围要求,斜床身主要结构尺寸不变,因此只改进上导轨和底座厚度。具体改进措施为:(1)增加上导轨厚度。改善上导轨结构受力,提高稳定性,保证加工精度;C2)增加底座厚度。增加底座稳定性,减小变形量,增加斜床身稳定性。

改进后底座结构加工工艺难度与改进前相比相差较小。上导轨承担托板的垂直方向和水平方向载荷,改善了导轨受力状态,更适合精密元件加工。改进后的斜床身模型如图11所示。对改进后斜床身模型进行模态分析,通过模态分析可分析得到各阶模态振型〔见表3)和振型图〔如图12?图17所示

 

11改进后的斜床身模型

 

3f

 

艮身前六阶固有频率及振型描述

 

阶次

 

固有频率/Hz

 

振型描述

 

1

 

365. 17

 

整体绕X轴沿z轴向前后摆动,且右上部比较明显

 

2

 

497.03

 

中部前后两侧沿X轴弯振,两侧比较明显

 

3

 

526. 2

 

上侧中部左右两边沿X轴凹凸振,且右上部比较明显

 

4

 

590.36

 

中部左右两边沿X轴弯振,且中部比较明显

 

5

 

724. 77

 

中部左右两边沿Z轴凹凸振

 

6

 

754. 75

 

整体沿Z轴摆振且右上部比较明显


4结语

(1)  利用MSYS Workbench有限元软件对斜床身进行模态分析,分析得到各阶模态振型图和斜床身变形特点,确定影响加工中心动态特性的主要因素为上导轨和底座。

(2)  优化改进斜床身的上导轨和底座,与原结构相比,加工工艺难度相差较小,改善了上导轨的受力状态,加工中心稳定性和加工精度得到提高。

(3) 对比改进前后斜床身模态分析结果,前三阶固有频率改进后分别提高6. 10%、5. 02%5. 43%,斜床身结构刚度得到改善,稳定性和加工精度得到提高,为下一步斜床身车铣复合加工中心的改进设计打下基础

 

 

伯特利数控是一家集销售、应用及服务于一体的公司。产品包括:CNC加工中心钻攻中心龙门加工中心雕铣机石墨机五轴加工中心立式加工中心卧式加工中心等。我们机床的生产工厂设在广东省东莞市,目前其生产的加工中心70%出口,其中出口到欧洲占到50%。我们尽心、尽力、尽意的服务!

 声明:本站文章均来自网络,所有内容不代表本站观点,本站不承担任何法律责任!

标签: 加工中心  
分类: 加工中心  
上一篇数控加工中心装调与维修专业人才调研的思考
下一篇加工中心的动态性能及其优化

加工中心  相关内容

——

16

2018-10

超重型数控龙门移动加工中心设计

0 引言近年来,我国机械工业进入高速发展阶段,机械市场对重型机床、超重型机床要求明显提升。为了满足市场需求,就一定要提升超重型数控龙门移动加工中心效能,对其设计进行深入研究。同时提高超重型数控龙门移动加工中心加工能力,有利于提高我国工业实力和基础装配的制造实力,满足我国冶金业、电… [了解更多]

16

2018-10

数控龙门加工中心专项修理方案

1 设备简介XK2130 数控龙门镗加工中心,武汉重型机床厂生产,2007 年到货,2009 年9 月安装调试完成投入生产,工作节奏为两班制, 设备总体状况良好,目前在用,未进行过大修。2 设备现状说明目前设备的几何精度及位置精度超差,使精密工件及精加工工件不能满足图纸要求 [1… [了解更多]

15

2018-10

龙门五面加工中心数控精度恢复探索实施

1 背景介绍数控机床做为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工设备,已经成为机械行业必不可少的现代化技术装置。数控机床的数控精度是影响其高精度性能的一个重要方面,因而也是数控机床确保加工过程中精度的一个重要项目。公司 08 年购买的 TKA57200X400 型数控龙门五面加工… [了解更多]

15

2018-10

HNC-21M系统用于镗铣加工中心再制造

福建浔兴拉链科技股份有限公司于 2006 年向武汉华中数控系统有限公司购买的 XK731 数控镗加工中心,采用华中Ⅰ型 HC- NC-IHA 数控系统控制。该系统是由华中数控系统有限公司研制开发的基于PC-NC 的经济型数控系统,其结构是在个人 PC 计算机(486 以上)安装控… [了解更多]

31

2018-07

加工中心精度调整检查表C04-022

加工中心精度调整检查表机床型号:机床编号:检查日期:检查项目测试方法与图表容许差mm测量值判定签字Z轴相对于XY轴垂直度用直角规测量X、Y轴最大差值Z轴相对于测量圆筒X轴倾斜度0.01/300mmZ轴相对于测量圆筒Y轴倾斜度0.01/300mmZ轴相对于工作台顶面平行度Z轴相对于… [了解更多]


产品中心

——