叶片加工中心床身动态特性研究


伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言:

 叶片是航空发动机的重要组成部分,作为现代化制造技术的代表产品,它对CNC加工中心本身性能提出了更严格的要求目前,五轴联动CNC加工中心是解决多种复杂曲面加工的唯一手段,床身作为五轴联动加工中心的基础件之一,是整台加工中心的基础和支架P]。床身承载着加工中心的立柱、滑座、转台、主轴等基础件,其动态性能直接影响到加工中心的加工精度和精度保持性,进而影响产品的加工质量。

常用工作变形作为加工中心动态特性综合评估的指标,它能表现出产品真正的运动变形情况,工作变形的实质是由几阶自由模态根据不同的贡献量组合而成[4]。目前,国内外对加工中心的动态特性进行了大量的研究,张学良等利用赫兹接触理论和分形几何理论建立了结合面接触刚度模型,揭示了结合面刚度与载荷等相关因子的非线性关系;孙金虎等就高精度CNC加工中心,利用有限元和模态试验结合的方法对整机进行了刚度性能评估,针对其薄弱环节提出了改进意见。黄应来等M和余建新等就加工中心的模态试验提出了密集模态和虚假模态的方法。

本文围绕床身的自由模态,采用有限元和模态实验分析结合的方法得出了接近自由模态的频率和振型。通过对床身模态参数的分析,找到自身的薄弱环节,为整个加工中心的动态性能的测试研究具有重要意义[11]

1理论分析

如图1所示,叶片加工中心床身整体呈t字型,定义A-轴水平向右为正;y轴水平向前为正沁轴垂直向上为正。为了最大可能接近自由模态,床身采用6个橡胶垫块支撑,分别布置在床身前端(T字型头35、中端和尾端(T字型尾咅15。

图1床身      图2弹性支承系统示意图

自由模态实验时般采用自由支撑方式。但由于床身质量和体积等条件限制,分析采用弹性支撑的方式。如图2所示,采用的支撑尽量柔软,即具有较低的支撑刚度和和阻尼。采用自由支撑以后,相当于给结构增加了柔软约束,刚体模态频率不再是零,弹性模态也会受到影响。由于自由支撑的刚度、阻尼较小,机构的弹性模态不会受到很大的影响。

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结束语:

 1)当结合面材料的弹性模型相差很大时,有限元分析就会出现大量的密集模态和重叠模态,其中有许多虚假模态。适当增加弹性模量较小的一方材料的弹性模量,可对密集模态和虚假模态进行快速甄选,且两者的误差相差不大。

 2)力有限元结果和实验结果的对比可知,正确的有限元模型可以在设计阶段通过模态参数(例如频率、振型等)的分析对产品进行性能评估,进而可以提出修改建议,为以后的设计和生产提供参考。

 

 

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