基于ANSYS的炭块平面加工中心主轴的动态分析


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半石墨质阴极炭块主要应用于铝电解行业,其加工质量对铝电解的工作过程有重要的影响。双刀盘铣削机组作为阴极炭块铣削加工机组,其加工精度对炭块的使用寿命有着重要的影响,而铣削加工中心的主轴动态性能直接影响加工中心的加工精度。主轴为多组件、复合支撑的特殊结构[1],是铣削机组的关键零件,既要求有高的精度与刚度,同时又要满足粗加工和精加工的工艺要求。主轴部件在外力作用下会产生较大的变形,容易引起振动,不仅降低了加工精度和表面质置,还会使齿轮等传动件和轴承因不能均匀受力而恶化工作条件。为了使加工中心的主轴系统具有高刚度、振动小、变形小、噪声低以及良好的抵抗受迫振动和自激振动能力的动态性能,在进行结构设计时就必须考虑主轴部件的变形情况0。设计时常采用外推或类比法进行加工中心部件结构设计,计算结果只用于结构性能的定性分析与比较,安全系数较大。过去主要是对主轴部件的静态与准静态方面的研究,而目前的研究方向为加工中心关键零部件的动态特性H分析。本文建立加工中心主轴的有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS对加工中心主轴的动态性能进行了研究,得到了相应的研究数据,为主轴设计改进提供了理论依据。

1建模

加工中心主轴部件的结构简图如图1所示,是一个阶梯空心轴。为使主轴部件的动态和静态设计切实可行,便于进行有限元分析,提高网格划分质量和分析速度,采用有限元软件ANSYS分析之前,需要对主轴部件有限元模型进

行简化。

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结束语:

1)   对主轴单元进行了简化建模,使主轴部件的动态分析工作切实可行,便于进行有限元分析,提高网格划分质置和分析速度。

2)   利用ANSYS分析软件对主轴模型进行模态分析,得出了主轴部件前5阶的频率与主振型,分析了主轴在各阶频率下的动态性能,为主轴的改进设计提供了重要的理论依据。

3)         对附加COMBIN14单元(刚度-阻尼弹簧)的主轴
单元进行谐响应分析
,得到了主轴刀盘安装截面处节点的位移频率响应曲线。判断出主轴的共振频率发生在第3阶固有频率,得到危险截面发生在主轴前支承处。


       

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