基于结合部动力学特性的立式加工中心整机动力学模型研究


 数控磨床技术性效果指的是数控磨床反抗振功的力  , 分为其抗振性和保持稳定量分析 。数控磨床中会出现的几大类结 合部破裂了整体构成的连续式性  ,其配合面的阻 尼、承载能力各自占整体阻尼和承载能力的90%和60% 以上[1]  ,严重影响整机的动态性能 。随着机床 加工性能的不断提高  ,对机床动态性能的要求 也越来越高 。如何准确建立机床整机有限元模 型是整机动态性能分析的关键 。国内外学者在 结合部方面做了大量研究  ,主要包括结合部的动力学建模以及结合部参数辨识 。日本吉村尤 孝[2]曾在考虑结合面特性的基础上建立了双柱 立式车床的分布质量梁的动力学模型 。王世军 等[3]基于导轨结合部特性参数建立机床整机性 能分析有限元模型 。Zhang[4】应用均质梁、集 中质量及结合部单元对机床进行整机动态建 模  ,基于结合面的动态基础特性参数  ,应用子 结构建立了整机系统的动力学方程  ,对整机动 态性能进行了预测 。吴文镜等[5]提出一种适合机床动态分析的拓展传递矩阵法  ,应用状态矢 量传递思想对刚体、柔体和结合面三类元件行 整合  ,得到用一个高维矩阵表示的整机模型  , 求解该高维矩阵即可得到整机的动态特性 。王 禹林等[6]采用弹簧阻尼单元等效结合部特性   , 应用吉利•允孝法确定结合部参数  ,基于结合部 对大型螺纹磨床整机进行静动态特性优化 。张 宇等m选取等效弹賛阻尼器等效切合面性能指标  , 体系组成部分机械制造电阻值融合法推论出属于可以凭借组成部分 实际频响涵数掌握数控车床切合部性能参数的具体方法 。

针对立式加工中心整机动态性能分析的需 要  ,本文采用模态参数辨识法识别导轨滑块结 合部的接触刚度和阻尼系数  ,应用吉村允孝法 确定固定结合部的接触刚度和阻尼系数  ,同时 建立滚珠丝杠结合部动力学模型并计算其轴向 接触刚度 。基于辨识的结合部等效特性参数在 有限元软件中建立机床整机有限元模型  ,对其 进行模态分析和谐响应分析 。通过整机锤击法 模态试验验证了该有限元模型的准确性  ,并在 此基础上重点分析立柱-床身间结合部动刚度 整机动态性能的影响 。

1综合部驱动力建模方法

这篇实验的落地加工生产基地最主要的由床身、床

鞍、任务台、立柱、CNC轴箱、CNC轴五大工作部 件组合成  ,其组合部通常也包括导轨滑块组合部、 螺栓标准组合部、滚珠蜗杆及滚柱滚针轴承精密组合部 。由 于滚柱滚针轴承组合部的弯曲刚度可能够 软件操作手册直接性获 取  ,这篇文仅应对导轨滑块组合部、滚珠蜗杆结 合部  ,螺雜合部陈述其推运动学3D建模方案.


2结合实际部驱动测力建模制作及产品参数识別

 

2.1导轨滑块相结合部

采用有限元法建立结合部的动力学模型, 结合试验模态分析结果  ,利用优化思想对导轨 结合部的接触刚度和阻尼系数进行了有效的辨 识[8] 。导轨滑块模态试验中导轨为PMI工司的 MSA-30E滑块导轨  ,实验设计选取LMS集团的LMS 系紐行数据分析一下提取及模态基本参数分析一下 。織分为 多方鼓励  ,单点异常的測量行为  ,测点安排及 現场冲击试验长为2随时  ,将迅速度快调节器器怎么安装在 图下点9处  ,共安排4五个激励点 。

专门针对滑块导轨软件确立其有限的元沙盘模型  ,导轨滑块由合金材料钢合成  ,韧性模量为2.06 xlOu Pa,硬度为7800 kg/m3,泊松比是0.3 。在有限公司 元模特制作时所采用六面体摸块化分滑块与导轨  ,共 4560个摸块  ,5907个结点 。失去精密体的质量管理  , 用1多个拉簧阻尼摸块模似单独某个滑块与导轨间 的可动紧密结合部  ,装置在滑块前、中、后这几个截 体上 。每一受力共区域4个拉簧阻尼摸块  ,其 角度按照滑块滚珠和导轨玩状态分开平分线于 导轨滑块并与含量目标方向成45°交角  ,其等效扭力 学模特图甲3如图 。

甄别的导轨相结合部抗弯刚度为5.83 x 108 N/m  , 阻尼为7715 N s/m 。表1和表2标出前4阶固 有次数、阻尼比的试验装置值和防真值相当结杲  , 表述搭建的有限制元实体模型较明确地体现了了导轨 滑块联系部的驱热力学性性状 。

2.2滚珠蜗杆切合部

铣床设计中滚珠滚珠丝杆添加进给定位主要的载荷  ,在和动运动学分享时一般思考其轴上玩刚度比, 图4为其紧密联系部的干劲学模型工具

表1组合部硬度现场实验值和模型仿真值比照

 

阶数

 

ftyife

 

模型仿真值/Hz

误差度/%

 

1

 

983.8

 

982.4

 

0.14

 

2

 

3015,7

 

3017.3

 

0.05

 

3

 

3393.2

 

3586.2

 

4.78

 

4

 

3555.5

 

3634.9

 

1.4


 

2搭配部阻尼交锋验值和仿真模型值差距

 

阶数

 

{t/Hz

 

仿真软件值/Hz

 

織%

 

1

 

1.52

 

1.53

 

0.65

 

2

 

1.39

 

1.42

 

2.16

 

3

 

1.79

 

1.78

 

0.56

 

4

 

1.67

 

1.60

 

4.19


式中:足为滚珠蜗杆整合部轴径强度心  ,N/m; &为丝杆轴上硬度  ,N/m;知为螺母零件轴径 弯曲刚度  ,N/m;心为滚珠丝杆螺母支承轴承套载荷硬度  ,

联轴器硬度还可以能够好产品样例取得 。丝杆螺 母器件轴上硬度可由赫兹打交道理论知识刷快  ,按照 换算的过程可参考价值文献综述[9] 。

在滚珠蜗杆不多元模式化中  ,运用solid45单 元对蜗杆、螺母做好网格分   ,利用弹黄阻尼 单元式模似轴承套抗弯刚度比与蜗杆螺母轴上抗弯刚度比 。

2.3螺栓标准依照部

螺丝紧密联系部一大批会存在于粗加工中心结构类型中  ,其动 力学性功能与紧密联系面的面压、防锈液的情况、原料、 粗加工水平等关于 。日本国历史学者吉村允孝对粗加工中心结 合面等效刚度比和等效阻尼做好了實驗研发  ,提 出若是的平均了解水压差不多  ,企业户型占地紧密联系面的 静态功能参数设置就差不多  ,且建造了紧密联系面在有差异的 企业户型占地正水压和有差异的紧密联系状态下的等效刚度和等效阻尼数据资料库[叫〇可根据吉村允孝法  ,经由 式(3 )可可以获得联系部的等效刚度比和阻尼弹性系数 。

 

3一整台机器的十分有限元模型制作及耐压认可

3.1卧式激光加工中央大致性能指标

 

六角螺栓通过部、滚珠丝杆螺母、滚动轴承鉢性能性能如 表3 ~表6一样 。研究背景识别的通过部性能性能  ,在相互依存式加工厂重点一整台机器的进浦态了解融合相 应了解  ,修改表7所显示的软件僵板帧率及图6 所显示的轴端初始化失败拟合曲线 。

   ANSYS中国铁建立如图是5随时的垂直工艺主主机 不多元建模 。

    对机床各式各样效能影向较小的紧密联系部  ,在有 限元PC软件中运用粘合工作上 。框架件床身、床鞍、 工作上台、立柱、电主轴箱素材为HT250,进给、 条直线轴承、滚珠滚珠丝杆材质为钢  ,其信息特点分 析有限的元根本性能指标如表6如图是 。


3.2柜式制作加工机构一整台机器的模态可靠性试验

    为安全验证垂直加工厂公司整个机械有现元型号的准确性  ,对整体来键击法模态疲劳耐压检验 。疲劳耐压检验采取 力锤激振  ,加快和提升器度感测器器捡取没有死机数据信号 。经过 疲劳耐压检验取得铣床固定性频带宽度及电主轴轴端加快和提升器度频带宽度 没有死机函数值 。

    现场图实验现场图如下图一样7一样  ,现场图实验效果如下图一样6、 表7一样 。

 

表7自身概率实验室检测仿真技术对比图最后

 

序列号

 

<t/HZ

 

逼真值/HZ

差值/%

 

1

 

56.25

 

50.12

 

10.9

 

2

 

81.25

 

75.10

 

7.60

 

3

 

103.1

 

114.3

 

10.7

 

4

 

118.8

 

127.1

 

6.99

 

5

 

171.9

 

162.1

 

6.05

 

6

 

331.3

 

358.9

 

8.33

 

7

 

378.1

 

389.3

 

2.96

 

8

 

393.8

 

397.9

 

1.04

 

9

 

406.3

 

416.7

 

2.56

 

10

 

425

 

433.6

 

0.32

 

11

 

443.8

 

445.2

 

0.32

 

12

 

496.9

 

498.9

 

0.40

表7为一直有速率试验装置值和仿真技术值对照后果 (曾经12阶来说)  ,除首阶随机误差率过大之中  , 其它阶随机误差率相对比较较小  ,表示所打造的落地加工处理 平台有限公司元绘图是精确性的 。表7为当下的平率实验设计值和仿真软件值比結果 (很久以前12阶特征分析)  ,除1阶确定误差值很大的之下  , 此外阶确定误差值取决于较小  ,原因分析所创立的直列V型激光加工 心中有限制元建模 是最准的 。

相对图6中进给轴端得加速器度频点运行函 数曲线图  ,会分辨出難值和建模值转化前景相 近  ,波阀值频点相对比较好  ,进一歩认证了有效 元整治的正确性  。

做实验的时候和逼真差距效果意味着设立的旋转式生产加工 机构十分有限元仿真模型是确切的  ,适用于为主机动态展示性 能讲解的基础框架 。

4落地代加工中整合部的影响研究分析

特征提取合理的立试激光加工心中设备有效元模 型  ,今天重點研究探讨了立柱-床身间六角螺栓根据部 法向、切向动承载能力对设备前5阶僵板频点应响 (最关心200 Hz以內频段 。

从图8的模仿进行分析没想到就能够看得出来  ,随之立 柱-床身高强螺栓结合实际部法向、切向抗弯承载能力的加入  , 机床主轴前5阶之前次数也由于増加 。当抗弯承载能力加入 到一些 度时  ,组装机之前次数也近于零安全 。

 

      差别图8 (a)b)能能看得出根据部的多种 的方向的动钢度对整个机械的具有次数直接影向市场趋势大至 一致  ,但直接影向水平的多种 。因为钢度加剧  ,前5 阶具有次数中  ,一阶模态具有次数上升率最 高 。当日趋可靠值后  ,图8 (a)中平台第5阶 模态自身帧率提升15.9%  ,图8 (b)中系统软件第1阶模态原有频繁 提升10.9% 。

会根据法向、切向应力系数敌对式加工工艺平台该机 具有次数的的影响层次研究  ,可不可以选用法向、切 向应力系数的利润最大化组合构成 。

 

5结语

论文阐明了一大种旋转式工艺中融入部及整 机动车结构力学模型制作的主要措施 。研究背景网站优化政治思想、吉 村允孝法、赫兹碰到理论与实践鉴别融入部等效碰到 抗弯刚度和阻尼数值 。

根据辨别的运用部等效应力和阻尼指数  , 建造了落地式激光加工生产中央空机是不足的元类别 。运用有 限元模仿陈述与空机键击法模态冲击试验的结果验正 了该是不足的元类别的精确性   ,呈现原创文章陈述的立 式激光加工生产中央是不足的元类别的方式的精确性 。

 

最准的较少元模式为开式加工生产中心点服务器动 态能的阐述和数据分析预测确定了基础知识  ,其阐述没想到 需用为物品定制时的参考使用 。

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