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| 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
改进模型
改进a型：床身内部有三条水平筋板和三条纵向垂直筋板。
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)。
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。
床身采用体单元建模(图1a)。第一阶振动频率为289.5Hz，为相对位移量较大的扭转振动(图1b)。这反映出原床身在磨削力激励下容易产生大幅扭振，使磨削表面产生振纹，导致磨削精度的下降。 造成抗扭刚度不足的主要原因为床身内部筋板布置不合理、床身正面开有大窗口而使纵横筋板断开所致。针对上述分析，在考虑床身外型尺寸不变的前提下，对床身内部筋板结构和布局作相应的修改，提出了四个改进方案。本文将分析床身内部筋板数目和布局的变化对结构动态特性的影响，为实现床身的优化设计提供必要的依据。由于床身基本功能的要求，其外型尺寸基本上是确定的，所以内部筋板布局是调节床身动力学特性的较好着眼点。 改进型床身底部采用非封闭结构，外壁厚16mm，内部筋板厚12mm。同时为保证床身导轨具有较高的静刚度，改进型床身内部支撑导轨的横向垂直筋板不变，V—平导轨的间距不变，其它两个方向的筋板布局.
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) 振型 导轨振动模态相对
位移量平均值**
原床身 289.5 扭转 0.7450
改进a型 440.6 扭转 0.6021
改进b型 347.6 扭转 0.4371
改进c型 424.0 扭转 0.7313
改进d型 375.0 扭转 0.3671
**为同一归一化标准下的机床床身V—平型导轨相对振动位移量
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) |
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发表于 2007-12-6 12:24:52
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