龍門加工中心原型整機(jī)有限元模型的動態(tài)分析

　　(1)模態(tài)分析。原型5坐標(biāo)龍門加工中心設(shè)計的高工作轉(zhuǎn)速為10000r/min，由于作用在機(jī)床上的激勵力頻率一般都不高，因而只有低幾階模態(tài)的固有頻率才有可能與激振頻率重合或接近。高階模態(tài)的固有頻率已遠(yuǎn)高于可能出現(xiàn)的激振力頻率，一般不可能發(fā)生共振，對于加工質(zhì)量的影響不大。所以只需研究機(jī)床的低階模態(tài)。對原型整機(jī)的有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，能明顯表現(xiàn)出機(jī)床動態(tài)特性的是第1、3、5階振型，這三階固有頻率與振型如圖3所示。模態(tài)分析結(jié)果。

　　(2)諧響應(yīng)分析。模態(tài)分析可得到整機(jī)各階振型和固有頻率，但這僅表示機(jī)床各部位的相對振動情況，而外力激勵下各階振型對整機(jī)振動作用大小是不同的，因此對整機(jī)進(jìn)行諧響應(yīng)分析就能更清楚地看出在動態(tài)干擾激勵下機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性能。在原整機(jī)有限元模型安裝刀具部位加X、Y、Z分力幅值均為1000N的簡諧力。根據(jù)模態(tài)分析得到機(jī)床動態(tài)特性，以及實際工況下激勵力頻率，設(shè)置簡諧力頻率在40～140Hz范圍，用該簡諧力對整機(jī)激振。如圖4所示為該頻段簡諧力激勵下機(jī)床刀具的振動響應(yīng)。

　　從原型整機(jī)諧響應(yīng)分析結(jié)果可以看出，在動態(tài)切削力激勵下第1、3、5階模態(tài)容易被激發(fā)。結(jié)合模態(tài)分析可以認(rèn)為，第1階振型主要是由于滑座和立柱Y向剛度相對較弱產(chǎn)生的變形;第3階振型主要是橫梁的扭曲變形;第5階振型主要是橫梁的扭曲變形和箱體的彎曲變形。因此，橫梁結(jié)構(gòu)是龍門加工中心結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個薄弱環(huán)節(jié)。對橫梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，適當(dāng)提高橫梁抗扭剛度、減小動態(tài)切削力影響下的機(jī)床變形是進(jìn)一步提高整機(jī)動、靜態(tài)性能的關(guān)鍵所在。更多關(guān)于龍門加工中心的資訊請見：http://www.yxskkj.com.cn