基于ANSYS的数控机床动态特性分析 (1).pdf

第7期机械设计与制造
2008年7月MachineryDesign&Manufacture-181-

文章编号:1001-3997(2008)07-0181-02
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信$基于ANSYS的数控机床动态特性分析
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息$
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康方范晋伟

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术$

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$(北京工业大学机电工程学院,北京100022)
DynamiccharacteristicanalysisofCNCmachinetoolbasedonANSYS
KANGFang,FANJin-wei
(CollegeofMechanicalEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022,China)
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!【摘要】以三坐标数控机床的立柱为例,用软件进行了模态分析和谐响应分
ZK7640ANSYS!
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析,了解了立柱各阶振动模态的特点,找到变形最大区域,并在此区域选取一点进行谐响应分析。分!
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析结果与实际情况基本吻合,为机床优化设计和再制造设计打下了基础。!
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关键词:数控机床;立柱;ANSYS;模态分析;谐响应分析!
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【Abstract】TakingcolumnofZK7640asexample,themodalanalysisandharmonicresponseanalysis!
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weredonebymeansofANSYS.Findoutitscharacteristicsofvibrationmodalandthelargestdeformation!
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area.Thenselectonepointinthisareaandmaketheharmonicresponseanalysis.Itmakesabaseforopti-!
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mizeddesignandremanufacturing.!
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Keywords:CNCmachinetool;Column;ANSYS;Modalanalysis;Harmonicresponseanalysis!
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中图分类号:TH164文献标识码:A

数控机床日益向高精度、高刚度、高速度的方向发展,要保式(2)的解可设为:

证加工零件的高精度以及工作的安全可靠性,机床各结构部件x(t)=!cosω(t-t0)(3)

就必须具有良好的动态特性,因此必须对主要部件做动力学研式中:ω—简谐振动的频率;t—时间变量;t0—由初始条件确定的
究。以ADAMS、ANSYS等为代表的虚拟动力学研究是一种先进时间常数。代(3)入(2)得到特征值和特征向量分别对应系
的方法,可以节省投资,缩短开发产品周期。主要借助于ANSYS统的固有频率和主振型。
的虚拟弹性体动力学的研究包括两个方面:模态分析和谐响应1.2谐响应分析理论
分析[1],研究的是机床的动态特性参数,如固有频率、动力响应谐响应分析用于分析持续的周期载荷在结构系统中产生的
位移、动力响应应力和噪声指标等。以ZK7640机床立柱为例采持续周期响应,以及确定线性结构承受随时间按正弦或简谐规律
用ANSYS进行了动态特性分析,得到了立柱的固有频率和各阶变化的载荷时稳定响应的一种技术。求解式(1)的非齐次方程所
振型图,以及应变云图。通过分析结果可得到原设计中存在的问得的特征解反映输入载荷的特点。
题及结构的薄弱环节,并依此对机床结构进行改进。2有限元模型建立
1动态特性分析理论有限元的基本思想是将连续的结构离散为有限个单元,并
根据机械振动学基础理论,n自由度线性系统的运动微分在每个单元中设定有限个节点,将连续的物体看作是只在节点处
方程为:相连的一组单元的集合体。同时选定场函数的节点作为基本未知
量,并在每一个单元中假设一近似插值函数以表示单元中场函数
[M]{x"(t)}+[C]{x#(t)}+[K]{x(t)}=(ft)(1)
的分布规律;进而利用力学中的某些变分原理去建立用以求解节
式中:M、C、K—系统的质量、阻尼和刚度矩阵;x(t)和(ft)—系
点未知量的有限元方程,从而将一个连续域中的无限自由度问题
统各点的位移响应向量和激励向量。
化为离散域中的有限自由度问题。
1.1模态分析理论
在PRO/E中建立ZK7640数控机床的立柱,转换成IEGS
模态分析用于确定设计中的结构或机器部件的振动特性,
格式导入ANSYS中,要注意PRO/E与ANSYS的单位设置要统
是谐响应分析的起点