加工中心進給系統動態特性分析及工作臺尺寸優化設計
文章預覽：龍門加工中心由工作臺、立柱、橫梁、滑鞍等部件組成。其中工作臺進給系統由伺服電動機、滾珠絲杠、導軌滑塊與工作臺組成，其負載工件并作進給運動，因此進給系統的動態性能是影響加工中心加工精度的重要因素。對于進給系統動態特性的分析與關鍵部位的優化一直是相關領域的熱點問題。針對進給系統動態特性分析，國內外學者在模態分析、諧響應分析、振動信號分析等方面開展了大量的工作&_3]。目前大致有理論分析（劉立0基于有限元法研究了絲杠支撐方式、螺母位置等因素對進給系統動態特性的影響）、實驗測試、測試與有限元分析相結合的方法，例如朱堅民B]等人利用實驗與仿真相結合的方法，通過模態振型和固有頻率的對比驗證了有限元模型以及滾動結合部剛度計算方法的正確性。在工作臺結構優化方面，田亞峰@設計了不同的工作臺筋板形式,然后以輕量化為目標拓撲優化其結構,并利用ANSYS進行靜動態特性研究，實現了工作臺質量略有下降的情況下提高固有頻率的目標。在三維連續體結構拓撲優化方面，葉紅玲H等人針對頻率約束和結構重量最小的拓撲優化問題建立了頻率約束下的三維連續體的拓撲優化模型。借鑒航天領域廣泛應用的薄板加筋[8]方法，梁東平@開展了復合材料格柵加筋板布局優化設計的工作。其采用一種參數化的平鋪等效剛度計算方法，設計變量為軸向和橫向的筋條間距、筋條高度和厚度以及筋條的布局。針對板殼結構加強筋的設計主要是采用結構拓撲優化的方法，如均勻化的方法M以及變密度法[11]。季金Q2]等人受到自適應成長設計法的啟發采用了準則法結合數學規劃法求解板殼結構加強筋的分布問題，建立了滿足KKT條件的優化準則，并建立了相應的優化準則和尋優迭代公式。以上的研究雖達到了結構優化的目的，然而建立優化模型的過程均未從結構振動信號測試與分析的結果出發。本文從進給系統的動態特性測試和分析出發，分析了進給系統的振動規律,然后進行模態測試和有限元模型的建立與驗證,最終確定優化的關鍵部件。并實現了在保證質量不增加的情況下提高工作臺的整體剛度的目標。1進給系統模態分析1.1研究對象本研究對象為一臺龍門加工中心的進給系統，為使測試過程及分析結果接近于實際工況，將該加工中心典型工件——某汽車覆蓋件模具安置在工作臺上，進給系統基本結構與技術參數如圖1與表1所示。備注：為保證文章的完整度，本文核心內容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉換瀏覽器嘗試！結束語：本文從對加工中心進給系統運行時所產生的振動信號的分析入手,通過仿真與實驗相結合的方法研究進給系統動態特性，確定了工作臺的優化模型并進行了尺寸優化，最終驗證了優化后的結果。工作中共有以下結論：(1) 進給系統運行時工作臺所產生的振動一部分可歸因于進給運動傳動鏈沖擊所造成的受迫振動，另一部分則是由工作臺自由振動產生,頻率為136 Hz左右，振型表現為工作臺臺面中心起伏振動。(2) 對進給系統進行了模態測試與仿真模態分析,其結果表明測試與仿真前四階固有頻率誤差均在10%以內。(3) 利用Ansys Workbench對工作臺的結構，以及其筋板進行了尺寸優化設計。實現了在保證工作臺質量不增加的情況下，提升工作臺各階固有頻率的目的，有效地提高了工作臺的剛度與進給系統的動態性能。