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龍門加工中心整機動態特性分析
閱讀：183 發布時間：2020-8-111 數控龍門加工中心整體方案
數控龍門加工中心的平臺跨距大，作業速度快，整機性能對作業效率與加工質量影響極大。橫梁結構質量大、剛度強是影響 整機靈活性與定位精度的重要部件。本次研究通過模擬雙橫梁結構對數控龍門加工中心整體方案進行設計，圖1即為在設計軟件中模擬出的數控龍門加工中心結構示意圖。
1.床身 2.靜橫梁一 3.靜橫梁二 4.動橫梁
5.滑塊 6.滑枕 7.A\C雙擺銑頭 8.工件毛坯圖1 龍門加工中心的結構示意圖
2 機床受力分析
數控機床加速快、進給速度高，在進行性能評估時不能忽略慣性對機床的影響。本次研究利用ADAMS軟件的動力學分析功能對機床受力情況進行研究。首先建立龍門加工中心的動力學模型，如圖2所示；然后在立柱與床身、地面之間分別施加約束，在床身與靜橫梁之間、滑塊與滑枕之間、靜橫梁動與橫梁 之間分別建立直線移動副；并將加速度設為g，分析此時數控 機床各部件的受力情況。當機床部件沿著Y軸作加速度為g的直線運動時，ADAMS軟件分析靜橫梁在X軸與Y軸方向的受力均為85kN左右；當機床部件沿著X軸運動時，ADAMS軟件分析動橫梁在X軸與Z軸方向的受力均為34.5kN左右。再對傳統機床結構在相同運動條件下各部件的受力情況進行分析，橫梁在X軸方向的受力約為266kN，遠超雙橫梁結構下機床各部件 所承受的壓力。
1.床身 2.橫梁 3.滑塊 4.滑枕 5.A\C雙擺銑頭 6.工件毛坯圖2 龍門加工中心的動力學模型
3 機床有限元模型及動態特性
本文利用Hypermesh軟件構建機床的有限元模型。首先建 立數控龍門加工中心的三維幾何模型，其次導入到處理軟件進行求解分析，然后再導入Hypermesh軟件中，建立有限元模型。在 有限元模型中，可以運用Ansys軟件對機床模態進行解析，分析 機床的動態特性。
動態特性是指機床在運行狀態下的穩定性，是影響工件的加工質量、刀具系統維護等的重要參數，尤其在現代機械加工行業，數控機床的切削速度進一步加快，動態特性分析已經成為機床設計與評估的重要內容。通過機床的有限元模型對其動態特性進行分析，發現影響機床性能的因素主要包括以下幾個方面：
1）結合部的阻尼特性和剛性。組成龍門加工中心的零部件較多，各零部件間連接方式復雜多樣，零部件之間的連接區域稱為結合部，結合部的阻尼特性和剛性是影響機床整體動態性能的重要因素。統計數據表明，機床振動問題中約六成是由結 合部引起的。
2）靜態剛度是影響機床動態特性的另一重要因素。由于滑枕位于橫梁中間位置時機床受力大，變形，選擇這個位置作為靜態剛度的初試分析位置，可得到更嚴謹的測試結果。
3）數控機床的加速快、進給速度高，啟動和運行需要的驅動力都較大，這一過程中機床性能也會受到影響。借助有限元 模型對機床動態特性進行預估和分析，能夠有效促進機床結構的優化，對機床設計和制造具有重要的意義。