基于Ansys和LMS TEST的线切割机床动态特性分析.pdf

铷1 訇 似 基于A n s y s 和L MS T E S T 的线切割机床动态特性分析 Dynam i c c har act er i st j cs an al y si s o f W EDM bas ed on Ans ys and LMS 齐景星，蔡长韬，毛智星 QI J i n g ． x i n g 。 CAl Ch an g ． t a o。 MAO Zh i ． x i n g 西华大学 机械工程与自动化学院，成都 6 1 0 0 3 9 摘要 针对线切割机床工作中的振动及导致加工精度降低的问题，以D K 7 7 2 5 线切割锥度加工机床为 例，用P r o E n g l n e e r 5 ． 0 建立3 D 模型 ，依据吉村允孝法确定机床主要部件间结合面的刚度和阻 尼及等效动力学模型，利用A N S Y S Wo r k b e n c h 平台的虚拟动力学分析模块对机床结构进行 模态分析，研究机床的动态特性参数 ，优化改善机床的固有频率和振动问题 ，将有限元分析 结果和L M S T E S T 实验数据进行对比，最终结果显示优化达到了一定的效果。 关键词线切割锥度加工机床；结合面参数识别；动态特性 ； 模态分析；L MS T E S T ． L a b 中图分类号T G 5 0 2 ． 3 1 文献标识码 A 文章编号1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 4 0 1 - F -0 0 5 3 - 0 4 D o j 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 0 1 - F ． 1 6 0 引言 线切 割锥度加工是 电加工 的组 成部分之一 ， 在现代工业 中扮演 了重要的角色 。随着科学技术 的快速发展 ，线切割 锥度加工机 床在工业 中的作 用越来越重要 ，为 了满足工 业发展的需要 ，要求 锥 度加工机床具有高精度 、高效率 和高质量的加 工性 能 。由于机床的加工性能和动 态特性 有一定 关 系，这就需要对机床结构 的动态特性进 行研 究 分析。机床的动态特 I生和结合面之间有着密不可分联 系，研究表明机床动柔度6 0 ％以上来 自于结合面u 。 在许多机械结构 中都有结合面的存在 ，结合面间的 刚度和阻尼对机床动态性能有很大的影响。 D K7 7 2 5 线切割锥度加工机床加工锥度零件时 还存 在一定 问题 ，如机床振动 明显导致加工零件 的锥 度误差较大等 。为 了保证机床具 有 良好的动 态和静 态特性 ，并且能够降低生产 成本 和提 高工 作效 率 。我们对机床主要零部件及 整体 结构进 行 动力 学分析 ，考虑机床结合面参数 的影 响，建立 结合面 等效模型 ，并采用理论计算和模态仿真分 析的方法分析验证机 床结构的动力学模型 。分析 机 床结构 的薄 弱环节并 进行相应改善 ，为 以后进 行整机改进设计打下基础。 1 动态特性分析理论 建立 一个能反映机床 结构 特性的动力学方程 和数学模型 ，此模 型会影响到整个分析过程 的优 劣。根据动力学原理可知，一个n 自由度的系统在 激励作用下的通用运动微分方程为口 I3 】 } [ C } 其 中， ] 为机床的质量矩阵，[c 】 为阻尼矩 阵， l 为刚度矩阵，F f 为机床受到的外激励； i i ， ， 分别为机床振动的加速度 、速度和位移变 化量 。若机 床振动为 自由振动且 忽略阻尼和激 励 时，则模态分析理论方程为 ] 每 } ] { r o } -- 0 此时方程为齐次微分方程 ，得 出的解将反应 机床 自动振动 特性 ，特征 方程 的解将反应机床结 构的固有特性。 2 机床有限元模型建立 有 限元分析法是利用数学近似的方法将一个 连续 的系统模型转换成有 限个单元类型进行模拟 分析 ，利用 简单而又相互作用 的单元 ，实现用有 限数量的未知量去逼近无限未知量的真实 系统 。 DK7 7 2 5 线切 割锥 度加工机床 的主要零部件 有底 座 、立柱 、上下臂 、滑杆 ，用P r o En g i n e e r 5 ． 0 建 立机 床 的3 D模 型 ，建 模前 对模 型进行 等效 简化 处理 ，将小倒角 、圆角、小工艺孔、边缘小凸台 等省略简化 。将模型导入ANS YS Wo r k b e n c h 平台 中，选择 单元类型和网格划分等级，对整体进行 网格划分 ，之后在对局部进行精细划 分，这样可 以减少计算量 。共划 分1 8 4 7 0 7 个节点 ，1 1 3 0 5 9 个 实体单元，如图l 所示。 收稿日期2 0 1 3 -1 0 - 2 1 基金项目西华大学研究生创新基金 作者简介齐景星 1 9 8 7一，男，河南人，硕士研究生，研究方向为机械C AD ／ C A M技术。 第3 6 卷第1 期2 0 1 4 0 1 下 【 5 3 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m