数控螺杆铣床床身结构的动态优化设计.pdfVIP

第 3 期 2011 年 3 月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 Modular Machine Tool ＆ Automatic Manufacturing Technique No． 3 Mar． 2011 文章编号: 1001 － 2265( 2011) 03 － 0083 － 03 收稿日期: 2010 － 09 － 14; 修回日期: 2010 － 10 － 20 作者简介: 刘杰( 1953—) ，男，沈阳人，沈阳工业大学副教授，工学硕士，从事行星齿轮设计和组合机构设计的研究，( E － mail) wangnavy － 1@ 163． com。 数控螺杆铣床床身结构的动态优化设计 刘 杰，王海军，王 可，孙兴伟 ( 沈阳工业大学 机械工程学院，沈阳 110870) 摘要: 以数控螺杆铣床床身为研究对象，利用结构动态设计原理和有限元分析软件的变量化分析技术， 对其作动态特性分析并对其结构进行优化设计。动态特性分析结果表明原始床身的低阶固有频率偏低 且与机床的激振频率接近，容易产生共振并影响机床的稳定切削。为此根据床身的结构特点，提取床身 的典型元结构进行变量分析，以元结构分析结果为依据，对床身结构做优化设计，结果表明经优化后床 身的动态性能显著提高，达到了设计要求的目标。 关键词: 动态特性; 结构优化; 固有频率; 有限元分析 中图分类号: TH122 文献标识码: A The Dynamic Optimal Design of Bed Structure for CNC Screw Milling Machine LIU Jie，WANG Hai-jun，WANG Ke，SUN Xing-wei ( School of Mechanical Engineering，Shenyang University of Technology，Shenyang 110870，China) Abstract: By using the theory of dynamic design and the method of finite element analysis software，the dy- namic characteristic analysis of CNC screw milling machine bed is finished． Result of analysis shows that low-order natural frequencies are too low and it is on the side of machine vibration frequency that easily leads to resonance and influences machine stability cutting． In this condition，according to the structural characteristic of the machine bed，typical element structure is extracted and analyzed by variable parame- ters method． On the basis of analysis results，the machine bed’s structure is designed with optimized method，Result indicates that the dynamic characteristic of machine bed has been improved significantly， reached the design requirements． Key words: dynamic characteristic; structure optimization; natural frequency; finite element analysis 0 引言 机床作为复杂的机械系统常受振动与噪声等问题 的干扰，严重影响机床的稳定切削及加工精度甚至减 少机床的使用寿命，因此改善机床的动态特性成为机 床优化设计的重要任务［1］。 影响机床动态性能的因素比较多也比较复杂，优 化设计时必须做一些简化处理。机械结构的模块化设 计无疑成为简化处理的重要手段，它是以有限元分析 为核心建立既反应实际情况又便于计算的模型，通过 结构的分析与优化使零件的动态性能得到提高，降低 生产成本［2］。 1 优化设计的理论分析基础 一个 n 自由度的无阻尼振动系统可表示为: ［M］{ x?} +［K］{ x} = { f} ［3］ ( 1) 式中: ［M］、［K］———质量和刚度矩阵;