龍門加工中心原型整機有限元模型的動態分析

　　(1)模態分析。原型5坐標龍門加工中心設計的高工作轉速為10000r/min，由于作用在機床上的激勵力頻率一般都不高，因而只有低幾階模態的固有頻率才有可能與激振頻率重合或接近。高階模態的固有頻率已遠高于可能出現的激振力頻率，一般不可能發生共振，對于加工質量的影響不大。所以只需研究機床的低階模態。對原型整機的有限元模型進行模態分析，能明顯表現出機床動態特性的是第1、3、5階振型，這三階固有頻率與振型如圖3所示。模態分析結果。

　　(2)諧響應分析。模態分析可得到整機各階振型和固有頻率，但這僅表示機床各部位的相對振動情況，而外力激勵下各階振型對整機振動作用大小是不同的，因此對整機進行諧響應分析就能更清楚地看出在動態干擾激勵下機床結構的抗振性能。在原整機有限元模型安裝刀具部位加X、Y、Z分力幅值均為1000N的簡諧力。根據模態分析得到機床動態特性，以及實際工況下激勵力頻率，設置簡諧力頻率在40～140Hz范圍，用該簡諧力對整機激振。如圖4所示為該頻段簡諧力激勵下機床刀具的振動響應。

　　從原型整機諧響應分析結果可以看出，在動態切削力激勵下第1、3、5階模態容易被激發。結合模態分析可以認為，第1階振型主要是由于滑座和立柱Y向剛度相對較弱產生的變形;第3階振型主要是橫梁的扭曲變形;第5階振型主要是橫梁的扭曲變形和箱體的彎曲變形。因此，橫梁結構是龍門加工中心結構設計中的一個薄弱環節。對橫梁進行結構改進，適當提高橫梁抗扭剛度、減小動態切削力影響下的機床變形是進一步提高整機動、靜態性能的關鍵所在。更多關于龍門加工中心的資訊請見：http://www.yxskkj.com.cn