GK650数控加工中心参数化模型动力修改__墨水学术,论文发表,发表

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     摘要：横梁、立柱结构对加工中心的动态特性有重要影响。通过建立GK650数控加工中心参数化模型，对横梁、立柱结构进行动力修改，以模态变化作灵敏度分析，研究横梁、立柱不同结构特性对其动力特性的影响。结果分析得知，增加立柱外壁的厚度，与添加长方形侧翼和改变立柱加强筋结构等方法来较明显改变GK650的低阶固有频率。可为GK650高速数控加工中心的改进设计提供了依据。

      关键词：参数化模型  动力修改  灵敏度分析 

1 引言
      加工中心动态特性是衡量设计方案优劣的重要的性能指标。机床的动态特性对机床加工性能的影响很大，动态特性包括固有频率及其相应的振型以及强迫振动时的响应[1]。不仅影响加工中心的加工精度、使用寿命，对稳定性有重要影响。要加强加工中心的稳定性与加工精度，必须进行动力学研究，模态分析是动态特性研究的重要方法，以有限元的方法思想，分析机械部件的振动特性，即结构的固有频率和振型[2]，是评价工中心动态性能的重要指标。

2 GK650数控加工中心结构特点
       GK650数控加工中心是江门某自动化公司自主开发的新型数控机床，主要由横梁、立柱作支承。横梁与立柱的设计尺寸和布局形式决定了刚度大小和结构的模态振型等静、动态特性。这与加工中心的整机性能有着密切关系，因此如何提高横梁、立柱的动态特性对于保证整机的高速加工精度和与提高可靠性有重要意义，结构如图1所示。
     
  横梁、立柱结构                 横梁、立柱的内部加强筋结构
图1  横梁、立柱样机结构图

3 GK650数控加工中心结构参数化模型
      传统的有限元模型，只是以实体单元SOLID45对限元模型划分，难以进行参数化分析[3]，无法进行优化设计。现根据GK65O物理样机的特点，重新构建GK650的有限元参数化模型。GK650的立柱与横梁是一体化铸造而成，内部结构不是实体，是由很多纵横交错的加强筋构建而成。根据此特点，在构造三维模型时，不再以实体建模方法，而是以线框模型构造骨架，如图2所示。把线框模型导入ANSYS，进行单元的划分，可以定义每个单元节点的位置，整个参数化有限元模型可以SHELL63的板单元进行划分，模拟其内部加强筋的结构，并大大减少单元数目，节省计算开销。
            
 图2  横梁、立柱线框骨架模型                   图3  ANSYS内部加强筋模型
       定义不同结构，共6个区域的单元模型，分别是1立柱加强筋；2横梁加强筋；3横梁外表面；4立柱外表面；5横梁顶面；6横梁斜面。只需改变单元的实常数[4]，便能改变横梁、立柱的厚度，从而能快捷地计算出筋板厚度及各单元组厚度不同情况下的固有频率和振型，通过对比，能快速确立优化方案；并能添加单元节点，构造立柱不同的结构形式，对GK650进行结构设计改进，如图3所示。

4横梁、立柱结构的动力修改分析
       通过改变结构的质量特性，进行横梁、立柱结构的模态变化的灵敏度分析。分别改变立柱、横梁和加强筋的厚度，移动部件的质量等，并进行模态分析，得到其前几阶的固有频率，根据模态分析结果，前4阶的模态是主要加工中心主要的工作频率段

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