【正文】 大范圍的零件加工，可以進行大切削量的粗加工和精加工。這種結(jié)構(gòu)的機床目前國內(nèi)已經(jīng)能夠自己設(shè)計制造。 虛擬制造技術(shù) 的發(fā)展應(yīng)用，為開發(fā)研究高技術(shù)數(shù)控機床產(chǎn)品提供了技術(shù)手段。目前，我過機床行業(yè)正在致力于研究開發(fā)。 對基礎(chǔ)件（底座、工作臺、滑枕、立柱）及整機進行了固 有振動特性分析，得出了相應(yīng)的固有頻率和振型，通過振型的動畫顯示，形象而逼真地描述各模態(tài)的振動過程。而發(fā)達國家在進出口技術(shù)含量高的五軸聯(lián)動加工中心方面，對我國進行限制。 ABSTRACT The milling machine is developing towards high speed, high precision and high rigidity, its anization is being more plex, the need of its work performance is being more. For the developed countries restrict our country in importing the NC machine with 5axes linkage, we should do it by ourself. The development and appliance of the VMT provide the technical measurement in exploiting the NC machine tool of the high technology. The main task of this study is the acplishment of the virtual dynamics of the basic parts including worktable、 base、 slider and the whole machine by means of the finite element analysis. The virtual dynamics research include two sides: the analysis of the inherent libration speciality and the analysis of the response speciality. The analysis of the inherent libration speciality of the worktable、 base、 slider and the whole machine oth the system is done to get the relevant inherent frequencies and the librating models. The moving show of the librating models describes the vibrating process of several modes. The analysis of the slider is done on the slider, the response displacement of the working speed is gotten. The curve of the response displacement and the frequency is drawn. The virtual dynamics research is done in this thesis, to shorten the exploiting period of the product, and to reduce the exploiting cost. The reliable theory is provided to design the worktable 、 base 、 slider and the whole machine performance. The way is easy to extend to the research of the other machine tools. So the way and the conclusion is of abroad engineer meaning. 1． 1 課題研究的來源和技術(shù)背景 本課題的主要任務(wù)是對五軸加工中心的動力學(xué)分析（固有振動特性分析和響應(yīng)特性分析）。機床不僅要具有多坐標(biāo)復(fù)雜曲面的加工功能，而且還應(yīng)該具有高速度、高剛度和高精度的要求。 1． 2 課題研究的主要內(nèi)容 五軸加工中心主要應(yīng)用于具有復(fù)雜曲面的工件的加工。由于國外的技術(shù)封鎖，缺乏可參考的技術(shù)資料。 1． 3 課題研究的主要方法 一個機床新產(chǎn)品的開發(fā)研制按傳統(tǒng)的方式要經(jīng)過幾個階段。用戶在虛擬的環(huán)境 中可以“自由”運動，任意觀測周圍的景物。二次建模是針對機床產(chǎn)品的特點而采用的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，根據(jù)不同的分析任務(wù)，需要建立不同的模型。在機械結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析中，利用彈性力學(xué)有限元法建立結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型，進而可以計算出 結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型等模態(tài)參數(shù)以及動力響應(yīng)。 2．單元特性分析 1）選擇位移模式 在有限單元法中，選擇節(jié)點位移作為基本未知量時稱為位移法；選擇節(jié)點力作為基本未知量時稱為力法；取一部分節(jié)點力和一部分節(jié)點位移作為基本未知量時稱為混合法。但是，對于實際的連續(xù)體，力是從單元的公共邊界傳遞到另一個單元中去的。 要研究五軸加工中心的基礎(chǔ)件（床身，工作臺和滑枕等）以及整 機模型，首先要建立該系統(tǒng)的動力方程。一部分是由作用在元素 e 上的動載荷構(gòu)成的元素負荷，它按通常的辦法來形成，但由于此時載荷是時間 t 的函數(shù)，由此形成的元素負荷向量也與時間 t 有關(guān)，記為 etF )}({ 。將式 ()代入 ()中并消去 sin t? 因子，就得到： （ [K] 0}]){[2 ?gM? () 于是，要找型如式 ()的簡諧振動就化為要 2? 和非零向量 {g},使?jié)M足 ()式。 顯然特征值僅取決于系統(tǒng)本身的剛度，質(zhì)量等物理參數(shù)。本課題中主要研究滑枕的響應(yīng)特性。記 }{][}{ 00 PQ T?? () 由式 ()得知 },}{{}{ 000 PQiQ i??個元素是的第 這時式 ()成為 tQtKtM iipiipi ??? s in)()( 0???? () 設(shè) tAt ii ?? sin)( ? ，代入上式得 2020 1 1rKQMK QApiipipiii ???? ? () 其中 ir 是激勵頻率與系統(tǒng)第 i 階固有頻率之比，即 ir =i?? () 于是系統(tǒng)在第 i 個主坐標(biāo)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為 trKQt piii ?? s in1 1)( 20 ?? () 將各個主坐標(biāo)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)代入公式 ()，便得到系統(tǒng)對簡諧激勵的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為 tPrKtrKQtttx nipiTiinini piiiii ???????? s i n}{)1( }}{{s i n1 1}{)(}{)}(]{[)}({ 01 221 10 ?? ??? ? ??????? () 當(dāng) s??? 時，第 s 階主振動的振幅會變得很大，即系統(tǒng)發(fā)生了第 s 階共振，這時上式可寫為 trK PtxpsTss ??? s in)1( }{}{}{)}({ 20?? () 這說明系統(tǒng)在第 s 階共振時的振動形態(tài)接近于第 s 階主振型。本章將對基礎(chǔ)件（工作臺、底座、立柱、滑枕），整機進行虛擬動力學(xué)研究。在 ANSYS 術(shù)語中，模型生成一般狹義地指用節(jié)點和單元表示空間體域及實際系統(tǒng)連接的生成過程。網(wǎng)格劃分密度很重要，如果網(wǎng)格過于粗糙，那么結(jié)果可能包含嚴(yán)重的錯誤，如果網(wǎng)格過于細致，將花費過多的計算時間，浪費計算機資源，而且模型可能過大以至于不能在你的計算機系統(tǒng)上運行，為避免這類問題的出現(xiàn)，在生成模型前應(yīng)當(dāng)考慮網(wǎng)格密度問題。 第 2 步：定義單元類型 1． 選擇菜單途徑 Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete. 2． Element Types 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 2． 在 OK 上單擊以指定材料號為 1。 2． 在彈出的 Import IGES File 對話框的 file name 中選中,單擊 OK。） 6． 選取菜單途徑 Utility MenuPlotCtrlsPan,Zoom,Rotate。 6． 單擊 OK。 4．單擊“ All 自由度（ DOF）”。它的特點是能充分利用 [K]及 [M]的稀疏帶狀性質(zhì)而且能在一次求出前幾個模態(tài)最大的廣義特征值和對應(yīng)的特征向量。 3． 彈出 Subspace Modal Analysis 對話框，將 Start Freq 設(shè)為0，將 End Frequency 設(shè)為 2020。 圖 310 選擇模態(tài)提取方法以及擴展的模態(tài)數(shù) 圖 311 確定頻率變化范圍及相關(guān)參數(shù) 第 2 步：列出 固有頻率 1． 選 取 菜單 途徑 Main MenuGeneral PostprocResults Summary。 5． 單擊 Play toolbar 上的按鈕觀察動畫播放。當(dāng)激振力的頻率與滑枕的固有振動頻率相同時，就 會發(fā)生共振動。當(dāng)矩陣階數(shù)很高時，常采用直接接分和振型疊加法求解。 ANSYS 軟件中 ,諧響應(yīng)分析的過程由三個主要步驟組成 :建模 ,加載并求解和分析結(jié)果。Substeps。 8. 在圖形窗口中拾取節(jié)點 15180，單擊 OK。 12. 選取菜單途徑 Main MenuSolutionSolveCurrent LS。接受缺省選項 Nodal DOF Result,單擊 OK，彈出 Define Nodal Data 拾取對話框。單擊 OK，彈出 Define Nodal Data 對話框。 14． 在 type of grid 滾動框中選中“ X and Y lines”,單擊ＯＫ。五軸加工中心的動態(tài)性能對機床的整體特性影響很大。在此，向他表示深深的感謝?。。? 在做論文期間，楊慶東教授給了我大量的指導(dǎo)與幫助，在此，向他表示衷心的感謝。 （ 2）對滑枕進行了響應(yīng)特性分析，得出了滑枕在三階固有頻率 ,四階固有頻率 ,五階固有頻率 會發(fā)生共振。單擊 OK，圖形窗口將出現(xiàn)一個曲線圖。 10． 接受缺省選項 Nodal DOF Results,單擊 OK，彈出 Define Nodal Data 拾取對話框。單擊 OK。單擊 Close。 10. 在圖形窗口中拾取節(jié)點 15180，單擊 OK。 6. 在 Mass matrix multiplier 處輸入 5。 將滑枕諧響應(yīng)分析的 GUI 步驟所列如下 : 第 1 步：諧響應(yīng)分析 1. 選 取 菜 單 途 徑 Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis。和? 分別為 幅值 、強迫振動頻率和相位角 . 考慮到滑枕與銑頭連接處所受銑削力等相關(guān)因素的影響 ,所選節(jié)點徑向所受激振力的影響 .滑枕的激振力的確定 ,見圖 41 所示 .