【導(dǎo)讀】M7475B平面磨床立柱的有

　　

【正文】 大允許載荷時(shí) ,變形量不超過(guò)規(guī)定值；在大件本體移動(dòng)時(shí) ,或其它部件在大件上移動(dòng)時(shí) ,靜剛度的變化應(yīng)小。 ,在預(yù)定 的切削條件下工作時(shí) ,能穩(wěn)定地達(dá)到預(yù)期的加工精度。 ,結(jié)構(gòu)要合理 ,便于調(diào)整和裝卸。 ,工作時(shí)的熱變形對(duì)加工精度影響小。 ,耐磨性要好。 ,材質(zhì)穩(wěn)定 ,能長(zhǎng)期保持規(guī)定精度。 ,冷卻液和潤(rùn)滑油的渠道暢通 ,而且不漏油或透油。 ,體形要合理 ,便于吊裝和運(yùn)輸。 由此可見(jiàn) ,一個(gè)好的結(jié)構(gòu)不僅要有良好的靜態(tài)性能 ,還要有良好的動(dòng)態(tài)和熱態(tài)性能 ,在此條件下還要盡量減小質(zhì)量 ,節(jié)省材料 ,降低成本。 結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化 一般機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化準(zhǔn) 則為：①提高各階固有頻率；②各階固有頻率盡量均布；③避免固有頻率與外界激勵(lì)頻率一致引起共振；④各子結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度不出現(xiàn)明顯薄弱環(huán)節(jié)。 立柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案一 在本優(yōu)化方案下，在立柱底座垂直邊角出加了一邊兩條共四條斜筋板（見(jiàn)圖61），并將改進(jìn)后的立柱結(jié)構(gòu)導(dǎo)入 ANSYS 軟件進(jìn)行模態(tài)分析， 計(jì)算磨床立柱各階振型頻率如表 61。 表 61 磨床立柱改進(jìn)型 1 各階振型頻率 振型階數(shù) 1 2 3 4 5 振型頻率（ Hz） 5 最大變形（ mm） 圖 61 磨床立柱改進(jìn)型 1 有限元模型 表 62 磨床立柱 改進(jìn)型 1 各階振型頻率與原結(jié)構(gòu)振型頻率的比較 振型階數(shù) 1 2 3 4 5 原有結(jié)構(gòu)振型頻率（ Hz） 改進(jìn)型 1 振型頻率（ Hz） 通過(guò)比較 磨床立柱 改進(jìn)型 1 有限元模型各 階振型頻率與原 設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)振型頻率 可以看出， 改進(jìn)型 1 由 于在立柱底座兩邊加了 4 個(gè)斜筋板，各階振型均有所提高， 影響立柱 動(dòng)態(tài)特性的 主要因素是立柱的第一、第二階固有頻率， 其中尤其以第一階固有頻率的影響最為明顯 ，而在本優(yōu)化方案中，一階振型頻率比原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一階振型頻率提高了約 8Hz，表明本優(yōu)化方案效果明顯，有效地提高了一階固有頻率使其更加遠(yuǎn)離能引起立柱共振的驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率。 本優(yōu)化方案立柱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析結(jié)果如圖 6 6 6 65 和 66 所示。 圖 62 磨床立柱改進(jìn)型 1 一階振型 圖 63 磨床立柱改進(jìn)型 1 二階振型 圖 64 磨床 立柱改進(jìn)型 1 三階振型 圖 65 磨床立柱改進(jìn)型 1 四階振型 圖 66 磨床立柱改進(jìn)型 1 五階振型 立柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案二 在本方案中，對(duì)立柱中筋板的厚度和寬度均有所加大，其中筋板厚度加厚8mm，筋板寬度加厚 20mm（如圖 67）。在 PRO/E 中修改原模型，優(yōu)化完畢后導(dǎo)入 ANSYS 軟件進(jìn)行模態(tài)分析，分析計(jì)算后，在通用后處理器中觀察各階振型頻率的變化， 本優(yōu)化方案立柱振型頻率結(jié)果如表 63 所示。 表 63 磨床立柱改進(jìn)型 2 各階振型頻率表 振型階數(shù) 1 2 3 4 5 振型頻率（ Hz） 99.76 最大變形（ mm） 5 本優(yōu)化方案立柱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析結(jié)果如圖 6 6 6 611 和 612 所示。 圖 67 磨床立柱改進(jìn)型 2 有限元模型 圖 68 磨床立柱改進(jìn)型 2 一階振型 圖 69 磨床立柱改進(jìn)型 2 二階振型 圖 610 磨床立柱改進(jìn)型 2 三階振型 圖 611 磨床立柱改進(jìn)型 2 四階振型 圖 612 磨床立柱改進(jìn)型 2 五階振型 磨床立柱 改進(jìn)型 2 各階振型頻率與原結(jié)構(gòu)振型頻率的比較表 振型階數(shù) 1 2 3 4 5 原有結(jié)構(gòu)振型頻率（ Hz） 改進(jìn)型 2 振型頻率（ Hz） 從 磨床立柱 結(jié)構(gòu) 改進(jìn)型 2 各階振型頻率與原結(jié)構(gòu) 各階 振型頻率的比較 表中可以看出，除了一階振型無(wú)明顯變化外， 2 到 5 階振型均有所提高， 在改進(jìn)方案二下 第 二到五階固有振型頻率均有所提高，但立柱一階固有振型頻率有微小降低，一階振型最大 位移 變形 量也有所降低，不過(guò)固有頻率降低了 %，最大位移變形量降低了 %,固有頻率降低幅度小于最大位移變形量降低幅度，所以該方案亦可行。 本章小節(jié) 本章通過(guò)分析兩種不同優(yōu)化方案，分別比較了兩種優(yōu)化方案下各階振型頻率的變化，改進(jìn)型 1 通過(guò)在磨床立柱底座兩邊各加兩個(gè)斜筋板，筋板厚度100mm，經(jīng)導(dǎo)入 ANSYS 軟件分析，結(jié)果顯示各階振型頻率均有所提高。改進(jìn) 型 2 通過(guò)將立柱中的筋板加厚 8mm，加寬 20mm，經(jīng)導(dǎo)入 ANSYS 軟件分析，結(jié)果顯示除了 1 階振型無(wú)明顯變化外， 2 到 5 階振型均有所提高，通過(guò)比較兩個(gè)方案的模 態(tài)分析結(jié)果，方案一效果明顯，且實(shí)際應(yīng)用簡(jiǎn)單 ，方案二通過(guò)加寬加厚筋板，雖然結(jié)果表明方案可行，不過(guò)沒(méi)有方案一實(shí)際應(yīng)用簡(jiǎn)單 。 第七 章 結(jié)論與展望 結(jié)論 本課題利用 ANSYS有限元分析軟件建立了 M7475B立軸圓臺(tái)平面磨床立柱的有限元模型，并對(duì)立柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜剛度分析和動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析，特別依據(jù)模態(tài)分析的結(jié)果，對(duì)磨床立柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的優(yōu)化。綜合以上分析結(jié)果，得出如下結(jié)論： 1. 磨床立柱結(jié)構(gòu)在靜載下的變形量都比較小 ,在本課題中最大變形量在 左右 ，且立柱結(jié)構(gòu) 在受載情況下平均應(yīng)力不高，應(yīng)力集中現(xiàn)象不明顯，原立柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)滿足靜剛度要求； 2. 在立柱結(jié)構(gòu)靜剛度分析中，本課題考慮了磨頭加工時(shí)離工作臺(tái)距離最大時(shí)的極限情況，因?yàn)樵诖朔N情 況下，載荷對(duì)磨床立柱的影響最大； 3. 立柱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析結(jié)果表明，原立柱結(jié)構(gòu)一階固有振型頻率較高，高于磨床驅(qū)動(dòng)電機(jī)所引起的激振力的頻率； 4. 在立柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，本課題簡(jiǎn)單地研究了兩種改進(jìn)方案對(duì)立柱各階固有振型頻率的影響，在改進(jìn)方案一下立柱各階固有振型頻率有明顯提高，而最大位移變形量變化不大；在改進(jìn)方案二下二到五階固有振型頻率均有所提高，但立柱一階固 有振型頻率有微小降低，一階振型最大變形量也有所降低，不過(guò)固有頻率降低了 %，最大位移變形量降低了 %,固有頻率降低幅度小于最大位移變形量降低幅度，所以該方案亦可行。 論文不足之處 由于 時(shí)間和作者水平 等的限制，本課題的研究空間還有待擴(kuò)展： 1. 本課題只對(duì)磨床立柱進(jìn)行了研究，對(duì)于磨床床身以及整機(jī)的有限元分析還有待研究。 2. 由于作者水平有限，在對(duì)磨床立柱結(jié)構(gòu)建立有限元模型以及進(jìn)行受力分析時(shí)進(jìn)行了近似處理。 展望 1. 固有頻率的減小比例小于變形的減小比例 ,說(shuō)明改進(jìn)結(jié)構(gòu)是可行的 ,此結(jié)論可以推廣 到類似的機(jī)械結(jié)構(gòu)中 。 2. 采用體單元對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) ,迭代過(guò)程中模型容易出現(xiàn)不能劃分網(wǎng)格的問(wèn)題 ,可以嘗試使用殼單元模擬筋板等薄壁結(jié)構(gòu) ,進(jìn)行優(yōu)化分析 ,避免此類問(wèn)題的出現(xiàn) 。 參考文獻(xiàn) [1]．倪曉宇等．機(jī)床床身結(jié)構(gòu)的有限元分析與優(yōu)化 [J] ．制造技術(shù)與機(jī)床． 2020(2)： 4750． [2]．楊明亞等．機(jī)床立柱動(dòng)態(tài)特性的分析 [J]．機(jī)械制造與研究． 2020 (1)：2931． [3]． 楊曉京等．基于 ANSYS 的 XK640 數(shù)控銑床立柱優(yōu)化設(shè) [J]．機(jī)械設(shè)與 制造． 2020(11)： 7374． [4]． 伍建國(guó)等．內(nèi)圓磨床床身結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) [J]．精密制造與自動(dòng)化． 2020(2)： 2526． [5]． 張耀滿等．高速機(jī)床有限元分析及其動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn) [J]．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)． 2020(12) ： 1517． [6]． 朱育權(quán)等． 1CL50 型機(jī)床立柱振動(dòng)模態(tài)分析 [J]．西安工業(yè)大學(xué)報(bào)． 2020(3) ： 215218． [7]. Mohammed Alfares,Abdallah of grinding forces on the vitration of grinding machine spindle Journal of Machine Toolsamp。Manufacture,2020,40(2020):20202030. [8]. ,Dynamic model of the grinding process,Journal of Sound and Vibration,280(2020):425432. [9]. 孫恭壽 ,等 .磨床精化與改造 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ． 1986. [10].趙希學(xué) .關(guān)于立軸圓臺(tái)平面磨床磨削力的計(jì)算問(wèn)題 [J].制造技術(shù)與機(jī)床 ． 1992(01):2526. [11]． 邱言龍 ． 磨工技師手冊(cè) .北京 ： 機(jī)械工業(yè)出版社 ． 2020： 201203． [12]． 趙汝嘉 ． 機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析 ． 西安 ： 西安交通大學(xué)出版社 ． 1990． [13]． 王偉偉 ， 翁澤宇 ， 巫少龍 ． 大型高效數(shù)控銑床有限元模態(tài)分析 .機(jī)床與液壓 ． 2020(6)： 21． [14]． 胡 如夫 ． 高精 度 內(nèi)圓 磨 床結(jié) 構(gòu) 動(dòng)態(tài) 優(yōu) 化設(shè) 計(jì) 研究 ． 中國(guó) 機(jī) 械 工程 ． 2020,13(18) ： 1542． [15]． 鄭偉中 ． 機(jī)床的振動(dòng)及其防治 ． 北京 ： 科學(xué)出版社 ． 1981． [16]． 王月飛 ． 機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性分析 ． 河北工業(yè)科技 ． 2020,18(4) ： 11． [17]． 《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》編寫(xiě)組 ． 金屬切削機(jī)床 ． 上海 ： 上海科學(xué)技術(shù)出版社 ． 1985． [18]． 葉瑞漢 ． 機(jī)床大件焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ． 北京機(jī)械工業(yè)出版社 ． 1986． 致謝