低速走丝线切割对加工精度要求日益提高,致使其关键部件的结构优化日益重要。床身部件是低速走丝线切割机关键部件之一,切割中易承受复杂载荷工况,并且因其结构复杂,易受不同振源的影响而产生振动。而振动是影响精度的重要因素,因此需要对床身进行模态分析,并根据分析结果进行结构改进。
2模态分析的相关理论现代设计需要深入研宄产品固有动态特性,外界冲击及运动响应三者之间的关系,即进行产品的动态分析。
通过动态分析得出固有频率和振型等,为结构改进提供重要依据。
对于N自由度线性系统,其运动微分方程可用式(1)表示:其中M、C|、K分别为系统的质量、阻尼和刚度矩阵,x'、x'、xF分别为系统各点加速度响应向量、速度响应向量、位移响应向量和激励力向量。模态分析方法就是以无阻尼的各阶主振型所对应的模态坐标来代物理坐标,使式(1)解耦,变成独立的微分方程。对式1)进行拉氏变换后为:郭志全,徐燕申,张学玲,等。基于有限元的加工中心立柱结构翟鹏,张承瑞,兰红波,等。基于模态分析的高频响伺服刀杆优化设计。中国机械工程,2006(12):2430-2434.赵韩,曹亮,李露。考虑耦合关系的箱体结构有限元分析J.机杨金利。300kN压力机上横梁的有限元分析。机械设计,2006时大方,王卫荣,吴宗彦。PCR-120辗环机机架的三维有限元分7763X102机器绕Z方向扭曲,*大变形处在左前板及右后板处2阶数频率/Hz振型特征描述473X102机器沿X方向往复扭曲,*大变形处在左前板及滚珠丝杆承接处995X102机器沿Y方向往复扭曲,*大变形处在左前板及滚珠丝杆右侧承接处124X103机器沿Z方向上下跳动,*大变形处在左前板处66X103机器沿X方向的右侧板跳动剧烈7 1.17993X103床身沿Y、Z方向轻微跳动,*大位移处在左前板0311X103床身沿XY方向轻微跳动,*大位移处在右后板188X103床身沿Y,Z方向轻微跳动,*大位移处在左后板188X103床身沿Z方向轻微跳动,*大位移处在左后板520X103床身沿Y方向轻微跳动,*大位移处在左前板明床身固有频率略低,在承载用于驱动工作台的滚珠丝杠处及承载走丝箱部件处易产生较大变形。并且床身四周壁板强度不足,振型复杂。据此提出三种改进方案:薄壁处的壁厚尺寸,提高刚度,改善结构动态性能;烈处增加阻尼材料;烈处设置加强筋。
案进行结构改进并重新进行动态分析,原设计与改进方案固有频率对比如所示。
进方案固有频率及*大相对变形量如表3所示。
方案3优于其余两