ANSYS下的机床夹具静动态特性研究 黄建勇
机床主轴的动力学建模及优化设计.kdh
前言机床主轴的性能正在向高转速、高精度、高刚度方向发展，通过对机床主轴动态特性的有限元分析，为改善机床主轴的静动态特性提供必要的理论依据和数据，不仅能在产品设计阶段就能对主轴部件动机床主轴的动力学建模及优化设计吴化勇 山东理工大学工程技术学院 ２５５０１２态特性作出符合实际的预测并提出改进方向，还可以在短时间内作出多种方案比较，使机床主轴实现优化设计，进而提高产品一次设计成功率、缩短产品开发周期，提高加工中心产品的设计水平。
１ 主轴部件的有限元建模ＣＡ６１４０机床主轴为阶梯轴，可以简化为一个线弹性系统，其运动微分方程可以写为： （１）图１ 力学模型图１（ａ） 有限元模型图２（ｅ） 五阶模态的振型图最大变形位于主轴后端位置，最大位移量０．７９３６１９ｍｍ。
图２（ｄ） 四阶模态的振型图最大变形位于主轴前端位置，最大位移量０．３２６１０９ ｍｍ。
图２（ｃ） 三阶模态的振型图最大变形位于主轴中间位置，但与二阶模态变形的方向不同，最大位移量０．２９１１４９ ｍｍ。
图２（ｂ） 二阶模态的振型图最大变形位于主轴中间位置，最大位移量为０．２８０５５９ｍｍ。
图２（ａ） 一阶模态的振型图最大变形遍布于整个主轴，最大位移量为０．３９５７４ｍｍ。
图２ 五阶模态的列表显示式中，［Ｍ］、［Ｃ］、［Ｋ］分别为系统的总体质量、阻尼和刚度矩阵；｛δ（ｔ）｝、｛Ｒ（ｔ）｝分别为节点的位移和外力矢量。
简化后的力学模型如图１所示。
其中Ｆｒ， Ｆｔ分别表示主轴上大齿轮所受轴向力和切向力。
Ｆ２表示刀具对工件的主切削力。
Ｔ１表示由Ｆｔ产生的扭矩，Ｔ２表示Ｆ３产生的扭矩。
应用体单元建立其结构有限元模型，如图１（ａ）所示。
根据力学模型对其施加约束与载荷，模态提取方法选用子空间方法。
根据力学模型对其施加约束与载荷，模态提取方法选用子空间方法。
其前三阶固有频率分别为：ｆ１＝５２．７５Ｈｚ；ｆ２＝８４．３７Ｈｚ；ｆ３＝１１７．００Ｈｚ。
前三阶固有频率的振型分别对应于图２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）。
基于ANSYSWorkbench的大型数控龙门铣镗床床身静动态特性分析
第12卷第1期2012年1月1671—1815（2012）01-0180-05科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol.12No.1Jan．2012 2012Sci.Tech.Engrg.仪表技术基于ANSYS Workbench 的大型数控龙门铣镗床床身静动态特性分析张强1尹志宏1*张明旭2李晓园1徐凯1（昆明理工大学机电工程学院1，昆明650093；沈机集团昆明机床股份有限公司技术中心2，昆明650203）摘要对某大型数控龙门铣镗床床身的结构特点和受力情况进行了分析。
在此基础上以ANSYS12．1Workbench 为平台，用有限元方法对该床身进行了静力学和模态分析，并在不同约束条件下对比了床身的静力学变形和模态。
分析结果表明该机床床身静力状态下变形较小，低阶模态频率较高，符合使用要求；但结构较为厚重，优化空间较大，可进行进一步优化。
关键词床身有限元静力学模态中图法分类号TH123；文献标志码A2011年10月8日收到，10月20日修改第一作者简介：张强（1983—），山西人，男，硕士研究生，研究方向：机电系统动力学。
E-mail ：sxndzq@163．com 。
*通讯作者简介：尹志宏，（1962—），男，教授，研究方向：系统动力学。
E-mail ：yzh_kun@sina．com 。
近年来，随着科学技术的发展和计算机更新换代的加快，国内设计领域正在逐步由传统设计向现代设计过渡，这在机床行业表现的尤为突出。
目前，国内机床结构件的一般设计过程为：根据设计要求进行半经验半理论的传统设计，在此基础上完成三维CAD 绘图，然后对初步设计进行CAE 分析，进而根据分析结果进行再设计（优化）；如此反复，直至性能达到要求，最后进行制造。
在进行CAE 分析时，如何根据结构的不同特点选取与之匹配的现代设计方法、评价参数和分析软件对设计进行评价、为优化提供依据，从而有效提升产品质量，成为近年来研究的热点［1—4］。
应用ANSYS的机床主轴箱静力分析
建立工作平面（WP），使x 轴与中心线保持一致，旋转y 轴到适当位置，按命-divide-Area by WP，用y 轴分割该圆 柱面。每个单元大小为20mm进行自由网格划分。论文参 考网
。节点数为11300个，单元数为9000个。箱体有限元模型 如图2所示。2 施加约束载荷及求解主轴箱在工作条件下， 三角形导轨面在y，z方向运动均受到限制，故对导轨面 进行y，z方工出高精度的产品。 但整体来讲，三个方向的刚度分布不太均匀，如果可能， 可以改进主轴箱结构，以提高主轴箱刚度，确保加工产 品的精度。图6 合位移场等值线分布图
4 结论（1）由于精确地将轴承座圆柱面的承载面分割出 来，所以施加的载荷真实地反映了实际受载情况，主轴 箱的网格划分密度良好，保证了计算结果的精度。（2） 应力分析和刚度分析结果表明，主轴箱
中现象。这种应力集中是由于几何构造或载荷引起弹性 理论计算应力值较大，它不会影响整个结构的分析。图4 单元应力偏差分布图3.2应力分析图5 主轴箱节点等效应 力分布图3.3刚度分析：图6为
合位移场等值线分布图，从结构总变形USUM分布图可以 看出，主轴箱大部分的总变形值在0～0.004mm,最大值为 0.009029mm，分别位于主轴箱孔施加载荷处和上箱盖边 缘。主轴箱整体变
动轴必须在有限的标准箱体空间中找到适宜的分布位置 并避免干涉，而各轴的设计又必须保证其转速、旋向、 强度和刚度，因此难度较大。用有限元法对主轴箱进行 静态结构分析，计算出箱体的应力情况、固有
频率和振型，为主轴箱的动态分析和优化设计提供理论 依据。1 建立有限元模型1.1 建立简化的实体模型图1 主 轴箱的简化模型图2 主轴箱有限元模型1.2 定义单元类型 材料属性主轴箱材料使用
体具有较高的抵抗破坏和变形的能力箱体的刚性较好。 参考文献：[1]邵蕴秋. ANSYS8.0 有限元分析实例分析导航 [M]. 北京：中国铁道出版社，2004.[2]郑翔.基于FEM 的箱
基于ANSYS Workbench的数控机床高速电主轴静动态性能分析
摘要高速电主轴作为高速数控机床的核心部件，是将高频电机的转子热压在机床主轴上，输出端直接与刀具或工件连接在一起的一种“零传动”机构。
因此，它不仅具有电机多变量、非线性、强耦合的电磁特性，而且具有高速机床主轴转矩响应快、转矩平稳、抗扰动性能高的特点。
当高速电主轴处在不同的控制方式下时，主轴转矩的动态输出性能不仅直接影响主轴加工工件的几何形状和表面粗糙度，更是高速加工时系统振动、噪声以及温升的源泉，是高速数控机床整体性能的直接体现，同时也是高速数控机床设计、制造及控制共同关心的一个重要指标。
本文以数控机床高速电主轴为研究对象，建立了电主轴系统三维有限元模型，采用弹性支承模拟了轴承的支承，利用新一代的有限元分析软件ANSYS Workbench 对数控机床高速电主轴进行了静力学分析和模态分析。
分析结果表明: 数控机床高速电主轴的静刚度能够满足要求; 数控机床高速电主轴的最高工作转速远远低于其一阶临界转速，能有效避免共振的发生。
从而验证了该数控机床高速电主轴设计的合理性，也为数控机床高速电主轴的优化设计以及力热耦合特性分析奠定了基础。
关键词：数控机床，高速电主轴，ANSYS Workbench，动态性能，静态性能AbstractHigh-speed motorized spindle, as the core component of high-speed CNC machine tool, is a kind of "zero drive" mechanism that hot-presses the rotor of high-frequency motor on the spindle of machine tool and directly connects the output end with the cutter or workpiece. Therefore, it not only has the electromagnetic characteristics of multi-variable, nonlinear, strong coupling of the motor, but also has the characteristics of high-speed machine spindle torque response, torque stability, high anti-disturbance performance. When high speed motorized spindle are under different control modes, the dynamic output shaft torque performance not only directly affect the spindle machining geometrical shape and surface roughness of workpiece, but also the high speed machining system is the source of vibration, noise and temperature rise, high speed nc machine tools is the direct embodiment of the overall performance, and high speed CNC machine tool design, manufacturing and control an important index of common concern.This paper takes the high-speed motorized spindle of CNC machine tool as the research object, establishes the three-dimensional finite element model of the motorized spindle system, simulates the bearing support with elastic support, and conducts static analysis and modal analysis on the high-speed motorized spindle of CNC machine tool with the new-generation finite element analysis software ANSYS Workbench. The results show that the static stiffness of high-speed motorized spindle can meet the requirements. The maximum working speed of high-speed motorized spindle of CNC machine tool is far lower than the first critical speed, which can effectively avoid resonance. Thus, the rationality of the design of high-speed motorized spindle for CNC machine tool is verified, and the foundation is laid for the optimization design of high-speed motorized spindle for CNC machine tool and the analysis of the coupling characteristics of force and heat.Keywords:CNC machine tool, High-speed motorized spindle, ANSYS Workbench, Dynamic performance, Static performance目录1 绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究意义 (2)1.3 研究现状 (3)1.3.1 高速电主轴的热性能研究 (3)1.3.2 高速电主轴的应用现状 (4)1.3.3 高速电主轴的静动态性能研究 (4)2 电主轴主要结构及其有限元模型的建立 (5)1.1 电主轴主要结构及主轴主要参数 (5)1.2 电主轴有限元模型的建立 (6)3 电主轴静力学分析 (8)3.1 典型受力条件下的主轴受力计算 (8)3.1.1 高速铣削加工时作用在数控机床高速电主轴上的平均圆周切削力Fcav∑ (8)3.1.2 作用于主轴的径向力Fr (9)3.2 电主轴单元静力分析(加载、约束与求解) (9)4 电主轴模态分析 (10)5 结论和展望 (12)5.1 结论 (12)5.2 展望 (12)参考文献 (13)1 绪论数控机床高速电主轴作为现代高速加工技术的核心部件之一，广泛应用于各种数控加工中心和高性能的机床主轴上，具有多变量、非线性、强耦合的特点，其内部的电磁转换与主轴动态输出性能之间存在着非常复杂的相互依存关系。
基于ANSYS Workbench的高速电主轴静动态性能仿真分析及优化
3.2提高企业竞争力随着工业发展的转型升级，其机械化水平在飞速提高。
机械设备朝着大型化、信息化的方向发展。
在高科技、高尖端器械出现的同时，对其进行维修的技术含量也在不断提高，这也体现了维修的重要性，给维修企业带来广阔的发展前景。
提高维修技术、优化维修服务对汽车维修企业的生存发展十分重要。
在经济全球化的大趋势下，企业不仅要面对国内同行的激烈竞争，还要面对国际市场的挑战，企业想要更好的生存和发展，提高竞争力十分必要。
在重视“绿色”发展的当下，政府对“绿色产业”的重视程度不断提高，出台相关的保护政策，更好的推进“绿色产业”的发展。
“绿色企业”是这个时代企业发展的主流，只有在汽车维修企业中推广“绿色维修”才能抢占市场先机，获得更好的发展机会。
环境污染程度大、资源利用率低的汽车维修企业，其发展的局限性显而易见。
汽车维修企业推广“绿色维修”，需要选择先进的科学的维修技术和新型环保材料，实现企业经济效益的同时，实现社会效益和环境效益。
只有这样的维修企业，才能在社会发展过程中，成为汽车维修行业的最大获益者，激烈竞争下的生存者。
传统的汽车维修企业必将遭到淘汰。
在汽车维修企业中推行“绿色维修”，无论是对企业自身、行业发展，乃至社会国家的发展，都有不可估量的价值。
4结束语“绿色维修”可以对经济效益的增长和环境效益的增加起到双管齐下的作用。
最大程度地减少资源和能源的使用量，降本增效，为生态环境的保护贡献自己的力量。
无论从经济发展的视角，还是从环境保护和社会发展的角度分析，“绿色维修”都是符合五大发展理念。
“绿色维修”使多方面的综合性的体系模式，推行“绿色维修”也是有利于可持续发展，“绿色维修”在汽车维修企业的不断推广，是实现维修行业可持续发展的重要手段。
参考文献［1］周红，李辉，张云杰.“绿色维修”及其在维修企业中推行的价值［J］.价值工程，2002（6）：36-38.［2］程会强，吴玉锋.绿色维修战略与循环经济［J］.再生资源与循环经济，2009，2（7）：27-30.［3］陈宇晓.绿色维修的实施策略［J］.设备管理与维修，2003（10）：9.〔编辑李波〕基于ANSYS Workbench的高速电主轴静动态性能仿真分析及优化丘立庆(南宁职业技术学院,广西南宁530008)摘要：采用有限元分析软件ANSYS Workbench18.0建立电主轴三维有限元模型,进行静态力学分析和模态分析。
基于ANSYS在数控机床上的热特性有限元分析开题报告
1、ANSYS软件在实体造型中的应用
2、ANSYS软件在虚拟装配中的应用
3、ANSYS软件在生成二维图样中的应用
三、主要研究内容
主要探讨的如何根据要求计算出与齿轮相关的各种参数,从而利用ANSYS软件设计出齿轮的实物造型。通过这篇文章的探讨我们将对齿轮的设计方法有一个全面的了解,并掌握ANSYS的基本使用技巧,为以后的工作,学习打下坚实的基础.
四、毕业论文（设计）的研究方法和技术路线
1.ANSYA软件的建模设计和对机床的热分析
建立机构运动的数学模型，创建程序流程图，编写程序，并在ANSYS软件中调试运行。
2.主要的技术指标及要求
（1）实现机床运动分析的及时、快捷、准确、方便。
（3）系统平台要求可视化，人机互动性强，可实现柔性输入，运行方便。
[3]张胜民主编《基于有限元软件的结构分析》清华大学出版社2003
[4]张世民等编著《机械原理》中央广播电视大学出版社1992
[5]肖正义．滚珠丝杠结构与性能发展动态[J]．功能部件，2001(9)：100-102
[6]何振威，全燕鸣，乐有树．基于有限元模拟的高速切削中切削热的研究[J]．工具技术，2006 40(3)：60-63
3.需要完成的工作
（1）熟悉ANSYS软件的编程使用；
（2）建立数学模型，使用ANSYS软件进行建模；
（3）系统集成调试,优化改进和现场测试；
（4）总结与论文撰写。
五、主要参考文NSYS应用》机械工业出版社2003
[2]梁清香张根全主编《有限元与MARC实现》机械工业出版社2003
[7]田维贤．机械制造中的热变形[M]．武汉：华中理工大学出版
[8]黄国权主编《有限元法及ANSYS应用》机械工业出版社2003
基于ANSYS的微型电火花加工机床参数的优化设计
基于ANSYS的微型电火花加工机床参数的优化设计
唐勇军;王振龙;郭钟宁
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2007(000)010
【摘要】利用ANSYS对微型电火花加工机床的驱动器进行实体建模,求解出超声振子的最佳驱动频率和振动模式.通过有限元分析和优化设计相结合的思想,解决了超声振子驱动齿之间的干涉现象,求得了驱动齿的最佳结构尺寸.最后进行了系统电极的驱动性能测试和实验加工验证,加工出了φ85 μm的微孔.
【总页数】3页(P23-25)
【作者】唐勇军;王振龙;郭钟宁
【作者单位】广东工业大学机电学院,广东,广州,510006;哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150001;广东工业大学机电学院,广东,广州,510006
【正文语种】中文
【中图分类】TG4
【相关文献】
1.基于LMS与ANSYS Workbench的排气系统悬置参数的优化设计 [J], 许凯;曾发林
2.基于ANSYS的气中微细电火花沉积工艺参数的研究 [J], 尚歌;金柏冬;崔景芝;王振龙
3.微细电火花加工机床微伺服机构的参数化有限元分析 [J], 李文卓;赵勇;于云霞
4.基于ANSYS的立体车库载车板参数化优化设计与疲劳分析 [J], 郭迎辉
5.三轴联动的微型电火花加工机床 [J], 赵小文;李治廷;李柏毅
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基于ANSYS的某型压力容器静态与动态特性分析
第33卷第3期2 0 18年8月青岛大学学报（工程技术版）JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY (E&T)Vol. 33 No. 3Aug. 2 0 18文章编号 # 1006 - 9798(2018)03 -0120 - 05; DO * 10.13306/1 1006 - 9798.2018.03.022基于ANSYS 的某型压力容器静态与动态特性分析黄妮，戴作强(青岛大学机电工程学院，山东青岛266071)摘要：针对压力容器容易发生强度失效和稳定失效等问题，本文基于A N S Y S 软件对某型压力容 器的静态与动态特性进行研究，获取了其应力集中危险位置。
在三维建模软件S o lid W o rk s 中，建 立压力容器的三维几何模型，使用自由边划分中面进行网格划分，并给出了载荷及边界条件，将前 处理完成的压力容器模型以c d b 格式导人A N S Y S 软件中进行求解，并在空罐状态下对压力容器 进行动力学特性分析。
分析结果表明，该压力容器的静强度具有一定的余量，不会发生强度失效；在空罐状态下，压力容器筒体和封头容易发生共振，可以在筒体位置适当增加阻尼和约朿，以加强 其稳定性，或者在振型最大处增大厚度以提高刚度，防止和避免共振带来的危害。
该研究保障了压 力容器在操作工况下安全可靠。
关键词：压力容器；A N S Y S #静强度分析；模态分析中图分类号：T H 49文献标识码：A压力容器是化工生产中极为重要的一类储运设备[1]，随着存储介质质量和种类的变化，压力容器产生失效事 故的可能性在不断增加，所以对压力容器进行静态和动态特性研究，分析其结构可靠性具有重要意义。
近年来， 对压力容器可靠性的研究有许多。
郑云虎等人）]采用静强度和模态分析结合的方法，对立式圆柱薄壁容器的振 动特性进行了研究，获得了压力容器的强度和刚度薄弱位置；张自斌等人）]对压力容器的宏观力学响应进行了分 析，并作出应力安全评定，同时运用子模型技术对压力容器接管区域进行了更为精确的应力分析；赵积鹏等人）] 采用特征值屈曲分析方法，得出了压力容器屈曲模态形状和临界外压，提出了压力容器安全使用的临界条件；朱 国樑）]应用A N S Y S 分析了立式厚壁压力容器筒体与封头的应力分布特点，提出了优化措施；马言等人）]针对压 力容器分层缺陷的扩展问题，从动力学角度对压力容器进行模态分析，找到了分层缺陷扩展的原因。
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ANSYS下的机床夹具静动态特性研究黄建勇摘要：在机械加工中，机床夹具的性能直接影响着零件加工的质量和精度，而夹具静动态特性则关系着夹具的整体性能。
因此，为了对机床夹具进行深入研究，判断其设计是否合理，本文利用ANSYS有限元分析软件，结合Pro/E构建三维模型，针对机床夹具的静动态特性进行了分析和研究。
关键词：ANSYS；机床夹具；静动态特性Abstract：in mechanical machining，the performance of machine tool fixture directly affects the quality and accuracy of the parts processing，and fixture static and dynamic characteristics are related to the overall performance of the fixture.Therefore，in order to make a thorough research on the fixture，determine whether the design is reasonable，this paper using ANSYS finite element analysis software to constructthree-dimensional model with Pro/E，according to the static and dynamic characteristics of machine tool are analyzed and studied.Keywords：ANSYS；machine tool fixture；static and dynamic characteristics 前言：工业化进程的持续加快，带动了我国机械制造业的发展。
作为机械制造中一个非常重要的内容，机床夹具对于机械制造意义重大，保证机床夹具的质量，有助于企业降低成本、提高效率。
在传统机床夹具设计中，设计方法虽然成熟，但是周期过长，无法满足现代设计的需求，在这种情况下，可以引入计算机软件来为设计工作提供技术支撑。
1、建立夹具实体模型在夹具模型分析中，采用的是ANSYS有限元分析软件，该软件具备丰富的分析功能和良好的求解能力，在工程方面有着非常广泛的应用。
ANSYS有限元分析法可以将工程系统问题转化为有限元系统，通过离散的方式将连续求解区域分割成一组按照特定方式连接的单元组合体，然后将有限元系统转化为数学模式，结合节点数值以及插值函数，计算出近似未知常函数。
当单元数目增加时，函数的近似程度也会持续改进，显示出更加准确的结果[1]。
想要利用ANSYSY软件针对机床夹具进行有限元分析，首先要做的就是构建夹具的实体模型。
以 SKH 系列数控环模深孔钻机床为例，对其机床夹具模型进行分析，包括了夹具体（支撑作用）、液压传动装置、传力机构齿轮以及与待加工工件直接接触的夹紧元件板等。
要求技术人员做好不同元件的合理装配，得到准确的夹具装配图。
以此为基础，还应该针对装配好的实体模型进行运动仿真测试，对干涉情况进行观察，待确认不存在干涉问题之后，才能切实保证模型的准确性和可靠性。
2、建立夹具有限元模型2.1实体模型导入在完成实体模型构建后，需要将其导入到ANSYS软件中。
从提升计算效率的角度，在模型导入前，可以对其进行适当简化，去除诸如圆角、倒角以及小直径孔等对夹具整体刚度影响不大的结构。
在模型导入操作中，可以选择两种不同的导入方式，一是Pro/E与ANSYS无缝连接，以实现不同软件之间的数据共享。
操作人员可以直接在Pro/E窗口中，点击ANSYS WorkBench按钮，实现模型导入；二是可以将Pro/E中构建的实体模型保存在计算机中，保存的格式可以自主选择，如SAT、Stp/Step等，然后在ANSYSY中将模型打开[2]。
2.2添加模型材料属性夹具模型采用的是结构钢，密度为7850kg/m³，弹性模量200GPa，泊松比取值0.3.2.3网格划分在模型计算中，网格密度与计算结果精度有着直接关联，理想状态的网格密度应该能够保证继续加密也不会导致计算结果的改变，不过需要注意的时，网格密度越大，占用的存储空间以及CPU资源也越大。
考虑计算机性能，这里选择尺寸控制方法，通过对Element Size参数的设置来划分网格[3]。
网格划分后的夹具模型如图1所示。
图1 网格划分后的夹具模型3、夹具模型的静态分析在针对夹具模型进行静态分析的过程中，主要是针对各种载荷在结构构件上作用所引发的应力应变以及位移等的研究和计算，计算过程中应该忽略惯性和阻尼效应。
针对之前已经导入到ANSYS WorkBench中的夹具实体模型，在已经完成材料属性田间以及网格划分的基础上，还需要针对得到的夹具模型进行更加深入的分析，为其施加相应的载荷以及边界约束，使得其能够更加贴近真实。
而在施加载荷与边界约束的过程中，技术人员应该具备一定的实践经验，依照实际工况进行操作，以切实保障最终结算结果的准确性和可靠性[4]。
从机床运行的实际工况分析，为夹具下表面施加固定约束，这对其在上下左右各个方面的自由度进行限定，对于夹具中的四个用于传力的杆件，同样需要施加相应的位移约束，对杆件在Y轴和Z轴方向上的自由度进行严格限制。
边界约束施加完成后，需要进行必要的检查工作，查看约束是否合理，约束条件是否有效，确认无误后，才能继续对夹具模型施加载荷约束。
结合实际工况考虑，夹具压板对于工件所施加的力可以分为两种，分别是铣削操作和钻削操作时产生的夹紧力。
以轴类零件为例，可以依照相应的夹具夹紧力计算公式，得到夹具压板对于工件所施加的两种力的具体数值，而通过对两者的对比，可以看出，在对零件进行铣削加工时，夹具压板对于工件所产生的夹紧力要小于钻削加工时的夹紧力。
因此，选择其中较大的数值（钻削加工时夹具压板的夹紧力）作为荷载，施加在夹具模型压板的压头上。
在每一个压板压头上分配的夹紧力为4742N，夹紧力作用的方向与压板压头垂直。
边界约束和载荷约束全部施加完成后，针对夹具模型进行静力学求解，就能够得到模型总变形分析云图，如图2所示。
结合图2上分析，如果不考虑惯性和阻尼效应，仅仅参考实际工况对夹具施加夹紧力，则压板位置的变形最大[5]。
对此，在针对夹具进行设计时，应该做好夹具压板和压头部分的改进和优化，以保证夹具整体设计的合理性和科学性。
图2 夹具模型总变形分析云图4、夹具模型的模态分析模态分析主要是针对结构振动特性值进行计算，以此来明确结构在正常运行时的振动情况，结构的振动特性主要包括了振型以及固有频率。
作为一种基本的动力学分析，模态分析对于其他动力学分析而言是基础也是参考，事实上，在实际应用中，无论是随机振动分析、响应谱分析还是谐响应分析，都需要以模态分析为基础才能顺利实现。
因此，模态分析虽然在动力学分析中属于最简单最浅显的内容，但是其实用性不容忽视，结合模态分析，设计人员能够更好地对结构的振型及固有频率进行确定，从而有效规避共振问题[6]。
在设计初期，构建设计对象的动力学模型，可以实现动态设计，分析对象的动态特性，找出其中存在的薄弱环节，做好相应的优化改进；而即使是已经制造出来的机械机构，通过构建动力学模型，开展相应的有限元分析，同样能够得到固有频率、振型、动刚度等指标，对于改进设计方案，优化生产工艺都有着非常积极的作用。
为了方便进行分析，这里针对夹具下表面设置固定约束，规定静态分析和材料属性完全相同，考虑低阶固有振型对于动态特性所能够发挥的作用是决定性的，选择前六阶模态进行分析研究。
夹具本身的固有频率如表1所示。
结合相应的振型图分析，1）在一阶振型中，夹具后方压块和压板位置的变形最大，此时在X轴正方向，压块与压板呈现出弯曲振动的趋势；2）在二阶振型中，夹具后方压块和压板位置依然为最大变形，此时在Y轴正方向，压块和压板呈现出弯曲振动的趋势；3）在三阶振型中，最大变形发生在夹具前方压块与压板位置，此时在Y轴正方向，压块和压板呈现出弯曲振动[7]；4）在四阶振型中，最大变形同样发生在夹具前方压块与压板位置，此时在X轴正方向，压块与压板呈现出弯曲振动；5）在五阶振型中，夹具模型右半部分缸体位置出现最大变形，在Y轴正方向，缸体整体呈现弯曲振动，与缸体存在直接接触的夹具同样存在轻微变形现象；6）在六阶振型中，夹具模型右半部分缸体位置出现最大变形，在Z轴正方向缸体呈现弯曲振动，与之接触的夹具和与夹具主体接触的压板同时出现轻微振动变形。
对上述结论进行综合，可以看出，当固有频率较低时，夹具前后压块与压板存在较大变形，而伴随着固有频率的增加，变形开始从压板和压块向夹具模型的缸体发生转移。
六阶振型中，夹具主体的变形相对较小，也表明其本身的刚度可靠。
综合夹具静动态特性，在对机床夹具进行设计的过程中，应该将关注的重点放在压块压板和缸体方面，通过改进和创新来提升整体设计效果[8]。
结束语总而言之，结合ANSYS有限元分析软件，可以构建相应的机床夹具三维模型，通过静动态特性分析得到夹具静态变形图以及六阶阵型图，也能够总结出夹具的固有频率，以此为依据，找出了机床夹具的薄弱环节，为夹具优化提供了指导和参考。
而结合振型图分析，在夹具中，前后两个压块压板的变形并非同时进行，这也表明了其在设计过程中存在着不同的受力分布，对于夹具整体的均匀性和刚度可能造成一定影响，需要做好改进工作。
结合ANSYSY的优化设计，能够得到夹具压块压板的相关参数，包括长、宽、厚及接触杆直径等，可以实现对低阶频率下压块压板变形状况的有效控制。
考虑到伴随着固有频率的增大，夹具模型缸体会出现变形问题，可以适当缩减缸体的体积，当然这是以不影响机床夹具的性能为前提。
在得到改进模型后，需要继续开展有限元分析，使得机床夹具的设计可以达到最优。
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