大型螺纹磨床拖板动静态特性分析及结构优化

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机床立柱结构动态特性分析及优化设计

216 Unsymm etric法
Unsymmetric 法用于系统矩阵为非对称矩阵的
问题。
在大多数分析过程中将选用 Subspace 法、B lock
Lanczos 法、Power Dynam ic 法和 Reduce Householder
法。Damped 法和 Unsymmetric 法只在特殊情况下才
Abstract: H igh2speed metal cutting has been turned to one of the essentials of modern machine tools. To a high2speed machine tool, it needs to have good dynam ic and static behaviors. Therefore, the research on the dynam ic and static behavior of machine2 building industry has been one of the important step s. App lies FEA ( Finite Element Analysis) to analysis the dynam ic behaviors of one numeric high2speed toolπs vertical pole, then makes an op tim ization2design on it. Key words: FEA; Modal analysis; M achine tool; Stiffness; Structural op tim ization
Structura l dynam ic behav iors ana lysis and optim iza tion2design of a mach ine toolπs vertica l pole

高速磨床动态性能分析

用实验模态分析法对整机进行动态分析。
1. 1 模态参数的测试与计算采用快速高效的脉冲激振法, 磨床测点布置如图
1所示。沿磨削力方向激振主轴前端点 1, 其余各点拾振。用 CF - 910动态信号分析仪对各测点加速度的响应值进行采样和分析, 得出各点的传递函数。利用分量分析法求得各阶模态固有频率阻尼比见表 1。
2006 年第 2 期 (总第 166期 )
高速磨床动态性能分析
湖南大学机械与汽车工程学院 ( 410082) 陈根余朱定军尤卫民湖南工业职业学院 ( 410007) 申晓龙
摘要基于提高高速磨削表面质量, 系统研究了高速外圆磨床动力特性。通过设计动态性能试验, 找到了样机的振动薄弱环节和主要振源, 提出了改进措施。关键词高速外圆磨床动态性能振源改进措施
character istics, v ibrat ion source, im provem ent m eas u res
Structura lOp tmi iza tion o f the Sp ind le System o f 5 - Axis M achining Cen ter Ab strac:t Based on the dynam ic sim u lation of the spin dle system o f 5- ax is m achining center, dynam ic opt i m ization design is done for the bearing suppo rt system and the structure of the sp ind le. T o overcom e the d is advantages of one - support bearing, tw o - support bearing is applied to the fore part o f spindle. T he m in i m um d isp lacem ent of the sp ind le nose is used as objec t ive function to design the structure o f spindle. By these w ays, the stat ic and dynam ic characterist ics of the spin dle system are im proved, sa tisfy ing the design de

基于结合面的大型螺纹磨床整机静动态特性优化

刚度及大件间结合面的刚度。与磨床上大件的刚度相比，结合面的刚度较低，是磨床的薄弱环节。现有的研究表明，结合面的变形对磨床的总变形影响很大效地模拟机床的结合面。吉村允孝对机床结合面等效刚度和等效阻尼进行建立了结合面在不同单位面积正压力和了实验研究，不同结合条件下的等效刚度和等效阻尼数据库
42结合面参数优化根据模态分析谐响应分析以及刚度固频灵敏度分析结果可以发现该磨床整机结构中的结合面薄弱环节包括床身和台面结合面法向刚度床身和拖板结合面法向刚度拖板和砂轮架半圆筒底座结合面法向刚度根据图7并考虑到结合面刚度值实际的提高空间将床身和台面结合面法向刚度kn1提高到124108床身和拖板结合面法向刚度kn2提高到2107拖板和砂轮架半圆筒底座结合面法向刚度kn3提高到1336107再次进行模态分析和谐响应分析
基金项目：国家科技重大专项（ 2009ZX04001 － 171 － 02 ）收稿日期： 2011 － 09 － 27 修改稿收到日期： 2011 － 11 － 16 1981 年 12 月生第一作者王禹林男，工学博士，讲师，
148
振动与冲击
2012 年第 31 卷
产大型高品质螺纹的加工质量至关重要，具有显著的社会效益和广阔的应用前景。因此急需针对该大型螺纹磨床特别是考虑结合面特性参数的磨床整机静动态特性进行研究和优化。对十米大型螺纹磨床，采用弹簧阻尼单元来模拟主要结合面的接触特性，用吉村允孝法确定各主要结合面刚度阻尼值，采用 ANSYS 软件建立基于结合面特性的大型螺纹磨床整机有限元模型，并对其进行静态，模态及谐响应分析，找出其薄弱环节。最后，研究了各得到相关的刚结合面刚度对整机动态特性的影响，度－模态固频灵敏度分析曲线，识别出对整机动态特性影响较大的结合面，并对这些结合面刚度值进行优最终提高了整机的静动态性能。化，

球面磨床磨头动力部件的模态分析与优化

ＧＯＮＧａｘｎ。Ｘｉｏｉ
，
Ｘｈｎｅ，Ｌｉｇ，ｉｌｉＩｅｆＵＱａＭＡＪｅＣｉｎｎ
（．ｅａｔｅｔｆｃａｉｌｎｌｃｉａＥｇｎｅｎ，ｕｈｕＩｓｔｔｏｄｓａＴｃｎｌｙ１ＤｐｒｎｏｈｎｃｄＥｅｔｃｌｎｉｅｒｇＳｚｏｎｔｕｅｆｎｕｔｌｅｈｏｏ，ｍＭｅａａｒｉｉＩｉｒｇ
ｎｔｅｍｎｄｌｅｅｕｌｆｒｒｄｎｏｅｅｄｏＭＧ３ｕｒａｃｎｒＮｉｌｅｔｅｗｒｉｉｉｇｐｗｒａｆｅｅｍｏｂｔｏｇｎｈＳ６Ｈｎｍｅｃｏｔｌ（Ｃ）ｓｈｒａｇｎｅ，ａｄｍｄｌｎｙｉｗｓｉｌｏｐｅｉｒｄｒｎｏａａａｓａｃｉｌｌｓ
２９ —３７．
【４１】彭育辉，高诚辉．于形状修正的三角网格模型顶点法基
矢估算方法［］中国图象图形学报，００１：４Ｊ．２１（）１２—
１８．４
【３２】李仲阳，谢存禧，杨家红．于ＳＬ文件的快速成形分基Ｔ层算法与毗邻拓扑信息的快速提取［］计算机工程Ｊ．
ｍａｅｄ．Ｆｏｍｏａｎｙｉｒｓｌｎｕｔｒｐｅｏｎｎｅｉｅｎｇｉｄｎｒｃｉａｒｃｓ，ｔｅｗａｉｋｏｔｕｔｒｅｉｎｗａｒｍｄｌａａｓｅｕｔａｄｆｔｈｎｍｅｏｘｓｄｉｒｉｇｐａｔｌｏｅｓｈｅｋｌｆｓｃｕａｄｓｇｓｌｓｓｌｅｔｎｃｐｎｒｌｆｕｄ，ａｄｔｅｍｏｉｅｎｐｉｚｄｄｓｇａｒｐｓｄＢｎｔｌｍｅｔａａｙｉｎｏａｉｏｏｎｎｈｄｆｄａｄｏｔｉｍｉｅｅｉｎｗｓｐｏｏｅ．ｙｆｉｅｅｎｎｓｓａｄｃｍｐｒｎ，ｔｅｎｔｒｒｑｅｃｆｔｅｉｅｌｓｈａｕａｆｕｎｙｏｌｅｈ

MKQ8312数控凸轮轴磨床动态性能分析及结构改进研究

MKQ8312数控凸轮轴磨床动态性能分析及结构改进研究作者：刘海晶来源：《科技创新导报》 2011年第17期刘海晶(广东省机械高级技工学校广东广州 510450)摘要:数控凸轮轴磨床作为汽车、摩托车等零部件的工作母机,要求具有合理的结构和动态性能。

MKQ8312数控凸轮轴磨床是专为汽车、摩托车、内燃机、发动机、油泵等生产厂家设计制造的专用设备,MKQ8312数控凸轮轴磨床动态性能分析及改进,对于新机床结构动态性能的改善、加工精度的提高、开发周期的缩短和开发成本的降低无疑是十分重要的。

关键词:数控凸轮轴磨床动态特性结构改进中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0102-021 国内外数控凸轮轴磨床研制现状在各种金属切削机床中,磨床的NC、CNC化进展最慢,80年代初欧美及日本先后开发CNC控制的无靠模凸轮轴磨床,90年代初开始形成商品化。

国外较典型的机型有:德国Schaudt公司CF5型CNC磨床,Fortuna、Werke公司FN3CNC磨床,英国Butler Newall公司Camtronic型CNC 磨床,日本日平3LCNC磨床等等。

国外,机床结构的动力学修改和动态优化设计等方面的研究发展很快,普遍采用有限元法对机床部件及整机进行动态特性分析,并已用于高速机床的开发和研究中如:西班牙的M.Zatarain用有限元方法对立柱移动式铣床进行模态分析;韩国科学技术高级学院JungDoSuh和DaiHilLee用有限元方法分析高速机;M.A.Elbestawi分析了高速铣削和磨削相结合的加工方法;Chi-Wei Lin等利用有限元模型与动态试验相结合的方法等。

床的主轴外壳的阻尼特性,并用有限元法对高速铣床的滑块结构进行分析。

相比之下,国内数控凸轮轴磨床起步较晚,投入不足,因而发展较慢,但也取得了一些可喜的成绩。

如湖南大学国家高效磨削技术工程研究中心经过几十年艰苦努力,研制了一代比一代先进的凸轮轴磨床。

大型立式螺旋搅拌磨机应用现状

大型立式螺旋搅拌磨机应用现状卢世杰;孙小旭【摘要】介绍了国内外大型立式螺旋搅拌磨机的基本结构、工艺流程以及主要特点,并详细叙述了大型立磨机在矿物资源细磨或超细磨中的具体应用现状.大型立磨机因具有节能、高效、投资少等显著特点,其推广应用必能促进矿山资源的综合利用和节能降耗.【期刊名称】《铜业工程》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P38-42)【关键词】立磨机;矿物加工;细磨;超细磨;应用【作者】卢世杰;孙小旭【作者单位】北京矿冶研究总院,北京100160;北京矿冶研究总院,北京100160【正文语种】中文【中图分类】TD453+.91 引言众所周知，工业矿物加工的细磨以前主要采用球磨机来完成，但是随着矿物资源的变化以及加工成本的上升，人们更加注重细粒嵌布共生矿物的高效解离上。

传统球磨机很难达到目标要求，因此人们试图寻找和发明更高效、更节能、更超细的粉磨设备。

在此背景下，立式螺旋搅拌磨机就应运而生了。

20世纪40年代，国外开始研制搅拌磨机，1948年高速搅拌磨机(Du Pont砂磨机)问世，1952年日本河端重胜博士发明了塔磨机。

直到上世纪60年代，各种搅拌磨机才开始迅速出现［1－2］。

现如今，国内外已经有多种类型的立式螺旋搅拌磨机。

2 立磨机结构及工艺流程分析2.1 Metso VERTIMILL美卓(Metso)公司的立磨机(VERTIMILL)研发于1980年，为一种大型立磨机，此磨机是一款机械结构非常简单的设备，磨矿腔室内挂有一个搅拌螺杆，利用球面滚柱轴承予以支撑，并采用一台定速电机和一套行星齿轮减速器进行驱动。

如图1所示为一台标准配置的大型立磨机及其主要组件。

图1 VERTIMILL标准配置及主要组件如图1所示，美卓公司的大型立磨机主要有垂直筒体、螺旋体、分级设备及驱动装置等部分组成。

此款立磨机使用垂直安装于磨腔内的螺旋式搅拌器对介质和矿浆进行搅拌，搅拌器边缘线速度约为3m/s～5m/s，研磨介质一般为高密度钢质或陶瓷球。

大型数控龙门平面磨床动态特性的有限元分析

大型数控龙门平面磨床动态特性的有限元分析*董凯夫1,2,翁泽宇1,沈晓庆1,卢波1,段京虎1,扬托1(1.浙江工业大学机电工程学院,浙江杭州310014;2.杭州机床集团有限公司,浙江杭州310022)摘要:磨床的动态特性影响加工质量和切削效率。

本文建立了某大型数控龙门平面磨床的三维有限元模型,通过有限元动力学分析,得到该磨床的各阶模态参数,分析了各阶振型对机床动态特性影响,为大型数控龙门平面磨床结构的改进设计提供了理论依据。

关键词:动态特性;有限元分析;平面磨床中图分类号:T G586 文献标志码:A机床振动使工件和刀具的相对位置和相对速度发生变化,切削过程变得恶化,限制了加工质量和切削效率。

而机床的振动按其产生的原因可以分为自由振动、受迫振动和自激振动。

自由振动的频率是系统的固有频率,受迫振动的频率是激振频率,自激振动的频率接近于系统的固有频率。

因此研究机床结构的动态特性即机床的固有频率和振型是分析评价机床动态性能的重要指标。

模态分析主要是用于确定结构的动态特性:固有频率和振型。

本文以某种型号的大型数控龙门系列平面磨床作为研究对象。

首先对磨床进行模态分析,得到磨床的各阶固有频率和它们的振型,并对各阶振型进行分析,为磨床的改进提供可靠的依据。

1 模态分析的基本理论一个具有N个自由度的粘性阻尼系统,其自由振动方程可表示为:[M]{ }+[C]{u }+[K]{u}=0(1)其中[M]、[C]、[K]分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵,{u}为系统各点的位移响应向量。

[M]、[K]通常为实系数对称矩阵,而[C]则为非对称矩阵,因此上面的方程是1组耦合方程,当系统自由度很大的时候,求解非常困难。

将上述耦合方程变为非耦合的独立方程组,这就是模态理论所要解决的问题。

令:[u]=[{ 1}{ 2} { r} { n}]{q}(2)其中:[ ]=[{ 1}{ 2} { r} { n}]为振型矩阵; {q}为模态坐标;{ r}为第r阶振型。

基于结合面的大型螺纹磨床整机静动态特性优化

ｐｒｍｔｒｏｓｏｎｒｃｅｅｃｎｉｅｅｓＥｍｏｅ．Ｔｅｃｎａｔｅｔｒｓｆｈｉｒｃａｉｌｅｉａａｅｓｆｔｊｉｔｕｆｅｗｒｏｓｒｄｉｉｄ１ｈｏｔａｕｅｅｏｔｕｆｅｗｓｍｕａｄｗｔｅｉｓａｄｎｔＦｃｆｏｔｊｎｓａｓｔｈａｓｒｇｄｍｉｇｅｅｎ，ｎｅｓｆｅｓｎａｉｇｏｅｏｎｓｒｃａａｃｌｔｉｏｈｍｕａＭｅｏ．ｈｐｎ－ａｐｎｌｉｍｅｔａｄｔｔｆｓａｄｄｍｐｎｆｈｉｔｕａｅｗｓｃｌｕａｄｗｔＹｓｉｒｈｉｎｔｊｆｅｈｔｄＴｅｈ
振
第３第２１卷０期
动
与
冲
击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＲＡＯＮＡＮＤＨＯＣＢＴＩＳＫ
基于结合面的大型螺纹磨床整机静动态特性优化
王禹林，吴晓枫，冯虎田
（南京理工大学机械工程学院机械电子工程系，南京２０９）１０４
ｒｓｌｓｓｏｄｔｔｔｅｓａｉｔｆｎｓｅｎＸ，ＹａｄＺｄｒｃｉｎｎｒａｅｂ５％，１ｅｕｔｈｗｅｈａｈｔｔｓｉｅｓｓｉｃｆｎｉｅｔｓｉｃｅｓｙ１ｏ９％ａｄ７％；ｅｃｄｌｆｅｕｎｙｎａｈｍｏａｒｑｅｃｉｃｅｓｓａｉｆｒｎｅｅｓ，ａｈｒｔｍｏａｒｑｅｃｎｒａｅｙ１ｎｒａｅｔｄｆｅｅｔｌｖｌｎｄｔｅｆｓｄｌｆｅｕｎｙｉｃｅｓｓｂ０％；ｔｅｒｓｎｎｍｐｉｄｅｉｅｕｅｂｕ／ｉｈｅｏａｔａｌｕｓｒｄｃｄａｏｔ１ｔ２，ａｈｅｖｂａｉｎｏｈｏｅｇｎｒｉｕｐｅｓｄｏｖｏｓｙ．ｎｄｔｉｒｔｏｆｔｅｗｈｌｒｄｅｓｓｐｒｓｅｂｉｕｌｉ

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频率提高１．１，３７％对应的一阶振型的最大相对位移量减小１．４；移变形最大值减小６．％。８５％位５３最大等效应力值减小了１．％，而实现了拖板的动静态特性分析与优化。对大型机床拖板的结１４从
设计与研究Ｄ＿（ｓｒｅｎｄｅａｓａＲｅｈｇｎｃ
大型螺纹磨床拖板动静态特性分析及结构优化
吴晓枫王禹林冯虎田
（南京理工大学机械工程学院，苏南京２０９）江１０４
摘要：采用ＳｌＷｏｋ建立某大型螺纹磨床拖板的三维模型，ｏｉｄｒｓ并借助ＡＮＹＳＳ对其结构进行了模态分析。
ｓｒｃｕｅｔｕｔｒｓ，ｆｕｍｐｏｅａｒａｅｓｈｍｅｒｒｓｎｅａａｙｅｎｏａｅ．ｅｔｅｃｍｐｅｅ — ｏｒｉｒｖｄｃｒｉｇｃｅｓａｅｐｅｅｔｄ，ｎｌｚｄａｄｃｍｐｒｄＴｈｎ，ｈｏｒｈｎ
Ａｂｓｒｃ：ｅｔｒｅｉｎｉｎｌｍｏｅｆｌｒｅ－ｓｚｄｔｒａｒｎｅａｒａｅｉｄｌｄｂｏｉＷｏｋａｈｔａｔＴｈｈｅ —ｄｍｅｓｏａｄｌｏａｇｉｅｈｅｄｇｉｄｒｃｒｉｇｓｍｏｅｅｙＳｌｄｒｓ，ｎｄｔｅ
ｌｒｅｓｚｄＮＣｈｅｄｇｉｄｒｃｒｉｇａｇ－ｉｅｔｒａｒｅａｒｅｎａ
ＷＵａｆｎＷＡＮＧｌｎ，ＥＮＧｔａＸｉｏｅｇ，ＹｕｉＦＨｕｉｎ
（ｃｏｌｆｃａｉｌｎｉｅｒｇＮｎｉｇＵｉｒｔｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙＮｎｉｇ２０９ＣＮ）Ｓｈｏｏｈｎｃｇｅｉ，ａｊｎｖｓｙｆｉｅａｄＴｃｎｌ。ａｊ１０４，ＨＭｅａＥｎｎｎｅｉＳｎｇｎ
构优化设计有着较大的借鉴意义。关键词：床拖板磨模态分析固有频率相对位移量
文献标识码：Ａ
Hale Waihona Puke 静刚度中图分类号：Ｇ０，Ｈｌ２Ｔ５２Ｔｌ
Ｓｔｔ－ｙａｃｎｌｓｓａｄｓｒｃｕａｐｉｚｔｎｏａｉ－ｎｍｉｓａａｙｉｎｔｕｔｒｌｔｃｄｏｍｉａｉｆｏ
ｒｌｆｅｕｎｙａｄｍａｉｍｅａｉｅｄｉｐｌｃｍｅｔａｈｐｔｌｔｒｅｓａｏｉｅｎｓｇｉｈｆａｑｅｃｎｘｍｕｒｌｔｖｓａｅｎｓｔｅｏｉａｇｔｎｄｃｎｓｄｒｇｄｅｉｎｗｅｇｔｏｒｍａｉ
给出了拖板前三阶固有频率和相应振型，识别了该拖板结构的薄弱环节。在此基础上，以拖板结构
固有频率及最大相对位移量为优化目标，时考虑设计重量。出该拖板结构四种改进方案，过对同提通
各种方案分析比较确定结构综合优化方案并对其进行相应的静刚度校核确定最终优化方案。优化后的拖板与原型相比，重量基本保持不变的情况下，三阶固有频率均有大幅提高，中第一阶固有前其
ｓｒｐｉｚｔｏｃｅｓａｅｃｓｎａｄｔｓｐｉｌｓｒｔｒｓｃｏｅｙｃｅｋｎｇｓａｉｔｆ－ｉｅｏｔｍｉａｉｎｓｈｍｅｒｈｏｅｎｈｅｍｏｔｏｔｍａｔｕｃｕｅｉｈｓｎｂｈｃｉｔｔｃｓｉｆｈｅｓＴｅｒｓｌｆｔｅｉｔｇａｅｐｉｌｄｓｇｆｔｅｃｒｉｇｈｗｈｔｗｅｇｔｂｓｃｌｙｒｍａｎｎ— ｓ．ｈｅｕｔｏｈｎｅｒｔｄｏｔｍａｅｉｎｏｈａｒａｅｓｏｔａｉｈａｉａｌｅｉｓｕｓｃａｇｄ－ｈｒｔｔｅｒｅｓｏａｕｒｌｆｅｕｎｙａｅａｌｇｅｔｙｉｃｅｓｄ，ｈｒｔｏｄｒｏａｕａｒ — ｈｎｅｔｅｆｓｈｒｅｏｄｒｆｎｔａｑｅｃｒｌｒａｎｒａｅｔｅｆｓｒｅｆｎｔｒｌｆｅｉｒｌｉｑｅｃｆｔｅｒｄｓｇｅａｒａｅｉｎｒａｅ３．％，ｔｅｃｒｅｐｎｄｎｇｆｒｔｒｅｄｅｓａｅｍａｉｕｎｙｏｈｅｅｉｎｄｃｒｉｇｓｉｃｅｓｄ１７１ｈｏｓｏｉｓ—ｏｄｒｍｏｈｐｘ－ｉｍｕｒｌｔｖｉｐａｅｎｓｒｄｃｄ１．４％：ｅｍａｉｍｅａｉｅｄｓｌｃｍｅｔｉｅｕｅ８５Ｔｈｘｍｕｍｓｌｃｍｅｔｉｅｕｅ５．％，ｈｘ — ｄｉｐａｅｎｓｒｄｃｄ６３ｔｅｍａｉｍｕｓｒｓｓｒｄｃｄ１．ｍｔｅｓｉｅｕｅ４％ｂｏａｓｎｗｉｈｔｅｏｇｎ１Ｔｈｔｔ１ｙｃｍｐｒｏｔｈｒｉａ．ｅｓａｉｉｉｃ－ｄｎｍｉｓａａｙｉｎｄｓｒｃｙａｃｎｌｓｓａｔ — ｕｒｒｌｏｔｍｉａｉｎｉｅｌｚｄ．ｌｓｕｉｓｐｒｖｄｍｐｒａｔｔｅｒｔｃｌｂａｉｏｈｔｕｔｒｐｉｚｔｏｕａｐｉｚｔｏｓｒａｉｅＡｌｔｄｅｏｉｅｉｏｔｎｈｏｅｉａｓｓｆｒｔｅｓｒｃｕｅｏｔｍｉａｉｎｄｓｇｆｌｒｅ—ｓｚｄｍａｈｎｏｌｃｒｉｇ．ｅｉｎｏａｇｉｅｃｉｅｔｏａｒａｅ
ｍｏａｎｌｓｓｏｅｃｒｉｇｔｃｕｅｉｍａｅｂＳ．ｈｒｔｈｅｒｅｓｏａｕａｅｕｎｙａｄｄｌａａｙｉｆｈａｒｅｓｒｔｒｓｄｙＡＮＹＳＴｅｆｓｔｒｅｏｄｒｆｔｒｌｑｅｃｎｔａｕｉｎｒｆｍｏｅｓａｅｆｔｅｃ￣ｉｇｒｉｅｎｈｅｋｐｉｔｏｅｓｒｃｕｅａｅｉｅｔｅ．ａｉｇｔｅｎｔ－ｄｈｐｓｏａａｅａｅｇｖｎａｄｔｅｗａｏｎｓｆｈｔｔｒｒｄｎｉｄＴｋｎａｕｈｔｕｉｆｈ