基于ANSYS Workbench的加工中心动态特性分析

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Dynamic Analysis of Machining Center Based on ANSYS WorkbenchYAO Xiaopo。，LIU Deping ，GAO Jlanshe ，WANG Yuping(1.Mechatronics Institute，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001，China；2.Anyang Xinsheng Machine Tool Limited Company，Anyang Henan 455000，China)Abstract：The CX110100 machining center was taken as the research object，which was turned out by a machine tool facfory。

The three dimensional solid model of the machining center was built by Solidworks and the model was simplifed.Characteristic of bind-ing faces was recognized and a FEM model of the machining center was established by ANSYS Workbench.Through modal analysis andharmonic response analysis，the first six orders natural frequencies and vibration characteristics of the machining center were obtained。

Th rough analyzing the natural frequencies and vibration modes，the weak link causing vibration of the machining center was pointedout.It provides guidance for the further optimal design of the machining center。

Keywords：ANSYS Workbench；Machining center；Finite element analysis复合加工中心是-种复杂的工业制造装备，能在- 次装夹中完成全部加工工序，大大缩短了产品的生产周期，提高加工效率和加工精度。数控加工在生产中所占的比重越来越大，加工中心成为最近几年发展较快的技术之-。随着数控技术向着高速化方向发展，加工中心整机动态性能的好坏直接关系到机床的加工精度和可靠性，因此加工中心动态特性的分析和研究已成为设计时必不可少的环 引。

以国家科技重大专项 CX系列立式车铣复合加工中心CX110100为研究对象，加工中心具体参数为：铣削电主轴最高转速为 14 000 r/min；车削最高转速为500 r/rain。利用ANSYS Workbench有限元软件对整机进行有限元建模与分析，得到加工中心整机的动态性能。

1 加工中心模型通过 Solidworks建立加工中心的实体模型，如图1所示。加工中心的主要零部件包括床身、横梁、床鞍、摆动铣头和主轴等。床身和横梁组成了加工中心图 1 CX110100加工中心模型的骨架 ，所有的进给和加工过程均在它们上面完成 ，骨架的动态性能在很大程度上决定了加工中心的整机动态性能。因此，考虑到计算的简单、快速等因素，收稿 日期：2012-06-27基金项目：国家科技重大专项 (2009ZX04001-033)作者简介：姚晓坡 (1987-)，男，硕士研究生，主要研究方向为加工中心有限元分析。E-mail：magiealapple###126.corn。

第 l5期 姚晓坡 等：基于ANSYS Workbench的加工中心动态特性分析 ·167·4 谐响应分析利用 ANSYS Workbench软件在模态分析 的基础上对加工中心骨架进行谐响应分析。由加工中心的最高工作转速计算其工作频率为233 Hz，这里设定谐响应计算频率范围是0～300 Hz。谐响应分析需要施加-个正弦激振力，这里在横梁中间导轨结合面 Y轴方向施加 1 000 N的作用力 。对加工中心进行谐响应分析，得到如图8所示的位移响应曲线。

10 40 80 120 160 200 240 280300频率，Hz图8 谐响应曲线从图8中可以看出，系统在约55 Hz处响应位移达到最大值♂合前6阶固有频率可以发现，它对应第 1阶固有频率。这主要是加工中心在第 1阶固有频率处发生共振引起的。从位移响应曲线可以看出，每- 个峰值都对应某-阶固有频率。

5 总结通过 ANSYS Workbench对加工 中心进行有 限元建模、模态分析和谐响应分析，可以得到如下结论：(1)模态分析得到了加工中心的前 6阶固有频率和模态振型，其前 3阶固有频率在其工作频率范围内，易发生共振，影响加工精度，建议在加工过程中避免使用相应的转速；(2)谐响应分析得到了加工中心的响应曲线，在第-阶固有频率处振动位移最大；(3)结合面刚度不足是产生振动的主要原因。因此下-步的设计目标应该主要提高结合面的刚度，以减小振动、提高加工中心的固有频率。