立式加工中心的有限元分析與模態試驗

馮 晨，周俊榮，陸原超，王瑞超，李會軍

(五邑大學 智能制造學部，廣東 江門 529020)

1 引 言

制造業是立國之本、強國之基，在國民經濟中占有重要地位。機床被稱為“工業母機”，在制造業中有著重要的戰略地位，其研發向著復合化、高精度、高速、高穩定性與智能化的方向發展。加工中心的動靜態特性直接影響著加工中心整機的加工精度和可靠性，因此，對加工中心的動靜態特性分析具有非常重要的意義。

本文對某企業自主研發的B-800E-3三主軸玻璃加工中心進行動靜態特性分析，并進行了模態試驗，得到了試驗模態參數，指出了整機結構的薄弱部位，驗證了有限元分析的準確性，為后續機床設計和優化提供了重要依據。

2 加工中心有限元模型的建立

三主軸玻璃加工中心主要由底座床身、橫梁、工作臺、滑板和滑鞍等構成。整機結構中包含了許多微小特征，例如倒角、倒圓、較小的孔洞等，這些微小特征對計算結果影響很小，但是不利于有限元網格的生成。因此，在進行三維實體建模時，需要進行一些還原和填充。

加工中心的橫梁、床身、電機座、尾端座、絲母座、滑板和滑鞍的材料均為HT250,工作臺的材料為5052鋁合金，導軌和滑塊的材料為馬氏體不銹鋼，絲桿和螺母的材料為GCr15。在Solidworks中對整機進行三維實體建模，并賦予材料后再導入到Ansys workbench平臺里，將建立好的模型進行有限元網格劃分。通過調試影響網格劃分的主要參數，最終生成加工中心網格模型(如圖1所示)，得到的網格數為831281，節點數為1482078，平均雅克比值為1.01，平均網格質量為0.75。……