WORKBENCH的机床动态性能分析及改进

基于Workbench的慢走丝线切割机床整机模态分析发布时间：2023-06-20T06:06:41.640Z 来源：《教育学》2023年4月总第318期作者：马同民黄润卿裴玺祥[导读] 本文使用三维绘图软件SOLIDWORKS进行AW1100慢走丝线切割机床的整机建模。

该机床主要由底座、床身、立柱、工作台、滑枕、Z向溜板、上丝臂等组成，其中床身由三部分组成，立柱由两部分组成，除导轨结合部外，其余结合部均使用螺栓连接，并使用9个圆形底座进行支撑。

济南市技师学院山东济南250100本文选用某公司生产的AW1100慢走丝线切割机床进行整机模态分析，该慢走丝线切割机床没有主轴系统，所需简化的部件少，研究效果较好。

一、AW1100整机建模本文使用三维绘图软件SOLIDWORKS进行AW1100慢走丝线切割机床的整机建模。

该机床主要由底座、床身、立柱、工作台、滑枕、Z 向溜板、上丝臂等组成，其中床身由三部分组成，立柱由两部分组成，除导轨结合部外，其余结合部均使用螺栓连接，并使用9个圆形底座进行支撑。

整机共有五组滚动直线导轨，每组导轨由两根轨道四个滑块组成，Y向导轨处于工作台与床身前部之间，轨道与床身前部连接，滑块与工作台相连接，X向导轨处于立柱与床身后部之间，U向导轨处于滑枕与立柱之间，Z向导轨处于Z向溜板与X向溜板之间，V向导轨处于上丝臂与X向溜板之间。

二、导轨结合部处理与整机模态分析1.模型导入。

workbench有限元分析软件获得分析模型的方式有两种：一种是在workbench提供的模型绘制模块进行绘制，另一种是直接从外部进行导入，本文将SOLIDWORKS软件绘制的三维模型以IGES格式进行导入。

2.材料属性输入。

本文使用的慢走丝线切割机床本体所用的材料为灰铸铁，将灰铸铁相应材料属性输入workbench前处理模块。

3.导轨结合部处理。

使用workbench提供的bonded选项处理栓接结合部，使用弹簧单元模拟导轨结合部，其中两个相互垂直的弹簧用来模拟导轨结合部的法向与切向刚度。

机床床身模态分析及结构改进魏子尧;昃向博;吕守堂;公培强;鲍红生;邓涛【摘要】本文针对MJ-520MC/Y斜床身数控车铣复合加工中心,首先三维实体建模斜床身;其次,计算斜床身载荷参数,运用有限元软件ANSYSWorkbench14.0进行模态分析,得出斜床身前六阶的固有频率和振型,根据模态分析结果优化改进;最后,再次模态分析优化后结构,并进行对比,前三阶的固有频率分别提高15.61%、14.63%和16.07%,有效提高机床稳定性,提高对工件的加工精度,为下一步斜床身车铣复合加工中心的改进设计打下基础.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】4页(P117-120)【关键词】机床床身;固有频率;模态分析;振型【作者】魏子尧;昃向博;吕守堂;公培强;鲍红生;邓涛【作者单位】济南大学机械工程学院,济南 250022;济南大学机械工程学院,济南250022;济南第一机床有限公司,济南 250000;济南第一机床有限公司,济南250000;济南第一机床有限公司,济南 250000;济南大学机械工程学院,济南250022【正文语种】中文车铣复合加工中心是把车削和铣削工艺整合，在一台机床上实现对工件的车削和铣削加工，这种整合比分别车削和铣削的加工精度更高[1-3]。

斜床身动态性能直接影响机床整机性能，特别是对机床整机的抗振性能、加工精度等影响较大。

分析斜床身结构的固有频率和振型，可为斜床身设计改进提供依据，避免因共振造成的经济损失。

对机床床身动态性能研究的方法应用最多的是模态分析法。

通过模态分析结果，判断振型对加工精度的影响，优化改进斜床身，达到机床对加工质量和加工精度的使用要求。

将低阶固有频率作为动态分析改进设计的优化目标，提高床身固有频率，有效提高机床稳定性，提高对工件的加工精度，为下一步斜床身车铣复合加工中心的改进设计打下基础[4]。

MJ-520MC/Y配置卧式回轮动力型刀架，机床Y轴进给采用虚拟Y轴结构进行平面铣削作业[5]，整机三维模型如图1所示。

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］。

机械系统的动态性能分析与优化一、引言机械系统作为工程设计中的一个重要部分，其动态性能对系统的功能和效率起着至关重要的作用。

本文将对机械系统的动态性能进行分析，并提出一些优化的方法和技术。

二、机械系统动态性能的分析机械系统的动态性能主要指系统在运行过程中受到外部激励时的响应能力。

为了全面了解机械系统的动态性能，需要对以下几个方面进行分析。

1.动态特性参数分析机械系统的动态特性参数包括自然频率、阻尼比、模态形态等。

自然频率是指系统在无外力作用下，自发地振荡的频率；阻尼比衡量系统振荡的衰减程度。

通过对这些参数的分析，可以评估系统的动态响应能力。

2.振动模态分析振动模态分析是研究机械系统在不同模态下的振动特性。

通过模态分析，可以了解系统在不同振动模态下的振型、振动频率和能量分布情况。

这对于系统的设计和优化具有重要的参考价值。

3.动力学分析动力学分析是指通过建立机械系统的动力学模型，分析系统在受到外部力作用下的运动规律。

通过动力学分析，可以计算系统的加速度、速度和位移等参数，进而评估系统的性能。

三、机械系统动态性能的优化针对机械系统动态性能的分析，可以提出以下几种优化的方法和技术。

1.结构优化结构优化是通过改变机械系统的结构参数，以提高系统的动态性能。

例如，增加刚度可以提高系统的自然频率，减小阻尼可以减少系统的振动衰减时间。

同时，在结构材料的选择上，也可以根据系统的运行条件和频率要求进行优化，以实现更好的动态性能。

2.控制优化控制优化是通过引入主动或被动控制系统，对机械系统的动态响应进行调节。

例如，利用主动振动控制器可以实现对系统振动的主动调节，用以抑制系统的共振现象和降低振动幅值。

被动控制包括阻尼器和隔振系统等，通过吸收或消散系统的振动能量，降低系统的振动水平。

3.仿真优化仿真优化通过建立系统的数学模型，并进行仿真分析，来评估系统在不同参数配置下的动态性能。

利用仿真优化可以快速地比较不同设计方案的优劣，并优化系统的设计。

变应力的影响，其工作情况也变得复杂。传动轴的破坏
[1]
形式主要有疲劳断坏中，实际有 50~90为疲劳破坏[2]，因
此文章讨论疲劳断裂这一种形态。为了能够清楚掌握 传动轴在工作中的具体情况，了解其结构性能，文章通
图 ! 传动轴三维模型
过三维软件 SolidWorks建模，然后将其导入 ANSYS !"# 材料设置和几何体导入
根据传动轴的寿命云图和实际工况来验证传动轴的可
首先利用 SolidWorks软件建立传动轴的三维实体
靠性，同时也为传动轴的设计结构改进提供参考。
! 传动轴的基本参数
!"! 传动轴三维模型的建立
模型，然后通过 SolidWorks软件中的插件 ANSYS19.0 进入 ANSYSWorkbench中。网格划分采用自由划分 网格形式，网格单元尺寸为 25mm，划分后的网格包括
传动轴是拖拉机重要的组成零部件，主要将变速 为 2096mm，中间轴轴段长 1460mm，传动轴直径为
器的转矩传递到驱动桥上。由于传动轴在工作中主要 165mm， 采 用 十 字 轴 连 接 ， 十 字 轴 最 小 处 直 径 为
起传递运动和转矩的作用，受到扭转、剪切、拉压等交 51.5mm。传动轴三维模型，如图 1所示。
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：+0'71 2/&6%B $%&%'( 2%0122B C5*&4 7'=0&%'5) 601DE1)(,B F12G5)21 (/&0&(%10'2%'(2B H&%'IE1 *&-&I1

基于ANSYSWorkbench汽车起重机副臂的性能分析针对汽车起重机副臂长细比较大，在考虑自重、载重和拉力时，副臂结构易发生变形的这种情况，分别利用有限元分析软件ANSYS Workbench和力学计算方法对副臂进行位移及应力的计算，得到在不同工况下副臂所承受的最大位移和最大应力，为副臂机构的设计计算及以后的结构上的优化提供依据。

标签：副臂；ANSYS Workbench；变形；应力.引言随着现代化速度的不断增加，起重机械在生产生活中应用范围逐步增大，所起到的作用也日益增加。

又由于汽车起重机作业性能高、使用灵活、价格相对便宜的特点，使得其在工程施工和城市建设中扮演着重要的角色。

但是由于伸缩主臂结构布置紧凑，并且自身质量很大，而且回转工作时对机动性能有一定的要求，使得主臂的伸长范围受到一定的限制。

又由于起重机工作时要求幅度很大、扬程较高，副臂为了满足这些要求，渐渐成为主臂结构和性能的补充和延伸。

但是副臂工作时受力大、工作条件恶劣并且结构复杂，人们便提出其自身工作重量轻，工作可靠的要求，因此对副臂进行准确的结构分析也显得十分重要。

ANSYS Workbench是一款大型CAE分析软件和应用平台，它综合了建模工具、分析工具、优化分析等多种功能于一身，其中的概念建模使副臂这种悬臂梁结构创建与修改变得简便。

1 材料属性的建立副臂弦杆材料采用Q345B，屈服极限？滓s=345Mpa。

其安全系数n=1.34，弹性模量E=210000MPa，泊松比？滋=0.28，密度？籽=7.9g/cm3。

Q345B属于普通低合金钢，其塑形及焊接性能十分良好，并且有一定的强度，实用性能好而且价格也比较便宜，性价比较高，适用于副臂这种悬臂梁结构。

2 概念建模概念建模对于创建和修改线体或面体非常便利，并最终将这些体生成有限元中的梁模型或板壳模型，在Design Modeler 使用概念建模中对副臂的桁架结构进行建模时，系统将自动连接梁单元组成的桁架结构，和一般CAD 软件建立的三维模型相比更加适合桁架结构的有限元分析，并且还可以对模型尺寸进行随时的修改，计算结果也可以快速更新，也比普通的CAD 软件模型修改再导入计算的模式更加的方便快捷。

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。

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。

参考文献：
［１］ 李德雨．基于 ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ 的多层波纹管自振频率 计算［Ｊ］．矿山机械，２００５，（６）：Ｐ８３－８４．
［２］ 王艳辉．精密机床床身的模态分析与结构优选［Ｊ］．机械设 计与制造，２００５，（３）：Ｐ７６－７７．
第 ３１ 卷 第 ９ 期 ２００９－０９ 【１３１】
由于机床机构过于复杂，采用 ＷＯＲＫＢＥＮＣＨ
自动划分网格，在 Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 中一般不需要选取单
元类型，划分方法是Ｈｅｘ Ｄｏｍｉｎａｎｔ 运用的是四面体 与六面体结合的划分方式，由于在导轨处有许多无
图 ３ 机床床身 １ 阶模态云图
法简化的小的阶梯，在这些地方采用局部的细化网
格的方法来划分，得到 ４４４８３ 个单元 １３５１４４ 个节点。
度，应该使有限元模型尽量简化。同时建立有限元 模型时，应合理选择单元类型，并在编排节点时， 尽量减少相关单元的节点号差、带宽，以减少资料 存储量。ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ 和 ＰＲＯＥ 具有直接的 双向接口，可以在 Ｐ Ｒ Ｏ Ｅ 中建模然后再导入 ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ 进行计算。 １．１ 建立物理模型
件。通过机床主电动机功
率和机床加工工件的最 大尺寸，以及主轴转速，计算机床的额定扭矩和额 定力，由 Ｆｘ：Ｆｙ：Ｆｚ＝０．３：０．５：１．０ 得到 ３ 个切削分力，计 算立柱，床鞍，主轴箱等构件的重量并将上述重量 均作为作用在床身上的附加质量处理，即在相应坐
快，但要求比 Ｓｕｂｓｐａｃｅ 法内存多大概 ５０％。Ｂｌｏｃｋ Ｌａｎｃｚｏｓ 法采用稀疏矩阵方程求解器［２］。
床身的实际结构很复杂，有繁多的筋板、曲面、 窗孔，各处厚度不相同，几何形状也多变。为了适 应有限元计算，必须将其简化处理，略去许多不影 响床身刚度的细微结构（如小倒角、小圆弧、小凸 台等）。简化后的床身模型如图 １ 所示。

基于 Ansys Workbench 的叉车三级门架系统静、动态特性分析左宇飞;宋元岭【摘要】以3 t、最大起升高度3 m 的叉车三级门架系统为研究对象，在全面了解其基本结构和运行特点后，分析门架系统临界条件下的基本受力情况。

根据门架系统的结构特点和尺寸参数，通过 SolidWorks 三维软件进行实体建模，无缝导入 Ansys Workbench 软件进行有限元分析。

选取门架系统在临界条件下受力情况最为严重的工况进行结构静力学分析，得出三级门架系统的总位移变形云图、等效应力云图等。

以内门架为例，对其施加预应力后进行模态分析，得出内门架模态分析解。

结果表明，该叉车门架系统在临界条件下的门架变形量、等效应力值和1阶模态的固有频率都满足叉车设计规范的要求，为进一步对门架系统的优化和日常作业时避免共振现象提供了参考依据。

%With the 3 t forklift triple mast system with a maximum lifting height of 3 m as a study object,the paper an-alyzes the basic stress situation of the mast system under critical condition after learning the entire basic structure and oper-ating characteristics.According to the structure feature and size parameters of the mast system,the paper uses SolidWorks 3D software for solid modeling,seamlessly introduces into Ansys Workbench for the finite element analysis.The structure statics analysis is performed for mast system under the critical condition with the most severe stress working case,to get to-tal displacement deformation cloud atlas,equivalent stress cloud atlas for the triple mast system.With the inner mast as an example,modal analysis is performed after the pre-stress is applied to getthe inner mast modal solution.The result shows that the mast deformation under critical condition,equivalent stress value,inherent frequency of first-order modal of the forklift mast system meet the requirements specified in the forklift design code,providing reference for further optimizing the mast system and preventing resonance in daily operation.【期刊名称】《起重运输机械》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】4页(P90-93)【关键词】叉车三级门架;Ansys Workbench;静力学分析;模态【作者】左宇飞;宋元岭【作者单位】太原科技大学机械工程学院太原 030024;太原科技大学机械工程学院太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TH2151.1 计算工况将三级门架单独隔离作为研究对象，当门架满载荷、全伸展并且前倾到最大角度时，分析可知其受力最为危险。

精密加工 中心在工作时采用 高速下进给 的方式来 追求加工精度 ，切削用量一般 不大 ，所承受 的工作载 荷 一般都 比较小 ，因此加工 中心的动态性能就成为影
响其工作 性能和机床产 品质量 的主要 因素 。立柱是
加工 中心 的一个重要部件 ，其上承载着滑鞍 、主轴箱 等移动部件 ，因此立柱的动态性能 ，直接影 响到被加 工零件 的质量 。要保证大型精密加工 中心具有 良好 的 动态性 ，首先必须保证立柱有 良好 的动态性能 。作 者 以某型精密卧式加工 中心立柱 的优化设计为例 ，采用 基 于 Ｐｏ Ｅ与 Ａ ｓ ｓｗＯ Ｋ Ｅ ｃ 的协 同仿真及 优 ｒ ／ ＮＹ／ Ｒ Ｂ Ｎ Ｈ 化方法 ，对立柱结构 内部筋板 的形式及设计参数进行
２１ ０ ２年 １月
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯ０Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ Ｉ
Ｊ ｎ．２ １ ａ ０２
Ｖｏ．． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ Ｉ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ ０ ． ３ ｓ ８ １２ １ ． １ ０ ０
基 于 Ａ Ｓ Ｓ ＷＯ Ｋ Ｅ Ｃ Ｎ Ｙ ／ Ｒ Ｂ Ｎ Ｈ的机床 动 态性 能 分析 及 改进
孙永清 ，王永泉 ，朱祥 ，寸花英
（．西安交通大学机械工程学院， １ 陕西西安 ７０４ ； １０９ ２ ．沈机 集 团昆明机床 股份 有 限公 司 ，云 南 昆明 ６０ ０ ） ５ ２３
依据 。
关键词 ：立柱 ；有 限元 ；优化设计 ；Ａ Ｓ ＳＷＯ Ｋ Ｅ Ｃ Ｎ Ｙ ／ Ｒ Ｂ Ｎ Ｈ协 同仿真平 台
中图分类号 ：Ｔ Ｔ２ Ｐ ０ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —３８ （０ ２ ０ １ ８ １ ２ １ ）１ １ ４ —１０—

基于ANSYS_WORKBENCH的机床动态性能分析及改进机床的动态性能对于机床的稳定性、精度和效率具有重要影响。

通过对机床进行动态性能分析和改进，可以提高机床的加工效率和精度，降低故障率，提升生产效率。

本文将基于ANSYS_WORKBENCH对机床进行动态性能分析，并提出改进方案。

首先，通过ANSYS_WORKBENCH对机床进行动态性能分析。

ANSYS_WORKBENCH是一款用于工程仿真的软件，具有强大的建模和分析能力，可以对机床进行应力、振动和变形等方面的分析。

通过建立机床的有限元模型，可以模拟机床在加工过程中的振动情况，分析机床的固有频率、模态振型等动态性能指标，评估机床在运行过程中的稳定性。

在动态性能分析的基础上，针对机床存在的问题进行改进。

根据动态性能分析的结果，可以确定机床存在的振动源、刚度不足、动态刚性不够等问题，进而提出相应的改进方案。

对于振动源较为明显的问题，可以通过加装减振装置、增加机床刚度等方式进行改进；对于刚度不足的问题，可以通过调整机床结构、更换材料等方式增加机床的刚度；对于动态刚性不够的问题，可以通过控制系统的调整和优化来改进。

在改进方案实施后，再次通过ANSYS_WORKBENCH对机床进行动态性能分析，验证改进效果。

通过对改进后的机床进行振动、应力、变形等方面的分析，评估改进方案的有效性。

如果改进方案有效，可以进一步提出优化建议，加强机床的设计和制造过程控制。

最后，通过对机床的动态性能分析及改进，可以提高机床的加工效率和精度。

精确掌握机床的动态性能指标，可以及时发现和解决机床存在的问题，降低故障率，提升机床的稳定性和可靠性。

通过对机床的改进，可以进一步提高机床的刚性和动态刚性，降低机床的振动和变形，提高加工精度和表面质量。

综上所述，基于ANSYS_WORKBENCH的机床动态性能分析及改进可以有效提高机床的加工效率和精度，降低机床故障率，提升生产效率。

对于机床制造企业来说，重视机床的动态性能分析和改进工作，不仅可以提高产品竞争力，还可以满足市场对精密加工的需求，推动企业的可持续发展。

基于ANSYS Workbench机床部件优化设计夏健康;胡晓梅【期刊名称】《金属加工：冷加工》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】3页(P78-80)【作者】夏健康;胡晓梅【作者单位】青海华鼎重型机床有限责任公司研究所西宁810100;青海华鼎重型机床有限责任公司研究所西宁810100【正文语种】中文随着国内航天、航空、船舶、风电、军工等行业的发展，现代数控机床的切削速度越来越高，加工精度要求越来越好，因此对机床的各个部件的静、动态特性的要求越来越高。

以往机床设计主要采用传统材料力学简化计算与经验设计相结合的方法，由于过于保守，致使产品设计制造成本过高，性能难以达到最佳。

因此，为了进一步提高我国数控机床设计制造水平，在国际市场占有一席之地，我们必须打破传统的设计手段，采用先进动态设计方法。

基于CAD/CAE 等现代设计方法发展，作为动态分析重要手段的试验模态分析技术、计算机辅助工程技术、有限元分析方法以及仿真技术有机结合，使得人们可以在设计阶段对结构性能进行预测，在此基础上进行优化设计。

1.优化设计原理优化设计的基本原理是通过构建优化模型，运用各种优化方法，通过在满足设计要求条件迭代计算，求得目标函数的极值，得到最优化设计方案。

优化数学模型表示为式中，F(X)为设计变量的目标函数;X 为设计变量，gi(X)为状态设计变量，设计变量为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的，对于每一个设计变量都有上下限，用户必须规定X中的每个元素(k=1，2，…，n)的最大值、最小值，它定义了设计变量的变化范围。

状态变量是约束设计的数值，是设计变量的函数，状态变量可能有上下限，也可能只有单方面的限制，即上下限或只有下限。

目标函数是尽量小的数值，它必须是设计变量的函数。

2.优化设计的分析步骤优化设计的过程通常需要参数化建模、后处理求解、优化参数评价、优化循化、设计变量状态修正等步骤来完成，其优化流程如图1 所示。

机械设计中的动态分析与优化方法在现代机械工程领域，机械设计的质量和性能直接关系到机械设备的可靠性、稳定性以及工作效率。

而动态分析与优化方法作为提升机械设计水平的重要手段，正受到越来越广泛的关注和应用。

机械系统在运行过程中往往会受到各种动态载荷的作用，例如振动、冲击、惯性力等。

这些动态载荷可能导致机械部件的疲劳破坏、噪声增大、精度降低等问题。

因此，在机械设计阶段就进行动态分析，预测和评估机械系统在工作状态下的动态性能，显得尤为重要。

动态分析主要包括模态分析、谐响应分析和瞬态动力学分析等方法。

模态分析是研究机械结构固有频率和振型的一种常用手段。

通过模态分析，可以了解机械结构在不同频率下的振动特性，从而避免在工作中发生共振现象。

共振是一种非常危险的情况，可能会导致结构的严重破坏。

谐响应分析则用于确定机械结构在正弦载荷作用下的稳态响应。

例如，在旋转机械中，由于不平衡质量产生的周期性激励，就需要通过谐响应分析来评估结构的响应情况。

瞬态动力学分析则能够模拟机械系统在随时间变化的载荷作用下的动态响应。

比如在机械系统的启动、停车或者受到突发冲击的情况下，瞬态动力学分析可以提供准确的应力、应变和位移等信息。

在进行动态分析之后，接下来就是优化设计。

优化设计的目标通常是在满足一定约束条件的前提下，使机械结构的某些性能指标达到最优。

这些性能指标可以是重量最轻、体积最小、成本最低、动态性能最佳等。

优化方法可以分为传统优化方法和现代优化方法两大类。

传统优化方法如梯度法、牛顿法等，在处理简单的优化问题时具有一定的效果。

然而，对于复杂的机械设计问题，这些方法往往存在局限性。

现代优化方法如遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等则具有更强的适应性和求解能力。

以遗传算法为例，它模拟了生物进化的过程，通过选择、交叉和变异等操作来寻找最优解。

这种方法不依赖于目标函数的导数信息，能够处理多变量、非线性和非凸的优化问题。

在实际的机械设计中，动态分析与优化方法的应用非常广泛。

基于ANSYS Workbench的水稻收割机机架的模态分析及优化水稻收割机机架是农业机械中非常重要的结构之一，它承载着整个收割机的重量，同时也要抵御各种外力的冲击。

因此，对于机架的结构分析、优化和强度评估是至关重要的。

在本文中，我们将使用ANSYS Workbench软件进行机架的模态分析及优化。

首先，我们需要建立机架的有限元模型。

然后，对该模型进行固有频率和振型分析，以便评估机架的自然频率和振型。

接下来，我们将评估机架的强度和刚度，以确定是否需要进行优化。

根据建立的有限元模型，我们可以得到机架的共振频率和振型如下：固有频率(Hz)：205.7、287.2、382.4、436.5、481.7、615.5、747.5、845.5、961.7；振型：图1.机架沿x轴方向第一阶自由振动模态的振型图。

通过模态分析，我们可以看到机架存在多个固有频率，这些频率可能会对机架的功能产生影响。

例如，在机架的共振频率上工作会导致机架的振动幅度增加，从而影响收割机的稳定性和寿命。

为了改进机架的性能，我们可以通过修改材料、工艺和结构等方面进行优化。

在这里，我们将通过增加机架的连接件和强化结构，以提高机架的刚度和稳定性。

优化后的机架的模态分析结果如下：固有频率(Hz)：281.8、307.7、358.9、416.9、468.2、566.7、686.3、793.7、881.8；振型：图2.机架沿x轴方向第一阶自由振动模态的振型图。

通过比较两次分析结果，我们可以看出，优化后的机架的共振频率比原始机架高。

这表明优化后的机架更加稳定，能够产生更少的振动和更高的强度。

最后，我们对优化后的机架进行强度评估，并根据评估结果对机架进行进一步的改进和优化。

综上所述，通过使用ANSYS Workbench软件进行机架的模态分析及优化，可以有效地提高机架的性能和稳定性，从而提高收割机的效率和寿命。

在水稻收割机机架的模态分析及优化中，我们需要进行一系列数据的分析，以便更好地评估机架的性能和优化方案的有效性。

液压机床动态特性分析与优化液压机床是一种使用液压技术来实现动力传递的机床。

它具有结构简单、稳定性高、传动效率高等优点，是目前广泛使用的一种机床。

然而，液压机床在使用过程中存在着一些问题，其中最核心的问题就是液压机床的动态特性。

本文将对液压机床的动态特性进行分析，并提出优化措施，以提高其性能。

一、液压机床的动态特性分析液压机床的动态特性是指液压机床在工作时，由于机床自身的固有特性和加工过程中的切削负载、弹性变形等因素所引起的响应特性。

在液压机床工作的过程中，液压系统的响应速度、切换速度、控制精度等也影响了液压机床的动态特性。

1. 液压机床的固有特性液压机床的固有特性主要包括机床的结构、强度、刚度等。

液压机床采用的液压系统传递动力，需要通过各种管路、接头进行传递，这些传递过程中会引入一些弹性变形和振动。

而在加工过程中，切削负载、振动力等都会对机床的固有特性产生影响。

2. 液压系统的动态特性液压系统的动态特性是指液压系统在响应速度、切换速度和控制精度等方面所表现出来的动态特性。

液压系统响应速度取决于系统中的元件的响应速度，而元件的响应速度又取决于元件的结构、材料、油路等因素。

在液压机床中，一些阀门、缸体等元件响应速度较慢，会导致液压机床在工作中的稳定性不足。

3. 加工过程中的动态特性加工过程中的动态特性主要是指由于切削力、弹性变形等因素所引起的机床振动。

在加工过程中，刀具与工件之间的接触形成了一个弹性系统，在高速切削时，会产生弹性变形和振动。

这些振动会对机床的定位精度和加工质量产生一定的影响。

二、液压机床动态特性优化针对液压机床存在的动态特性问题，可以通过以下方法进行优化：1. 优化机床结构和刚度优化机床结构和刚度是改善液压机床固有特性的重要方法。

采用高强度和高刚度的材料，设计优化的结构，可以减少机床的振动和弹性变形。

例如，在机床床身和工作台上加入减振器、调整工作面的机床，可以在一定程度上提高机床的刚度和稳定性。

机床 结构 动态 性 能改 进 的新 思 路 及其 应 用
李彬 ，寸花英 ，王永泉 ，吴成 军
（ １西安 交通 大学机 械工程 学院 ，陕 西西安 ７０４ ；２沈机 集团昆明机床股份 有限公 司 ，云 南昆明 ６００ ） １０９ ５２３
摘要 ：采 取一种新 方法 ，即通过观察分析整机 的模态动画来确定单个部 件在结构设 计上 的不 足并作 出相 应改进 。将综 合各项 改进措施 改进后 的整机性能与改进前的进行对 比，结果表 明：改进之后机床静态性 能平均提升 ４ ％ 一５ ％ ；动态性 ０ ０
的顺序来进行 ，参考文献 ［ ２ 。即先对单 个部件 １— ］ 进行结构分析改进 ，之后 再进行 装配 进行整 机分 析 ， 以考察部件改进之后是否有利提高整机性能 。但是这 样做就使设计存在很大盲 目性 ，且设计效率低下 。因 为事先无法得知制约整机性能 的薄弱环节所在 。一般 情况是 ：机床单个部件基本满足结构性能要求 ，但一 旦进行整机分析就会发现性能不足 。主要原 因就在于 对单个部件进行分析 时割裂部件之 间联 系 ，单个部件 和其在整机 中的工作条件是大大不一样 的。 反过来 ，如果对整机装配之后 的模态动 画进行观 察分析 ，就可 以发现那些导致整机性能不足 的部件及 设计缺陷所 在 ，从而 使 得整 机结 构 改进 更具 有针 对 性 ，从 而也能显著地 提高设计效率 。
图 １ 整机装配体 的 Ｃ Ｄ模型 图 Ａ
２ 初 始 整机 的模 态分 析
对 未经过结构改 进的整机模 型进行模 态分析 以大
１ 机床 有 限元建模 以某卧式加 工 中心 为 例 ，机 床整 机装 配 之后 的
能平均提升 ２ ％ ～ ０ ，说 明该 改进 方法 是有效的。 ０ ３％ 关键词 ：模态动画 ；对 比法 ；动态性能改进