如何建立數控等離子切割機橫梁的有限元模型

2014-6-12 16:10:45??????點擊:
    數控等離子切割機結合簡單易用的數控系統,利用高溫在噴嘴處噴射出來的高速氣流離子化,從而形成導電體。當電流通過時,該導氣體即形成高溫等離子電弧,電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化(和蒸發),并借助高速等離子氣流的動力排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法。利用環形氣流技術形成的細長并穩定的等離子電弧,保證了能夠平穩且經濟地切割任何導電的金屬。
    數控等離子切割機橫梁是一個多自由度彈性振動系統,作用于該系統的各種激振力使橫梁產生復雜的振動變形,是影響切割精度的主要因素。作用于這個系統的各種激振力就是使橫梁產生復雜振動的動力源。根據數控等離子切割機工作特點,龍門數控切割機生產廠家武漢威速達引起各種激振力的因素可概括為4類:
    1.橫、縱向伺服電機本身工作時引起的簡諧激振;
    2.橫、縱向伺服電機與齒條傳動齒輪副在工作時產牛的嚙合激勵,直接作用在橫梁上;
    3.滾輪和升降體滑塊在工作時分別與橫、縱向導軌傳動的移動副產生激振;
    4.數控等離子切割機在工作時受到外界的影響產生的激勵。如果這些激振力的激振頻率和橫梁的某一階固有頻率相吻合或接近時,就會產生共振,導致在橫梁某些部位產生數值很大的共振載荷和位置偏移,影響數控等離子切割機的切割精度和可靠性。
    建立數控等離子切割機橫梁的有限元模型,應用NASTRAN分析軟件對其結構固有特征進行數值分析,并根據結果對原有模型進行優化,得出最優化模型。通過對原有橫梁模型的研究得出:原有橫梁模犁的各階固有頻率偏低且大多密集在193.7Hz~203.5Hz,及易在外界激勵下發生共振;各階主振型都為Y軸方向,固有頻率處的位移量在0.1mm左右,難以保證切割精度。根據原有橫梁模型的振型圖和動畫示,可以直觀地分析橫梁的動態特性和薄弱環節,參照現行行業標準,對原有橫梁模型進行優化,得出符合標準的最優化橫梁模型。最優化橫梁模型與原有橫梁模相比:各階固有頻率明顯提高,具有良好的動態特性,較易避開橫、縱向齒輪齒條傳動的嚙合頻率和外界頻率;紅固有頻率處的最大位移量≤0.05mm,僅為優化前的1/2,更好的保證了切割精度。本研究計算出了原有橫梁模型的固有頻率和振型,并通過這些數據塒其進行優化設計,得出最優化的橫梁模型,對提高數控等離子切割機的精度和可靠性具有重要的工程意義。
    因此,數控等離子切割機橫梁的動態設計要求橫梁具有一定的固有頻率和振型,且應避開橫、縱向齒輪齒條傳動的嚙合頻率和外界頻率,這樣才能保證橫梁具有良好的動態特性。因此,對數控等離子切割機橫梁進行模態分析,確定橫梁的固有頻率和振型以及輸出各階頻率位移云圖,再根據這些數據和相關標準對其進行優化設計,設計出振動位移小固有頻率大的最優化橫梁,對保證數控等離子切割機的切割精度和可靠性具有重要的工程意義。
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