数控转塔冲床机身动态特性分析

                                                邹瑶，汤文成

                                    (东南大学 机械工程学院,江苏 南京)

为了研究数控转塔冲床机身的振动情况，以江苏亚威机床股份有限公司的HPR-3048数控转塔冲床为例，对机床机身进行有限元模态分析和实验模态分析，建立准确的有限元模型，同时通过塑性成形软件DEFORM计算板料冲孔时模具冲裁力的时间历程曲线，并以此作为动态载荷，通过模态叠加法计算机床的动态响应，得出机身冲裁过程中的最大动应力、最大动态位移以及几个关键点动态位移的时间历程曲线和模态参与因子随时间变化的三维曲面，为减小机床的振动提供实际指导。

    数控转塔冲床是一种柔性薄板冲压加工设备，发展至今已有70多年历史，随着工业生产的需要，其冲压速度和冲压吨位不断提高，传统的静态设计已经不能满足实际的设计需求，其设计已经进入动态设计阶段［1］。本文利用实验法和有限元法建立了准确的有限元模型，通过数值模拟计算得到了冲裁工艺的模具冲裁力时间历程曲线，研究了冲床机身在循环周期冲击力作用下的动态响应，找出了机身的薄弱部位，为冲床的结构优化提供指导。

1有限元模型的建立

    数控转塔冲床机身主要是由Q235-A型钢板焊接而成，除了主板上的加强筋之外，其他钢板的厚度相对于其长宽来说比较小，根据经典板壳理论，当板的厚度t与板最小边长a的比，即t/a≤1/5时可以认为该板是薄板［2］。因而本文对于冲床机身各钢板采用壳单元来进行离散，而对于主板上的加强筋则采用实体单元进行建模。至于冲床中大量的焊缝，采用SEAM连接方式中的CWELD焊接单元来模拟。图1为冲床机身的有限元模型，共划分了373 018个壳单元和21 690个实体单元。

2模态分析

    模态分析是结构动力学分析的基础，其主要目的是得到结构的一些固有特性，比如模态频率、模态振型、模态阻尼等，同时可以根据机床的固有频率来避开冲床的工作频率，以避免共振，减小振动［3］,而且通过实验模态分析与有限元模态分析结果的对比，可以对有限元模型进行修正，建立准确的有限元模型。另外本文的瞬态分析采用的是基于模态叠加法，所以在动态响应分析之前进行模态分析是非常必要的。

    冲床有限元自由模态分析和实验模态分析前四阶非刚体模态的频率以及主振型(自由模态前六阶为刚体模态)如图2所示。

由分析结果对比可知，有限元分析的结果和实验结果的最大误差为15.24%，在误差允许范围之......

作者简介：邹瑶（1988—），男，湖北麻城人，东南大学硕士研究生，主要研究方向为结构分析与优化。

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