数控铣床床身结构的模态分析及优化
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4 •数控铳床床身有限元模型 (1) 铳床床身的三维模型。首先建立三维模
型，这是进行有限元分析的基础。本文利用比较流行 的三维软件Pro/E创建三维模型，并把Pro/E三维模型 导入到有限元分析软件Workbench中。
(2) 材料属性和边界条件。床身材料为 HT250,密度为7.28 x 103kg/m3,泊松比为0.156,弹 性模量为1.38xl05MPa,
图1 V形床身网格划分
76 竺煦第7顎 www.mwl950. com
余爲於》工®冷加工
图2矩形床身网格划分
身一阶振型为床身中间上半部分上下摆动，固有频
率为170.26Hz,在该振型下V形床身的最大振幅为
92.607 gm,此时的最大变形为2.372 2mm；床身
二阶振型为床身中间下半部分上下摆动，固有频
参考文献： [1] 倪晓宇，易红，汤文成，等.机床床身结构的有限元分
析与优化[J].制造技术与机床，2005⑵：47-50. [2] 郝文化，肖新标，等.ANSYS 7.0实例分析与应用
400.00
800.00 (mm)
200.00
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图3 V形床身第一阶振型
B: Modal Figure Type: Total Deformation Frequency: 190.71 Hz Unit: mm 2018/10/1 19:24
4.392 3.843 3.294 2.745 2.196 1.647 1.098 0.549 0 min
最大变形/mm 2.372 2 4.9410 1.458 5 5.116 9 2.047 3
阶次 1 2 3 4 5
表2矩形床身模态分析结果
固有频率/Hz 169.75 196.53 236.45 250.45 286.65
最大振幅/ U m 388.78பைடு நூலகம்779.52 740.24 801.40 210.82
最大变形/mm 2.227 4 4.6870 1.3561 5.098 4 1.947 8
部分上下摆动，固有频率为196.53Hz,在该振型下V 形床身的最大振幅为779.52gm,此时的最大变形为 4.687mm。
3•结语 通过表1、表2对比分析V形床身和矩形床身的 前5阶阵型特征，可以看出V形床身和矩形床身对其 固有频率和最大变形影响不大，但是V形床身能极大 减少其振幅。所以设计机床床身时应优先考虑V形床 身，从而优化床身结构，提高其动态性能。
率为190.71Hz,在该振型下V形床身的最大振幅为
80.555 nm,此时的最大变形为4.941mm；从图5、图
6和表2可以看出，数控铳床矩形床身一阶振型为床
身中间绕XZ平面对称摆动，固有频率为169.75Hz,
在该振型下V形床身的最大振幅为388.78 n m,此时
的最大变形为2.227 4mm；床身二阶振型为床身中间
B: Modal Figure Type: Total Deformation Frequency: 170.26 Hz Unit: mm 2018/10/1 19:24 ■
2.3722 max 2.1087 1.8451 1.5815 1.3179 1.0543 0.79075 0.527仃 0.26358 0 min
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图4 V形床身第二阶振型
B: Modal Figure Type: Total Deformation Frequency: 169.75 Hz Unit: mm 2018/10/1 19:44
1.9799 1.7324 1.4849 1.2375 0.98996 0.74247 0.49498 0.24749 0 min
2.机床床身模态分析 机床底座模态分析主要分析底座的固有频率和 振型，其作用为避免底座受载后发生共振现象，同时 也是进行其他动力学(响应谱)分析的起点。 因为第一阶和第二阶固有频率对于机床床身的 动态特性影响较大，所以本文重点分析前两阶模态特 性。通过有限元分析得出数控铳床床身的第一、第二 阶模态振型图，如图3~图6所示，并把前6阶振型特 征做成表格，如表1和表2所示。
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图6矩形床身第二阶振型
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表1 V形床身模态分析结果
固有频率/Hz 170.26 190.71 211.46 250.72 283.24
最大振幅/卩m 92.607 80.555 201.280 619.680 199.300
数控铳床床身通过地脚螺钉与地面相连，为尽 可能使床身受到的载荷与实际情况吻合，所以边界处 理时将其接合面全约束处理。
(3)有限元网格划分。采用有限元分析软件 ANSYS Workbench进行自动网格划分，使用四面体和 六面体结合的划分方式，分析方法为HexDominant。 矩形床身网格划分，得节点数为122 988,单元数为 65 068个，V形床身网格划分，得节点数为124 906, 单元数为66 082个，划分网格如图1和图2所示。
智能制造
数控铳床床身绪构的模态分析及优化
山东鲁南机床有限公司(滕州277500) 于艳东
摘要：床身是数控铳床最为重癸的组成部分之一，利用有限元软件Ansys对不同形状的数控铳床床身进行模态分析，并进一步 深入分析筋板因素对床身动态的彩响，为床身的外珈设计提供一定的理论依据。
床身是机床重要的基础部件，其动态特性和静 态特性直接影响机床加工精度及精度的稳定性。通过 有限元分析软件Ansys分析不同形状铳床床身的动态 特性，研究数控铳床床身固有频率的影响因素，为床 身的设计提供了一定的理论依据。
L
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图5矩形床身第一阶振型
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B: Modal Figure Type: Total Deformation Frequency: 196.53 Hz Unit: mm 2018/10/1 19:44
4.1662 3.6454 3.1247 2.6039 2.0831 1.5623 1.0416 0.52078 0 min
型，这是进行有限元分析的基础。本文利用比较流行 的三维软件Pro/E创建三维模型，并把Pro/E三维模型 导入到有限元分析软件Workbench中。
(2) 材料属性和边界条件。床身材料为 HT250,密度为7.28 x 103kg/m3,泊松比为0.156,弹 性模量为1.38xl05MPa,
图1 V形床身网格划分
76 竺煦第7顎 www.mwl950. com
余爲於》工®冷加工
图2矩形床身网格划分
身一阶振型为床身中间上半部分上下摆动，固有频
率为170.26Hz,在该振型下V形床身的最大振幅为
92.607 gm,此时的最大变形为2.372 2mm；床身
二阶振型为床身中间下半部分上下摆动，固有频
参考文献： [1] 倪晓宇，易红，汤文成，等.机床床身结构的有限元分
析与优化[J].制造技术与机床，2005⑵：47-50. [2] 郝文化，肖新标，等.ANSYS 7.0实例分析与应用
400.00
800.00 (mm)
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图3 V形床身第一阶振型
B: Modal Figure Type: Total Deformation Frequency: 190.71 Hz Unit: mm 2018/10/1 19:24
4.392 3.843 3.294 2.745 2.196 1.647 1.098 0.549 0 min
最大变形/mm 2.372 2 4.9410 1.458 5 5.116 9 2.047 3
阶次 1 2 3 4 5
表2矩形床身模态分析结果
固有频率/Hz 169.75 196.53 236.45 250.45 286.65
最大振幅/ U m 388.78பைடு நூலகம்779.52 740.24 801.40 210.82
最大变形/mm 2.227 4 4.6870 1.3561 5.098 4 1.947 8
部分上下摆动，固有频率为196.53Hz,在该振型下V 形床身的最大振幅为779.52gm,此时的最大变形为 4.687mm。
3•结语 通过表1、表2对比分析V形床身和矩形床身的 前5阶阵型特征，可以看出V形床身和矩形床身对其 固有频率和最大变形影响不大，但是V形床身能极大 减少其振幅。所以设计机床床身时应优先考虑V形床 身，从而优化床身结构，提高其动态性能。
率为190.71Hz,在该振型下V形床身的最大振幅为
80.555 nm,此时的最大变形为4.941mm；从图5、图
6和表2可以看出，数控铳床矩形床身一阶振型为床
身中间绕XZ平面对称摆动，固有频率为169.75Hz,
在该振型下V形床身的最大振幅为388.78 n m,此时
的最大变形为2.227 4mm；床身二阶振型为床身中间
B: Modal Figure Type: Total Deformation Frequency: 170.26 Hz Unit: mm 2018/10/1 19:24 ■
2.3722 max 2.1087 1.8451 1.5815 1.3179 1.0543 0.79075 0.527仃 0.26358 0 min
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图4 V形床身第二阶振型
B: Modal Figure Type: Total Deformation Frequency: 169.75 Hz Unit: mm 2018/10/1 19:44
1.9799 1.7324 1.4849 1.2375 0.98996 0.74247 0.49498 0.24749 0 min
2.机床床身模态分析 机床底座模态分析主要分析底座的固有频率和 振型，其作用为避免底座受载后发生共振现象，同时 也是进行其他动力学(响应谱)分析的起点。 因为第一阶和第二阶固有频率对于机床床身的 动态特性影响较大，所以本文重点分析前两阶模态特 性。通过有限元分析得出数控铳床床身的第一、第二 阶模态振型图，如图3~图6所示，并把前6阶振型特 征做成表格，如表1和表2所示。
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800.00 (mm)
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图6矩形床身第二阶振型
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阶次 1 2 3 4 5
表1 V形床身模态分析结果
固有频率/Hz 170.26 190.71 211.46 250.72 283.24
最大振幅/卩m 92.607 80.555 201.280 619.680 199.300
数控铳床床身通过地脚螺钉与地面相连，为尽 可能使床身受到的载荷与实际情况吻合，所以边界处 理时将其接合面全约束处理。
(3)有限元网格划分。采用有限元分析软件 ANSYS Workbench进行自动网格划分，使用四面体和 六面体结合的划分方式，分析方法为HexDominant。 矩形床身网格划分，得节点数为122 988,单元数为 65 068个，V形床身网格划分，得节点数为124 906, 单元数为66 082个，划分网格如图1和图2所示。
智能制造
数控铳床床身绪构的模态分析及优化
山东鲁南机床有限公司(滕州277500) 于艳东
摘要：床身是数控铳床最为重癸的组成部分之一，利用有限元软件Ansys对不同形状的数控铳床床身进行模态分析，并进一步 深入分析筋板因素对床身动态的彩响，为床身的外珈设计提供一定的理论依据。
床身是机床重要的基础部件，其动态特性和静 态特性直接影响机床加工精度及精度的稳定性。通过 有限元分析软件Ansys分析不同形状铳床床身的动态 特性，研究数控铳床床身固有频率的影响因素，为床 身的设计提供了一定的理论依据。
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图5矩形床身第一阶振型
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B: Modal Figure Type: Total Deformation Frequency: 196.53 Hz Unit: mm 2018/10/1 19:44
4.1662 3.6454 3.1247 2.6039 2.0831 1.5623 1.0416 0.52078 0 min