proe分析機(jī)床拖板有限元模態(tài)。 　　這里將利用美國PTC開發(fā)的有限元軟件，Pro/MECHANICA對機(jī)床支承件中的拖板進(jìn)行有限元分析，計(jì)算出該零件的固有頻率和振型，為分析拖板的表面振動(dòng)響應(yīng)作必要的準(zhǔn)備，也為機(jī)床拖板、床身、立柱等支承件的設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù)。 　　當(dāng)前常用的有限元分析軟件及其特點(diǎn) 　　目前對機(jī)械零件進(jìn)行有限元分析一般采用通用有限元分析軟件，如ANSYS、MARC等。它們擁有豐富完善的單元庫、 材料模型庫和求解器，并且具有相對獨(dú)立的前、后處理模塊，可以獨(dú)立完成多學(xué)科、多領(lǐng)域的工程分析問題。其缺點(diǎn)是前處理模塊中的幾何建模功能不強(qiáng)，無法完成復(fù)雜模型的建模，因此降低了結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的可信度。一些流行的三維設(shè)計(jì)軟件卻具有極強(qiáng)的幾何模型的建模功能，如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。這些三維設(shè)計(jì)軟件可以完成一些復(fù)雜的幾何模型的建模工作。為了克服通用有限元分析軟件建模功能較弱的缺點(diǎn)，當(dāng)前普遍采用軟件間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即采用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行精確的三維建模，通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口將模型以IGES、DXF或STEP格式讀入到通用有限元分析軟件中，然后通過該軟件進(jìn)行精確的計(jì)算。 　　在模型轉(zhuǎn)換過程中常常會(huì)出現(xiàn)一些問題，特別是將一些復(fù)雜模型轉(zhuǎn)換到有限元軟件后也會(huì)出現(xiàn)一些面和線的丟失、無法對模型中的一些特征進(jìn)行網(wǎng)格劃分等問題。所以在模型轉(zhuǎn)換后，要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力在有限元軟件中進(jìn)行幾何模型修補(bǔ)工作，這必然導(dǎo)致模型的不一致且增加了工作量。雖然一些有限元軟件開發(fā)出了完善的數(shù)據(jù)接口，可以精確地將CAD平臺(tái)上生成的絕大部分幾何模型導(dǎo)入到有限元軟件中，但是兩種軟件的同時(shí)使用對設(shè)計(jì)平臺(tái)的軟硬件提出了更高的要求，會(huì)大大增加一些中小企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。 　　通過對各種有限元軟件的對比分析我們發(fā)現(xiàn)，Pro/MECHANICA可以實(shí)現(xiàn)與Pro/ENGINEER的完全無縫集成，該軟件可以直接利用Pro/ENGINEER生成的幾何模型進(jìn)行有限元分析。由于Pro/ENGINEER具有強(qiáng)大的參數(shù)化功能，那么在Pro/MECHANICA中就可以利用該優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行模型的靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體地說，當(dāng)模型的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，求解出滿足一定設(shè)計(jì)指標(biāo)(如質(zhì)量最小、應(yīng)力最小等)的最佳幾何模型。 　　機(jī)床拖板有限元模型的建立和計(jì)算 　　1.建立幾何模型 　　這里分析的是一臺(tái)數(shù)控高速銑齒機(jī)床的X方向的拖板。該機(jī)床用于對大模數(shù)、大直徑齒輪的粗加工。由于該拖板結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以選用Pro/ENGINEER軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模。 　　利用Pro/ENGINEER軟件建立的機(jī)床拖板幾何模型。 　　2.定義材料屬性 　　機(jī)床拖板是機(jī)床支承件中的重要部件，其在工作時(shí)承受工作臺(tái)和工件的巨大壓力，必須具有較高的強(qiáng)度，所以材料選為灰鑄鐵HT250。根據(jù)相關(guān)資料，HT250的質(zhì)量密度為7340;彈性模量為1.55e11;泊松比為0.27。 　　在菜單管理器【零件】中依次單擊【設(shè)置】→【材料】命令選項(xiàng)，并在其中定義上述材料屬性。 　　3.定義約束 　　拖板在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，導(dǎo)軌約束了拖板Z方向的移動(dòng)和繞X、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。絲杠座約束了拖板Y方向的平移，拖板和導(dǎo)軌之間的壓板限制了拖板X方向的平動(dòng)和繞Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。 　　在MEC STRUCT菜單中選擇Constraints→New→Surface，在系統(tǒng)彈出的定義對話框中定義以上的各個(gè)約束。 　　4.劃分網(wǎng)格 　　在MEC SRTUCT菜單中選擇MESH菜單選項(xiàng)進(jìn)行網(wǎng)格的定義和劃分，并對劃分網(wǎng)格的質(zhì)量進(jìn)行檢查，不符要求的網(wǎng)格將在有限元網(wǎng)格模型中以紅色顯示出來。拖板的有限元網(wǎng)格模型。 　　5.建立分析任務(wù)，進(jìn)行有限元計(jì)算 　　在MEC STRUCT菜單中選擇Analyses/Studies，在系統(tǒng)彈出的Analyses and Design Studies對話框中選擇File→New Modal...，彈出模態(tài)分析任務(wù)定義對話框，在此對話框中設(shè)定分析任務(wù)后進(jìn)行分析計(jì)算。 　　機(jī)床拖板有限元模態(tài)分析結(jié)果 　　對機(jī)床拖板有限元模型的求解，一般不需要求出振動(dòng)系統(tǒng)的全部固有頻率和振型，由于低階模態(tài)對振動(dòng)系統(tǒng)的影響較大，因此本文僅計(jì)算了前三階模態(tài)。同時(shí)，為了驗(yàn)證有限元軟件Pro/MECHANICA用于機(jī)床零件模態(tài)計(jì)算的的正確性，本文另外采用了當(dāng)前流行的通用有限元分析軟件ANSYS對機(jī)床拖板進(jìn)行有限元模態(tài)計(jì)算，計(jì)算出前三階固有頻率和振型，并與Pro/MECHANICA的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。固有頻率的對比如表1所示，前三階振型圖對比。 　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該拖板在1200Hz以內(nèi)共有三階模態(tài)。第一階模態(tài)的振型為拖板兩側(cè)圍繞Y軸擺振，第二階模態(tài)的振型為拖板繞Z軸的不規(guī)則扭振，第三階模態(tài)的振型為拖板繞Y軸波浪形擺動(dòng)和拖板邊角的部分扭振。通過有限元模態(tài)計(jì)算得出機(jī)床拖板的危險(xiǎn)工作頻率在500～600Hz。 　　從計(jì)算結(jié)果可以看出，固有頻率都在500Hz以上，該機(jī)床拖板整體固有頻率較高，遠(yuǎn)離正常工作頻率，可知拖板的剛性比較好。拖板的絲杠座作為機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)裝置絲杠的支承，必須具有較高的結(jié)構(gòu)剛度。通過上面的計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，絲杠座振動(dòng)的相對位移量較小，振動(dòng)很小，具有較高的局部剛度，從而增強(qiáng)了數(shù)控機(jī)床整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，保證了傳動(dòng)系統(tǒng)的精度。另外，由振型圖可看出，雖然拖板兩側(cè)的振動(dòng)量最大，但由于其振動(dòng)是沿Y軸的對稱振動(dòng)，這樣可以保證拖板上的工作臺(tái)只有微小垂向位移而不會(huì)左右擺動(dòng)。該銑齒機(jī)床用于加工直齒輪，加工過程中拖板振動(dòng)引起工作臺(tái)的微小垂向不會(huì)影響齒輪的加工精度，滿足了機(jī)床拖板的設(shè)計(jì)要求。 　　通過比較發(fā)現(xiàn)，兩種有限元軟件計(jì)算出的第三階固有頻率值相差最大，但是兩個(gè)頻率值只相差1.78%，計(jì)算結(jié)果非常接近。當(dāng)前ANSYS軟件普遍用于各種結(jié)構(gòu)的模態(tài)計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果具有較強(qiáng)的可信度，因此，Pro/MECHANICA軟件計(jì)算出的結(jié)果也具有較高的精度。