如何建立数控等离子切割机横梁的有限元模型

2014-6-12 16:10:45      点击:
    数控等离子切割机结合简单易用的数控系统,利用高温在喷嘴处喷射出来的高速气流离子化,从而形成导电体。当电流通过时,该导气体即形成高温等离子电弧,电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化(和蒸发),并借助高速等离子气流的动力排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。利用环形气流技术形成的细长并稳定的等离子电弧,保证了能够平稳且经济地切割任何导电的金属。
    数控等离子切割机横梁是一个多自由度弹性振动系统,作用于该系统的各种激振力使横梁产生复杂的振动变形,是影响切割精度的主要因素。作用于这个系统的各种激振力就是使横梁产生复杂振动的动力源。根据数控等离子切割机工作特点,龙门数控切割机生产厂家武汉威速达引起各种激振力的因素可概括为4类:
    1.横、纵向伺服电机本身工作时引起的简谐激振;
    2.横、纵向伺服电机与齿条传动齿轮副在工作时产牛的啮合激励,直接作用在横梁上;
    3.滚轮和升降体滑块在工作时分别与横、纵向导轨传动的移动副产生激振;
    4.数控等离子切割机在工作时受到外界的影响产生的激励。如果这些激振力的激振频率和横梁的某一阶固有频率相吻合或接近时,就会产生共振,导致在横梁某些部位产生数值很大的共振载荷和位置偏移,影响数控等离子切割机的切割精度和可靠性。
    建立数控等离子切割机横梁的有限元模型,应用NASTRAN分析软件对其结构固有特征进行数值分析,并根据结果对原有模型进行优化,得出最优化模型。通过对原有横梁模型的研究得出:原有横梁模犁的各阶固有频率偏低且大多密集在193.7Hz~203.5Hz,及易在外界激励下发生共振;各阶主振型都为Y轴方向,固有频率处的位移量在0.1mm左右,难以保证切割精度。根据原有横梁模型的振型图和动画示,可以直观地分析横梁的动态特性和薄弱环节,参照现行行业标准,对原有横梁模型进行优化,得出符合标准的最优化横梁模型。最优化横梁模型与原有横梁模相比:各阶固有频率明显提高,具有良好的动态特性,较易避开横、纵向齿轮齿条传动的啮合频率和外界频率;红固有频率处的最大位移量≤0.05mm,仅为优化前的1/2,更好的保证了切割精度。本研究计算出了原有横梁模型的固有频率和振型,并通过这些数据埘其进行优化设计,得出最优化的横梁模型,对提高数控等离子切割机的精度和可靠性具有重要的工程意义。
    因此,数控等离子切割机横梁的动态设计要求横梁具有一定的固有频率和振型,且应避开横、纵向齿轮齿条传动的啮合频率和外界频率,这样才能保证横梁具有良好的动态特性。因此,对数控等离子切割机横梁进行模态分析,确定横梁的固有频率和振型以及输出各阶频率位移云图,再根据这些数据和相关标准对其进行优化设计,设计出振动位移小固有频率大的最优化横梁,对保证数控等离子切割机的切割精度和可靠性具有重要的工程意义。