基于ANSY S的深孔镗杆谐响应分析

2016-09-06周晓晖李晓臣周利平西华大学机械工程学院成都610039

山东工业技术 2016年10期

周晓晖，李晓臣，周利平（西华大学　机械工程学院，成都　610039）

基于ANSY S的深孔镗杆谐响应分析

周晓晖，李晓臣，周利平
（西华大学机械工程学院，成都610039）

镗削是在金属切削加工中占有重要地位，当采用镗削方式进行机床加工特别是细长孔的加工时，由于其加工过程中受环境、切削要素以及其他外界因素的影响，可能会使镗杆的刚度达不到要求。一般情况下当镗杆的长度过长，尤其是当长度和直径比大于4时，镗杆在加工过程中就会发生振动，振动对产品加工质量有很大影响。本文通过建立有限元模型，分析受力，并利用ANSYS进行谐响应分析。

ANSYS；深孔镗杆；谐响应

0　引言

镗削加工是在镗床上进行，主要是用与孔特别是长细孔的加工，选取合适的加工参数，加工得到的零件精度会很高。镗削的工作过程为：工件是固定不动的，由镗床主轴转动从而带动镗刀旋转完成镗削的主运动，主轴的上下运动完成镗削的进给运动。因为镗削不同于车削，镗刀是高速旋转的，所以加工过程中一般都会发生刀具的振动，当然传统方法通过改变切屑要素比如降低切削速度、减小进给速度，这些会适当降低切削力，但这些方法不经济不适用于现在高效率、高质量的生产要求，而且有些情况下，这些方法反而会使加工质量降低。本文运用ANSYS建立有限元模型，并进行谐响应分析。

1　谐响应分析简介

给系统一个持续的、周期性的载荷，那么该系统就会产生对应的持续的周期性响应。谐响应分析就是用来确定系统在承受谐波载荷（随时间按正弦规律变化的载荷）时得到的稳态响应的一种技术。该技术分析所达到的目的就是计算出系统在几种频率下的响应，然后绘制并得到位移对频率的曲线。通过幅频特征曲线我们可以清楚的知道，该系统在不同频率下所产生的位移，以及最大位移（峰值）所对应的频率。通过谐响应分析设计人员可以预测振动情况，并且可以通过改善结构特征来降低振动以及避免产生共振现象，大大提高产品的质量以及安全性能。

镗削过程中由于受外界干扰和自身频率的影响，镗刀承受周期性变化的力，从而使镗杆发生振动，这种振动幅度到了一定程度将会降低加工效率，而且振动会使产品加工表面粗糙度变大，影响加工精度，更重要的是长时间大的振动会影响镗床的稳定性，有一定的安全隐患。

2　仿真模型的建立

用Solidworks建立镗杆的简化三维模型，转为中间格式后导入到ANSYS中如图1。在网格划分时采用自由适应划分策略，自由网格划分操作对实体三维模型没有特殊要求。单元尺寸、网格数目的多少将直接影响计算结果的准确的以及计算所需的时间。通常情况下，网格数目增加单元尺寸越小，运算得到的结果精度会提高，但是于此同时计算量增加、计算时间会很长，本实验的三维模型比较简单所以确定的网格数目适中。根据镗杆的安装特点，在镗杆末端施加位移约束，在镗杆前段假定一个节点为镗刀，并施加一个周期变化的力。本实验选取切削速度为20m/min，进给量为0.3mm/r，背吃刀量为0.7mm，被加工材料选择最常用的钢材45钢，于是通过查表根据切削力实验公式计算得到施加在镗刀刀头的载荷最大值为533N。