Analysis of static and dynamic characteristics of CNC laser processing machine tool
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摘要: 激光加工机床具有运动速度快、加减速时间短等特点，与普通机床相比，其主机设计的静动态特性要求较高。为验证所设计激光加工机床的静动态特性能否满足设计要求，文章采用三维CAD软件建立机床主机模型，作适当简化处理，将模型导入到有限元分析软件中，选择四面体单元划分网格，根据受力情况和约束条件对机床各零部件和整机进行静力学和模态分析。仿真结果表明，所设计的机床主机结构静动态特性良好，能够满足激光加工要求。Abstract: The laser processing machine tool has the characteristics of high feed rate and good acceleration performance. Compared with the conventional machine tool, its main mechanical structure requires good static and dynamic characteristics. In order to verify whether the static and dynamic characteristics of the designed machine tool meet the design requirements, the CAD software is used to build the 3D model of the machine tool. Through appropriate simplification, the model is imported into the FEA software, tetrahedral elements are selected to divide the mesh, and the static and modal analysis of the main parts and components of the machine tool and the whole machine is carried out according to the force and constraint conditions. The simulation results show that the designed machine tool has good static and dynamic characteristics and can meet the requirements of laser processing.
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表 1 主要零部件材料参数
机床部件 材料 弹性模量/MPa 密度/(kg/m3) 泊松比 底座、龙门、滑板 HT300 1.3e+5 7 300 0.25 线轨、滑块 GCr15 2.08e+5 7 800 0.3 
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表 3 零部件第1阶理论固有频率
零部件 固有频率/Hz 振型 Y轴滑板 854.6 滑板中部沿Z轴方向的俯仰运动 X轴滑板 2 164.2 滑板中部在YOZ平面内的俯仰运动 Z轴滑板 1 908.8 滑板在XOZ平面内的扭动 龙门 102.7 龙门上端沿X轴方向的摆动 底座 136.4 加强筋沿Z轴方向的同向摆动
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表 4 整机前3阶理论固有频率
阶数 固有频率/Hz 振型 1 46.7 龙门立柱带动X滑板、
Z滑板在Y方向的摆动2 60.2 龙门立柱带动X滑板、
Z滑板在X方向的摆动3 123.2 龙门立柱带动X滑板、
Z滑板绕Z方向的扭动
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图(8) / 表(4)
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