基于ANSY S的深孔鏜桿諧響應分析

周曉暉，李曉臣，周利平（西華大學　機械工程學院，成都　610039）

基于ANSY S的深孔鏜桿諧響應分析

周曉暉，李曉臣，周利平
（西華大學機械工程學院，成都610039）

鏜削是在金屬切削加工中占有重要地位，當采用鏜削方式進行機床加工特別是細長孔的加工時，由于其加工過程中受環(huán)境、切削要素以及其他外界因素的影響，可能會使鏜桿的剛度達不到要求。一般情況下當鏜桿的長度過長，尤其是當長度和直徑比大于4時，鏜桿在加工過程中就會發(fā)生振動，振動對產(chǎn)品加工質(zhì)量有很大影響。本文通過建立有限元模型，分析受力，并利用ANSYS進行諧響應分析。

ANSYS；深孔鏜桿；諧響應

0　引言

鏜削加工是在鏜床上進行，主要是用與孔特別是長細孔的加工，選取合適的加工參數(shù)，加工得到的零件精度會很高。鏜削的工作過程為：工件是固定不動的，由鏜床主軸轉(zhuǎn)動從而帶動鏜刀旋轉(zhuǎn)完成鏜削的主運動，主軸的上下運動完成鏜削的進給運動。因為鏜削不同于車削，鏜刀是高速旋轉(zhuǎn)的，所以加工過程中一般都會發(fā)生刀具的振動，當然傳統(tǒng)方法通過改變切屑要素比如降低切削速度、減小進給速度，這些會適當降低切削力，但這些方法不經(jīng)濟不適用于現(xiàn)在高效率、高質(zhì)量的生產(chǎn)要求，而且有些情況下，這些方法反而會使加工質(zhì)量降低。本文運用ANSYS建立有限元模型，并進行諧響應分析。

1　諧響應分析簡介

給系統(tǒng)一個持續(xù)的、周期性的載荷，那么該系統(tǒng)就會產(chǎn)生對應的持續(xù)的周期性響應。諧響應分析就是用來確定系統(tǒng)在承受諧波載荷（隨時間按正弦規(guī)律變化的載荷）時得到的穩(wěn)態(tài)響應的一種技術(shù)。該技術(shù)分析所達到的目的就是計算出系統(tǒng)在幾種頻率下的響應，然后繪制并得到位移對頻率的曲線。通過幅頻特征曲線我們可以清楚的知道，該系統(tǒng)在不同頻率下所產(chǎn)生的位移，以及最大位移（峰值）所對應的頻率。通過諧響應分析設(shè)計人員可以預測振動情況，并且可以通過改善結(jié)構(gòu)特征來降低振動以及避免產(chǎn)生共振現(xiàn)象，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量以及安全性能。

鏜削過程中由于受外界干擾和自身頻率的影響，鏜刀承受周期性變化的力，從而使鏜桿發(fā)生振動，這種振動幅度到了一定程度將會降低加工效率，而且振動會使產(chǎn)品加工表面粗糙度變大，影響加工精度，更重要的是長時間大的振動會影響鏜床的穩(wěn)定性，有一定的安全隱患。

2　仿真模型的建立

用Solidworks建立鏜桿的簡化三維模型，轉(zhuǎn)為中間格式后導入到ANSYS中如圖1。在網(wǎng)格劃分時采用自由適應劃分策略，自由網(wǎng)格劃分操作對實體三維模型沒有特殊要求。單元尺寸、網(wǎng)格數(shù)目的多少將直接影響計算結(jié)果的準確的以及計算所需的時間。通常情況下，網(wǎng)格數(shù)目增加單元尺寸越小，運算得到的結(jié)果精度會提高，但是于此同時計算量增加、計算時間會很長，本實驗的三維模型比較簡單所以確定的網(wǎng)格數(shù)目適中。根據(jù)鏜桿的安裝特點，在鏜桿末端施加位移約束，在鏜桿前段假定一個節(jié)點為鏜刀，并施加一個周期變化的力。本實驗選取切削速度為20m/min，進給量為0.3mm/r，背吃刀量為0.7mm，被加工材料選擇最常用的鋼材45鋼，于是通過查表根據(jù)切削力實驗公式計算得到施加在鏜刀刀頭的載荷最大值為533N。

3　仿真試驗結(jié)果與分析

如圖2所示當頻率達到400Hz時，鏜桿振動幅度最大，當頻率高于700Hz時，振動幅度逐漸減小。

圖1　鏜桿仿真模型

圖2　鏜桿幅頻特性曲線圖

4　結(jié)束語

通過ANSYS對鏜桿進行諧響應分析，得到鏜桿的諧響應幅頻特性曲線圖，為鏜桿的實際設(shè)計以及加工參數(shù)的設(shè)定提供參考。

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［2］曾林林，周利平.單臂懸伸鏜桿力學建模及其有限元分析［J］.河南科技，2014（01）：85-86.

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.098

周曉暉（1991-），男，碩士研究生，研究方向：制造過程數(shù)值仿真技術(shù)。