建立数控机床整机系统有限元模型,对于预估和优化机床的性能有着重要的意义。但是,由于整机系统结构复杂以及存在各种形式的结合面,因而很难直接建立反映实际的有限元计算模型。文中以沈阳机床集团某立式加工中心为例,研究了数控机床整机系统有限元建模方法。首先,在保证力学关系不变的情况下,对整机系统进行了物理模型的简化。其次,在有限元模型的固定和滑动结合部中引入接触区域分布设置弹簧来模拟结合面的法向和切向刚度。最后,以测试的模态参数为基准,修正不准确的有限元模型,使模型的频率误差小于15%,得到可以反映实际动态特性的有限元模型。

将现代振动测试手段和有限元模态分析技术相结合,对新研发的立式加工中心0540d整机系统进行振动特性分析。用有限元计算方法对新研发的产品整机进行动态性能预估,掌握机床加工区域的振型及系统的固有频率。在该数控机床生产安装完成后对整机进行振动模态测试,把实验得到的模态参数与有限元计算值进行对比验证。结果的对比分析表明,有限元模型的振型与实验基本一致,计算得到的固有频率与测试频率误差在16%之内。说明该有限元模型可以真实地反映实际动态特性的,同时也可以对研发的新产品进行动态特性预估分析。