1417数控镗铣床导轨钣金防护罩

1417数控镗铣床导轨钣金防护罩将三维模型导入到ANSYS Workbench中，设置材料属性为1Cr13，弹性模量为216 GPa，密度为7770kg／m3，泊松比为0.28，对罩片进行Hex Domi-nant 网格划分，Element Size 设定为3mm，其节点数为56042，单元数为10 357，网格划分模型。文中采用自由模态分析，不用添加任何外载荷。

2.3 计算模态结果分析

由于刚体模态不具备研究价值，故第7阶相当于第1阶模态。通过对罩片在自由状态下进行模态分析求解。

3 试验模态分析

根据ANSYS Workbench仿真出来的结果，利用DH5922N动态信号测试分析系统、三轴加速度传感器、力锤等设备对结构进行模态试验测试，使用DHDAS测试分析软件得出罩片的固有频率与主振型。

3.1 模态测试方法

1417数控镗铣床导轨钣金防护罩由于防护罩片属于钣金件，加速度传感器的附加质量会对其结构特性产生影响，因此采用力锤作为激励方式，单点激励单点拾振（SISO）识别方法。

该试验采用的设备如下：（1）DH5922N 动态测试分析系统；（2）8通道信号调理器（型号：LANCE LC0201）；（3）冲击力锤（型号：KISTLER 9726A5000）；（3）三轴加速度传感器（型号：KISTLER 8766A100AB）；（4）计算机（Dell precision7250）。DH5922N动态信号测试分析系统。

3.2 测点布置与参数设置

一般模态试验有自由悬挂与实际安装两种支撑方式，由于该试验侧重的是建立结构的数学模型并与其有限元计算结果对比，因此采用橡皮绳将罩片自由悬挂。

在DHDAS动态信号采集分析系统软件中运用点、线、面建立罩片结构的模型，长500mm、宽214mm、高132mm，长、宽、高方向等分数都为3，主平面长、宽方向两测点相距166.67mm和71.33mm，前平面长、高方向两个测点各相距166.67mm和44mm，由于采用SISO的识别方法，拾振点只有一个，由Workbench 软件模态分析确定拾振点位置在主平面上。

分析参数设置中分析频率为500 Hz，采样频率为1 280 Hz，分析点数选择4096，平均类型为线性平均，平均次数为4次，频响类型为H1，采用手动来决定是否滤除采集的数据。

将三轴加速度传感器安装在测点47处，测点AI1-03为力锤传感器，测点AI1-04为三轴Z向加速度传感器，测点AI1-05为三轴X向加速度传感器，测点AI1-06为三轴Y向加速度传感器。用力锤依次敲击各个测点，每个测点敲击4次。图8所示为敲击测点6处的单次激励与响应的时域信号，以及测点47处X，Y，Z三个方向的频响函数。

3.3 模态提取与振型生成

对罩片进行模态试验后，在DHDAS动态信号分析软件中将采集到的Z向测点AI1-04的频响数据添加到模态分析模块，选择测力法，单点拾振，采用PolyLSCF识别方法，确定频率范围为0～375 Hz，选取稳定图中s比较多的峰值频率点，得到罩片前5阶固有频率，生成振型

3.4 模态验证

运用模态判定准则（MAC）对分析出的固有频率进行验证，如图11所示。从图中可以得出矢量之间存在明显的线性关系，各阶频率之间的相关度均为1，说明得出的模态参数是有效的。

4 计算模态与试验模态对比分析

计算模态分析与试验模态分析得到罩片前5阶自由状态下的固有频率对比数据如表3所示，试验所得的固有频率与理论所得频率误差在10％以下，1阶固有频率误差仅为0.5％，此分析前5阶可信度很高。

1417数控镗铣床导轨钣金防护罩从振型上看，前5阶振型度相似度很高，变形方向基本相同，说明选择的拾振点很好地采集各阶振型且避开了模态节点位置。

由于罩片的1阶固有频率为50.85 Hz，和机床的工作环境频率较为接近，并且各阶振型的主要变形区域皆为主平面，因此需要在罩片主平面内部添加肋板来优化罩片结构。

5 结论

通过ANSYS Workbench 模态仿真与锤击法模态试验，得到前5阶固有频率与振型，从两者的对比结构来看，振型基本吻合，固有频率误差也在10％以内，模态试验很好地验证了理论的模态参数；从振型上看，薄弱环节的位置主要分布在主平面与前平面上，也是变形较大的区域。前平面作为高速机床导轨防护罩的安装面，可通过螺钉与导轨连接，防止变形；对于主平面的变形，会使罩片产生扭曲、卡死现象，从而大幅度降低防护装置的移动速度，建议将安装铰链的支架设计成肋板肋条形式，加强防护罩片刚性，减少变形