第1期 2017年1月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)01=003903
D0I:10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017.01.011
叶轮加工中心床身动态特性分析与优化
王能，钟建琳
（北京信息科技大学机电工程学院，北京100192）
No.1 Jan.2017
摘要：叶轮是航空发动机的重要组成部分，需要具有高的加工精度和质量。以某工厂生产的航空发动机叶轮专用加工中心床身为研究对象，采用有限元方法分析其动态特性。根据床身的固有频率和模态振型找出其薄弱环节，针对床身的薄弱环节提出相对的优化改进意见，以改善床身的动态特性，
并通过模态试验验证优化的合理性和可行性，为以后的设计提供了一定的参考。关键词：固有频率；加工中心；动态性能；模态试验
中图分类号：TH122；TG659
文献标识码：A
Impeller Machining Center Bed Dynamics Analysis and Optimization
Based on Modal Testing WANGNeng，ZHONG Jian-lin
(School of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing Information Science and Technology University, Beijing 100192, China)
esaeeee ty. The bed of machining center dedicated to aero-engine impeller is taken as the researching object, which was designed by a factory, and its dynamic characteristics are studied by finite element analysis. The weaker part of the bed is founded according to the analysis of inherent frequency and modal shape, and as to the weaker part, optimization design scheme is put forward to improve the dynamic characteristics of the bed The rationality and feasibility of the optimization are verified through the modal testing, and the conclusion provides reference to the future optimized design.
Key words: inherent frequency;machining center;dynamic characteristics;modal testing
要结构进行分析和优化来提高机床的动态特性，改善
0引言
随着科学技术的发展，航空制造业的先进性成为了影响国家国际地位的重要标志之一。针对航空发动机叶轮的特点，某单位自主研发了航空发动机叶轮专用生产设备。根据叶轮的加工工艺特点，要求机床具有高加速度、高精度、高刚度、大扭矩的五轴五联动的特性。提高制造设备的性能，保证叶轮的加工质量的主要手段之一就是机床的动态特性研究13]。
目前，国内、外对叶轮制造进行了大量的研究，主要包括以下三个方面：①运用计算机辅助手段对叶轮进行多学科优化设计；②优化叶轮生产过程中的加工工艺，选取适当的加工参数和方法；③提高叶轮制造设备的性能，保证其加工质量。其中，提高制造装备研究的主要手段之一就是机床动态特性研究。本文即从改善制造装备人手，通过应用ANSYSWorkbench软件对某工厂自主研发的航空发动机叶轮专用生产设备的主
叶轮的加工质量。最后通过模态试验验证合理的优化设计，不但提高了本台机床的性能，为今后机床结构的设计尤其是主要受力部位设计也提供了一定的参考。
床身是高速、高精五轴联动铣削加工中心的关键部件，其动态性能直接影响到整个加工中心的加工精度、抗振性和稳定性，同时，机床的床身承载了机床的所有运动部件，也是决定机床刚度的重要环节。因此运用计算机辅助软件对床身结构进行分析，观察床身结构在各阶模态下的振型和固有频率，找出其薄弱环节并进行合理的优化对改善机床整体的动态性能具有很大的意义[45]。
1床身结构特点
叶轮是由多个薄且为自由曲面的叶片构成，其技术要求为：叶片型面轮廓度为0.1，直径范围Φ200~ Φ500，叶片前后缘尺寸最小为R0.1~R0.15mm，粗糙度Ra0.8。采用钛合金TC4、高温镍基合金GH4169材
收稿日期：2016-03-26；修回日期：2016-04-11
*基金项目：国家重大专项资助项目（2013ZX0400-1061）：国家自然科学基金（51575055）；“高档数控与基础制造装备"科技重大专项（2015ZX040片数据
作者简介：至能o—），女，河南商丘人，北京信息科技大学硕士研究生，研究方向为机械制造及自动化，（E-mail)18210221601@163.com。