第2期 2017年2月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool &Automatic ManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2017)02004505
D0I:10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 02. 012
No.2 Feb.2017
金刚石框架锯锯框模态试验分析与轻量化设计
方金岩",b，"，张进生",b,"，王志",b,，张恒",b,,孙、芹,b,e
（山东大学a.机械工程学院；b.山东省石材工程技术研究中心；c.高效洁净机械制造教育部重点实验室，济南250061）
摘要：文章通过对金刚石框架锯锯框进行模态试验，获得其各部件的前十阶固有频率，与有限元结果进行对比，数据误差在5%左右，验证了有限元模型和分析方法的准确性。同时基于ANSYSWork bench对锯框模型结构尺寸进行多目标优化设计，减轻了锯框质量，有效降低了成本，同时减少了锯
框的最大等效应力，增强了锯框强度，有效提高了锯机性能。关键词：锯框：模态试验：有限元模型：优化设计
中图分类号：TH16；TG65
文献标识码：A
Modal TestAnalysis forDiamondFrameSaw andLightweightDesign of It
FANG Jin-yan-b., ZHANG Jin-sheng".b., WANG Zhi*-b., ZHANG Heng.b. ,SUN Qin*.b.
( a. School of Mechanical Engineering;b. Research Centre for Stone Engineering, Shandong Province ; c. Key Laboratory of High Efficiency and Clean Mechanical Manufacture, Ministry of Education,Shandong University, Jinan250061China)
Abstract: By means of modal test analysis for framework of diamond frame saw, ten modal frequencies of each of its parts can be got. Compared the modal test results with the calculated results obtained from the fi-nite element method, it verifies the finite element method to be correct and, meanwhile, helps to correct the finite element modeling process of framework. Based on ANSYS Workbench, it optimizes the structural pa-rameters design of the finite element model. After the improvement and optimization, not only is the mass of the framework reduced but also its stiffness and strength meet the design requirements. At the same time, the performance of diamond frame saw is improved.
Key words: framework; modal test; finite element model; optimization design
引言 0
面对花岗石等硬质石材产业资源节约、环境友好的实际需求，需要主动从根本上解决花岗石等硬质石材生产中的一系列问题，即需要新一代的花岗石等硬质石材锯解技术与装备"。金刚石框架锯正是锯解花岗石等硬质石材的高效、绿色锯解设备，它主要应用于宽幅面硬质石材大板加工。相对于传统的花岗石等硬质石材锯解设备如：圆盘锯、砂锯、多绳锯等，金刚石框架锯在窄锯缝、低噪声、低能耗、宽幅面等方面具有明显的优势2」，符合石材行业资源节约、节能环保的要求，并拥有广阔的市场前景。锯机在锯解花岗石等硬质石材过程中锯框承受较大的切削力及冲击载荷[7] 锯框应具备足够的强度和刚度。因此，对锯框的结构设计应提出更高的要求。
夏链*等人与姜衡19等人利用模态试验与有限元分析相结合的方法分别对落地镗铣床床身、加工中心整机进行优化分析，在保证床身与加工中心动静态特性基础上进一步降低重量。目前对于锯框的结构尺寸优化方法是建立锯框有限元模型然后优化分析[10]，但这并不能保证有限元模型的准确性。本文通过对金刚石框架锯的锯框进行模态试验，从而获得锯框各部件的各阶固有频率，并基于有限元模态分析基本理论建立模态分析的有限元模型，使用有限元软件进行模态计算分析，比较试验值与计算值，从而验证有限元模型的准确性。同过对有限元模型进行静力学分析，并基于有限元软件ANSYSWorkbench平台的DOE模块，确定设计变量与优化目标，完成对锯框尺寸的优化设计使得在保证锯框结构强度和刚度的前提下，减轻锯框质量，提高锯机性能。此法将减低研发成本，避免了大
收稿日期：2016-04-12；修回日期：2016-04-28
*基金项目：山东省高等学校科技计划项目（J13LB63）：山东省重点研发计划（2015GGX103032）；泰山产业领军人才工程专项经费资助项目；山东省
自主创新及成果转化专项(2014CGZH0802）
作者简介：方金岩(1991一），男，黑龙江集贤人，山东大学硕士研究生，研究方向为花岗石板材高效绿色生产技术与装备研发，（E-mail)fangjin
anmo.1@163.com；通讯作者：张进生(1962一），男，山东高青人，山东大学教授，博士生导师，研究方向为硬脆材料（石材）高效加工及万寿数据mail）zhangjs@sdu.edu.en。