Finite element analysis of a vertical machining center with aluminum profile framing

Abstract

Günümüzde, dik işlem merkezleri endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sebeple dik işlem merkezlerinin tasarım ve analizlerinin önemi artmaktadır. Makina tasarımcıları tasarım işlemlerinde bilgisayar destekli mühendislik yöntemlerini sıklıkla kullanmaktadırlar. Bu çalışmada alüminyum gövdeli bir dik işlem merkezi için bir sonlu eleman modeli geliştirilmiş ve sonlu eleman analizleri yapılmıştır. Titreşim analizi; doğal frekanslar, titreşim biçimleri vb. gibi yapısal modal parametreleri belirlemek için yapısal mühendislikte yaygın kullanılan bir yöntemdir. Bu çalışmada bir dik işlem merkezinin titreşim analizi ele alınmıştır. Titreşim analizi için sonlu elemanlar yöntemi kullanılmıştır. ANSYS parametrik tasarım dili kullanılarak dik işlem merkezinin bir sonlu elemanlar modeli geliştirilmiştir. Sonra titreşim analizi sonuçları elde edilmiştir. Sonlu eleman modelini doğrulamak için deneysel modal testler yapılmıştır. Hareket sonrası oluşan titreşimler artık titreşimler olarak adlandırılmaktadır. Artık titreşimler, esnek sistemlerde uç nokta konumlandırılmasında oldukça etkilidir. Dik işlem merkezinin artık titreşimlerini kontrol etmek için açık kontrol ile trapez hız profili hem deneysel hem de numerik olarak uygulanmıştır. Nowadays, vertical machining centers are extensively used in industrial applications. Therefore, importance of design and analysis of vertical machining centers is increasing. Machine designers are commonly used computer aided engineering methods in the design process. In this study, for a vertical machining center with aluminum profile framing, a finite element model developed and finite element analyses are employed. Vibration analysis is a method which has been widely used in structural engineering for determining structural modal parameters, such as natural frequencies, mode shapes, etc. In this study, vibration analysis of a vertical machining center which constructed with modular aluminum profile systems is considered. For the vibration analysis, finite elements method is used. A finite elements model of the vertical machining center is developed by using ANSYS parametric design language (APDL). Then, vibration analysis results have been obtained. To validate accuracy of the finite element model experimental modal testing is carried out. Vibrations arisen after the motion is called residual vibrations. Residual vibrations significantly affect positioning achievement of the end point in flexible systems. To control the residual vibrations of the vertical machining center, trapezoidal velocity profile is applied with open loop control both experimentally and numerically.