运行状态下的数控机床结构动力学主导特性研究

摘要

机床的动力学特性会直接影响机床加工性能，因此随着机床向高速度，高精度，高可靠性发展，机床动力学特性的研究愈发重要。在当前的机床动力学研究中，机床整机结构对于刀尖点动态特性的影响受到越来越多的关注。对于重型机床来说，其在进行变位置加工或者大行程加工时，机床的主要部件会发生较大幅度的位置变化，这对机床结构动力学特性有重要影响。
　　机床结构在工况下的振动，并非是所有辨识出的机床的模态引起的，而是仅仅在运行状态下被激励出的那几阶。分析这几阶主振模态随加工位置改变的变化趋势有利于更好地进行机床改造和加工稳定性分析，对提高加工质量和加工效率也有重要意义。因此结合相关课题，本文的研究内容如下：
　　通过实验模态分析法和空运行自激励法找到了机床结构的薄弱部件。针对龙门铣床多部件组成，结合部复杂等特点，采用实验模态分析法和空运行自激励方法对机床进行实验，辨识出静态和动态下的各阶模态，通过模态置信准则和振型幅值比较分析其模态分布状态，最终根据模态分布状态确定机床的薄弱部件为滑枕。
　　探讨了龙门铣床薄弱部件滑枕动态特性的位置相关变化趋势。通过不同位置的敲击实验，探究机床在主要工作方向 Y向和 Z向上的位置相关特性，验证了滑枕部件位置相关动态特性变化在Z向上较为敏感，并得到了Z向四个不同坐标位置时的滑枕前三阶模态变化趋势。用基于振型微变的衍生模态来解释上述变化趋势，并进行了验证。用柔度图来表征结构的模态参数位置相关特性，有助于更好地观察动力学参数在频谱和空间上的分布。验证了刀具的位置相关特性在低频范围与滑枕位置相关性一致。
　　研究了滑枕部件的位置相关主导特性变化对加工表面质量和加工稳定性的影响。结合主振模态辨识方法和随机凸台切削自激励方法得到了机床结构在工况下的位置相关主振模态演变趋势，将其与静态下的滑枕位置相关特性进行比对，发现其具有相似性。通过工件模态与滑枕主振模态的对应以及不同位置加工时工件的表面粗糙度值对比，验证了随加工位置的改变而变化的主振模态能够直接影响加工的稳定性和加工表面质量。

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1 绪论

1.1课题来源和研究目的及意义

1.2国内外相关技术研究现状

1.3本文的主要研究工作

2 机床多部件薄弱环节分析

2.1 引言

2.2 敲击试验中的多部件薄弱环节分析方法

2.3 空运行试验中的多部件薄弱环节分析方法

2.4 总结

3 数控机床结构位置相关动态特性研究

3.1 引言

3.2机床结构位置相关特性的实验探究

3.3刀具位置相关特性的实验探究

3.4 本章总结

4数控机床变位置切削的结构主导特性研究

4.1 引言

4.2 结构主导特性研究的原理

4.3龙门铣床变位置切削主导特性实验探究

4.4本章总结

5全文总结和展望

5.1全文总结

5.2后期工作展望

致谢

参考文献