关于数控机床模态的综述要点.docVIP

课 程： 模态分析 学 院： 机电工程学院 　　 专 业： 先进装备动力学与控制 学生姓名： 　李 伟　 班级/学号： 研1301班 2013020032 时 间： 2014.6.12 　 　 关于数控机床模态分析的综述 摘要 我国各行业对数控机床的需求不断增大，而且要求不断提高。研究机床的动态特性主要有三种基本方法，即理论模态分析方法、试验模态分析方法和二者相结合的方法。针对影响加工效率和加工表面质量的数控机床结构动态特性问题,提出一种新的实验模态分析方法.该方法以数控机床自身运动产生的振动为激励源,通过控制运动部件以特定方式空运行,激励起结构的有效振动响应,并结合基于响应信号的模态参数识别方法获得结构的动态特性参数.针对参数识别中的伪模态问题,综合运用识别结果预处理方法和模态稳定性原理,有效去除了识别结果中的伪模态,最终得到影响机床加工的3阶低频模态频率和阻尼比.所得结果与传统实验模态分析结果有较好的一致性.该方法可用于大型重型难激励数控机床的结构动态特性研究. 前言 面对激烈的全球化市场竞争和科学技术的飞速发展，产品开发的技术含量与复杂程度日益增加，传统的产品设计模式已经不能适应当今市场发展的需要，产品设计正向着网络化、全球化、快速化、虚拟化方向发展。数控机床是最基本的机械加工设备，制造业的地位已经得到各国重视。高档、精密数控机床的结构设计手段则代表了一个国家制造业的装备水平，但随着经济和技术的发展，机床的生产效率和加工精度越来越限制着现代制造业的发展，尤其在有些技术被发达国家垄断的情况下，自主设计高精度机床就显得非常迫切了；而且加工产品的精度要求越来越严格，这也就是对机床的设计提出了更高的要求；随着全球化的到来，制造业受到越来越多的人的关注。数控机床加工精度和生产效率已经制约了现代制造业的发展。[1] 目前，我国各行业对数控机床的需求不断增大，而且要求不断提高。但是我国除重型机床、数控齿轮加工机床和中低档电加工机床能满足国内需求外，其它如大功率高扭矩数控车床、精密卧式加工中心、高精度数控万能磨床、高档数控成形机床等高精度、高性能的机床都落后于国外同类产品，所以机床行业任重而道远。[2] 1机床动态特性的研究内容及方法 1.1机床动态特性的研究内容 通常对机床的要求除了重量轻、成本低、使用方便和良好的工艺可能性等一般技术经济性能外，主要集中在对机床的加工性能，即加工质量和加工效率的要求上。因此，提高机床系统的动态特性就成了关键。 机床的动态性能主要是指其抵抗振动的能力，包括抗振性和稳定性。提高机床的抗振性，使机床在各种动态力的作用下，刀具与工件的相对振动量控制在加工质量允许的范围之内，这样零件的精确度和光洁度就不会降低。机床的切削效率不是由其功率或其所能承受的最大载荷决定的，而是由机床切削时发生自激振动的条件决定。这是因为切削过程的自激振动，破坏了切削过程的稳定性，不仅不能满足加工质量的要求，而且切削也难以继续进行。为了使切削能在保证加工质量的条件下顺利进行，就不得不降低切削用量，从而降低了切削效率。因此，为提高机床的切削效率，就应使机床在额定功率范围内都不会产生切削自激振动。即要求机床具有足够的切削稳定性。[2] 1.2机床的动态特性的研究方法 研究机床的动态特性主要有三种基本方法，即理论模态分析方法、试验模态分析方法和二者相结合的方法。[3] 理论模态分析方法是基于结构动力学原理，根据结构的设计方案、图纸、先验知识和资料等建立起能模拟机械结构动态特性的有限元动力学模型，而无需依赖已有的机械设备。通过对该动力学模型分析计算，即可获得该机械结构各种模拟的动态特性。这不仅可以检验其动态特性是否满足设计目标，是否需要对结构进行修改，还可通过对理论模型的计算机仿真，预估结构设计及其改进后的动力特性或对其进行动态优化设计。从而可对多种设计方案反复进行分析比较、修改，使其动态特性逼近设计目标函数的要求。从而可经济、迅速地达到优化设计的目标，把提高机械结构动态性能的问题解决在方案及图纸设计阶段，这是该方法最突出的优点。该方法的不足之处在于对结构、各结合部连接条件及其等效动力学参数、阻尼假设、各种边界条件的近似及简化，以及近似计算等带来的误差，影响了所建有限元模型的模拟精度，从而也就影响了其动态特性的模拟精度。虽可以对模型进行反复修改及调整，以提高其模型精度，但该模型始终难以与实际工况完全吻合，动态特性的模拟误差难以避免。 试验模态分析方法是以一定的假设(如线性、定常、稳定、能观等假设)为前提，以一定的理论