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数控机床定位胶结合面建模及参数识别方法

组合机床与自动化加工技术 2015年第4期 67-70页

作者：刘雅荣长春职业技术学院工程技术分院长春130033

文章提出采用正交异性模型的方法设置定位胶结合面的材料参数。首先分析了目前虚拟材料方法的不足,然后推导了正交异性模型结合部3个方向平移刚度和2个方向弯曲刚度的求解方法,之后以质量块和定位胶组成系统的模态性能为对象,研究了材... 详细信息

文章提出采用正交异性模型的方法设置定位胶结合面的材料参数。首先分析了目前虚拟材料方法的不足,然后推导了正交异性模型结合部3个方向平移刚度和2个方向弯曲刚度的求解方法,之后以质量块和定位胶组成系统的模态性能为对象,研究了材料参数Ey、Gxy、Gzy的求解方法,最后对系统的模态性能进行了仿真分析。结果表明系统固有频率仿真误差绝对值小于1.69%,振型与实际吻合很好,从而验证了文中方法的正确性。

关键词：数控机床结合面建模参数识别正交异性模型

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典型数控龙门镗铣床主轴系统抗振性能优化

清华大学学报（自然科学版） 2010年第7期50卷 995-999页

作者：吴志军冯平法郁鼎文裴大明清华大学精密仪器与机械学系北京100084

为提高主轴系统的抗振性能,以一台典型的主轴升降式数控龙门镗铣床主轴系统为例,研究了轴承和弹性联轴节两种结合面的有限元建模方法,仿真分析了主轴系统的模态和谐响应动力学特性,通过模态实验验证了动力学仿真分析的有效性,提出了提... 详细信息

为提高主轴系统的抗振性能,以一台典型的主轴升降式数控龙门镗铣床主轴系统为例,研究了轴承和弹性联轴节两种结合面的有限元建模方法,仿真分析了主轴系统的模态和谐响应动力学特性,通过模态实验验证了动力学仿真分析的有效性,提出了提高主轴系统抗振性能的优化设计方案。研究表明:建立合理的结合面模型是提高仿真精度的关键之一,所研究的主轴系统的主要振型是扭转振动,主轴轴承刚度对各阶固有频率和扭转振幅影响很小,通过优化弹性联轴节刚度和套筒长度可以有效提高主轴系统的抗振性能。研究成果对全面了解并优化主轴系统动态性能具有指导意义。

关键词：主轴系统动态特性仿真分析优化设计结合面建模

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模块化可重构机器人动力学研究进展

动力学与控制学报 2023年第1期21卷 1-17页

作者：周柏李方虹斌徐鉴复旦大学智能机器人研究院上海200433 复旦大学智能机器人教育部工程研究中心上海200433 复旦大学上海智能机器人工程技术研究中心上海200433

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点.模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表... 详细信息

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点.模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表包括仿生多足模块化机器人、模块化可重构机械臂、晶格式模块化机器人等.模块化可重构机器人丰富的构型设计、多样的连接特征、不断拓展的应用范围,给动力学建模与控制带来了很多挑战和机遇.本文首先阐述了模块化可重构机器人的研究背景和意义,并概述了其构型分类与设计、构型描述与运动学建模方法.随后,本文系统回顾了模块化可重构机器人动力学研究中相关问题的最新进展,包括:(1)系统整体动力学建模;(2)结合面以及对接机构动力学建模;(3)基于动力学模型的控制方法.本文最后提出了模块化可重构机器人动力学研究中若干值得关注的问题.

关键词：模块化可重构机器人构型分类动力学建模结合面建模动力学控制

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立式加工中心Z向进给系统动态特性分析

机床与液压 2014年第9期42卷 87-90页

作者：杨国维袁军堂汪振华翁健光南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

立式加工中心Z向进给系统动态特性对加工中心的加工精度、抗共振的可靠度影响较大。利用有限元方法对立式加工中心Z向进给系统进行了动态特性分析,探讨了融入结合面特性的进给系统动力学有限元模型的建立。通过模态分析和谐响应分析,得... 详细信息

立式加工中心Z向进给系统动态特性对加工中心的加工精度、抗共振的可靠度影响较大。利用有限元方法对立式加工中心Z向进给系统进行了动态特性分析,探讨了融入结合面特性的进给系统动力学有限元模型的建立。通过模态分析和谐响应分析,得出了进给系统的固有频率和振动特性,通过试验验证了有限元分析结果的正确性。分析结果为铣削参数的合理选择和加工中心动态性能的提高提供了可靠的依据。

关键词：进给系统有限元方法结合面建模动态特性

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数控机床整机静刚度仿真分析及结构优化

工具技术 2016年第5期50卷 37-40页

作者：孔令叶广东工贸职业技术学院

在考虑结合面建模的前提下,对一台旧型号数控机床x、y、z向的静刚度进行仿真分析,并通过试验验证了仿真方法的正确性。根据仿真结果,对旧型号机床的结构提出了四点优化方法,并通过仿真分析验证了优化的有效性。最后制造出新型号机床,并... 详细信息

在考虑结合面建模的前提下,对一台旧型号数控机床x、y、z向的静刚度进行仿真分析,并通过试验验证了仿真方法的正确性。根据仿真结果,对旧型号机床的结构提出了四点优化方法,并通过仿真分析验证了优化的有效性。最后制造出新型号机床,并对其静刚度进行了试验测量。结果表明,与旧型号机床对比,新型号机床x、y、z向的静刚度分别提高了20.76%、17.14%、13.59%。采用该方法可经济高效地提高机床的静刚度,具有重要的工程实用价值。

关键词：数控机床静刚度仿真分析结构优化结合面建模

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螺栓联接建模及其接触刚度辨识方法的研究

螺栓联接建模及其接触刚度辨识方法的研究

作者：吕文斌北京交通大学

学位级别：硕士

螺栓联接受很多不确定因素影响,表现为一个复杂的非线性问题。目前对联接面模型的描述通常采用刚度和阻尼两个参数或者通过无阻尼等效刚度进行描述,而联接刚度是描述结合面特性的一个重要参数。螺栓联接结构在振动条件下,受交变载荷的作... 详细信息

螺栓联接受很多不确定因素影响,表现为一个复杂的非线性问题。目前对联接面模型的描述通常采用刚度和阻尼两个参数或者通过无阻尼等效刚度进行描述,而联接刚度是描述结合面特性的一个重要参数。螺栓联接结构在振动条件下,受交变载荷的作用,其不确定因素使联接刚度表现为非线性,导致无法较好地完成模型参数辨识。因此,寻找一个结构在振动条件下辨识螺栓联接刚度的方法具有十分重要的工程意义。本文在考虑螺栓联接结构结合面特性对整体动态特性影响的情况下,基于有限元与动态试验相结合的参数辨识方法,引入模糊理论,探寻通过结构固有特性(固有频率)辨识结合面参数的方法,完成结构动力学非线性模型的描述,为结构动态特性的预估和设计阶段结构的优化改进提供参考。研究的具体内容如下：(1)搭建结构试验模态分析测试系统,完成螺栓联接结构试验模态分析,研究螺栓联接结构中不同的螺栓松脱个数和螺栓预紧力对螺栓联接结构整体动态特性的影响,同时获得在螺栓联接结构处于全松与全紧固状态之间的固有频率变化范围,为有限元模态分析和模糊推理机设计提供数据基础。(2)采用无阻尼等效联接刚度完成螺栓联接结合面模型描述,研究确定弹簧单元个数和等效区域的方法,建立螺栓固定结合面的等效动力学模型。利用ANSYS参数化设计语言编写有限元模态分析的求解命令流。采用有限元模态分析与试验模态分析相结合的方法,分析结构固有频率与结合面总刚度之间的变化关系,同时获得各个状态所对应的固有频率与等效总刚度有效变化论域。(3)确定结构固有频率与结合面总刚度两个物理参数的模糊概念及其模糊子集数,分析子集之间的相互模糊逻辑关系,设计固有频率与结合面总刚度之间的模糊推理机,进而完成实际螺栓结构的结合面总刚度辨识方法研究。

关键词：螺栓结构联接结合面建模接触刚度固有频率试验模态分析有限元模态分析模糊推理机

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考虑结合面特性的数控转塔冲床动态特性研究

考虑结合面特性的数控转塔冲床动态特性研究

作者：陈翰翔东南大学

学位级别：硕士

数控转塔冲床具有高效率、高自动化、高精度和生产成本低等特点,已在国内得到越来越广的应用。随着科学技术的进步,数控转塔冲床的结构性能得到了不断的提升。但基础共性技术理论和实验研究的缺乏,制约了国产机床的进一步发展。本文以... 详细信息

数控转塔冲床具有高效率、高自动化、高精度和生产成本低等特点,已在国内得到越来越广的应用。随着科学技术的进步,数控转塔冲床的结构性能得到了不断的提升。但基础共性技术理论和实验研究的缺乏,制约了国产机床的进一步发展。本文以某一型号的数控转塔冲床为研究对象,采用理论分析、数值计算和实验验证相结合的方法,对冲床进给系统的动态特性问题进行了研究,为数控编程和减振系统的优化设计提供了理论依据。本文主要开展了以下工作：(1)基于集中参数建模法和滚珠丝杠副刚度矩阵理论,改善已有的导轨滑块和丝杠螺母结合面动力学模型,提出具有更高的计算效率和工程应用性的相关结合面建模方法。(2)对导轨滑块结合面进行了模态参数识别试验,建立了包含结合面特性的横梁有限元模型。通过对比横梁约束模态试验结果有限元计算结果,验证了有限元模型的准确性。(3)根据提出的机床关键结合面建模理论,建立了包含新结合面动力学模型的数控转塔冲床进给系统刚柔耦合模型。(4)对进给系统三种典型进给工况进行分析,研究了不同的工况参数对横梁动态响应特性的影响。根据进给系统的定位误差变化规律,在保证加工精度的前提下为不同工况的电机驱动方案提出了优化方案。(5)基于半主动控制理论,针对半主动阻尼控制系统在数控转塔冲床上的应用进行了理论上的可行性研究。通过在已有的横梁模型上加入摩擦制动器模型,提高整个进给系统的阻尼系数,使横梁的理论振荡周期更短,振幅更小,从而改善恶劣工况的定位精度。

关键词：数控转塔冲床结合面建模动态特性半主动阻尼

车铣复合机床静动态特性分析及关键部件的优化

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车铣复合机床静动态特性分析及关键部件的优化

作者：彭诚合肥工业大学

学位级别：硕士

数控机床的发展水平反应了国家制造业的水平。近年来,对机床的加工精度的要求越来越高,而影响机床的加工精度有很多方面,其中两个重要的影响因素是机床的静力学和动力学特性。而在进行机床动力学特性分析时,结合部的建模对整机仿真分析... 详细信息

数控机床的发展水平反应了国家制造业的水平。近年来,对机床的加工精度的要求越来越高,而影响机床的加工精度有很多方面,其中两个重要的影响因素是机床的静力学和动力学特性。而在进行机床动力学特性分析时,结合部的建模对整机仿真分析精确性有着重要的影响。为了获得高精度、高速和高效的数控机床,需要先进的CAD/CAE技术对机床进行设计、优化和分析,通过提高机床的性能,满足市场需求,缩短设计的周期以及降低生产的成本。本文以TMS-200s车铣复合机床为研究对象,利用Solidworks建立三维模型,以及利用ANSYS Workbench对机床进行静力学和动力学分析,通过薄弱环节辨识,对其关键部件进行多目标优化。主要研究内容包括如下:首先,在ANSYS Workbench建立了整机有限元模型,分析了整机在Z轴不同工况位置处,自重情况下整机的应力、位移以及云图。通过计算,得出机床在车削和铣削情况下的受力,然后分析了机床在重力和车削力以及重力和铣削力同时作用下的应力和位移变形情况。其次,基于结合面特性,使用吉村允孝法来计算TMS-200s车铣复合机床主要结合面的动态特性参数,并将参数以弹簧-阻尼单元的形式添加到结合面之间建立等效动力学模型。再对整机进行模态和谐响应仿真分析,得到了整机前6阶固有频率和振型以及谐响应曲线图。结果分析得出立柱是影响整机的关键部件。最后,以立柱的一阶固有频率、质量和最大变形量为目标函数,以立柱的两侧各筋板厚度为设计变量,利用响应面法对立柱进行多目标优化求解,得出最优解集。最后对优化后的立柱进行分析验证,结果表明:立柱的质量减少了12.37%,整机验证显示各阶频率均有所提高,由优化前后谐响应分析得出最大响应峰值有明显减小。该设计方法有效改善了整机的动态性能。

关键词：动静态性能薄弱环节识别多目标优化结合面建模有限元仿真

高精度微小型车铣复合加工机床静动态性能研究

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高精度微小型车铣复合加工机床静动态性能研究

作者：李二波北京理工大学

学位级别：硕士

随着微小型零件在各行各业中的运用越来越广泛,其加工精度的要求也越来越高,这便对用于其加工的机床提出了更高的要求。本文针对课题中的高精度微小型车铣复合加工机床首先进行了精度分析研究,然后进行了基于机床结合面的建模方法的研究... 详细信息

随着微小型零件在各行各业中的运用越来越广泛,其加工精度的要求也越来越高,这便对用于其加工的机床提出了更高的要求。本文针对课题中的高精度微小型车铣复合加工机床首先进行了精度分析研究,然后进行了基于机床结合面的建模方法的研究,并开展了机床的试验模态测试分析,最后对机床的加工系统进行了稳定性研究,并对铣削主轴在运行过程中的动态响应问题进行了分析测试。主要研究内容包括:(1)对高精度微小型车铣复合加工机床进行了精度分析研究,完成了其总体设计方案分析;对液浮静压主轴采用动态回转分析仪进行了误差测试;对转台回转轴的定位精度进行了测试分析;利用激光干涉仪对机床的直线轴精度进行了测试分析,并在宏微结合的控制方法下对水平直线轴进行了误差补偿。(2)对高精度微小型车铣复合加工机床的结合面建模方法进行了研究,对固定结合面进行了建模方法研究;基于Hertz接触理论分别对滚动结合面中的滚珠丝杠副结合面、轴承结合面、滚动导轨结合面进行了刚度计算,然后建立了等效弹簧单元,进行了有限元仿真分析。(3)对高精度微小型车铣复合加工机床采用MIMO的测试方法完成了试验模态测试分析,包括其传递函数的相干性分析以及结果的校验拟合、振型动画等,在此基础上将其结果与基于结合面的仿真分析进行了对比。(4)对高精度微小型车铣复合加工机床的切削动态性能进行了研究,对其加工系统进行了模态测试并绘制了稳定性叶瓣图,对铣削主轴运行过程中的动态响应进行了测试。

关键词：微小型车铣结合面建模试验模态稳定性叶瓣图