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基于多轴联合自激励的数控机床工作空间内结构动态特性分析

基于多轴联合自激励的数控机床工作空间内结构动态特性分析

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作者：刘响求华中科技大学

学位级别：硕士

对于重型数控装备,由于自身和被加工工件质量大,而且加工负载变化大、加工行程大,随着机床在工作空间内位置的改变,机床的动态特性也会发生变化。因此,研究机床在整个工作空间内的动态特性对于指导机械加工、提升机械加工质量和加工效... 详细信息

对于重型数控装备,由于自身和被加工工件质量大,而且加工负载变化大、加工行程大,随着机床在工作空间内位置的改变,机床的动态特性也会发生变化。因此,研究机床在整个工作空间内的动态特性对于指导机械加工、提升机械加工质量和加工效率有重要意义。但现有的研究方法存在以下几方面的不足:首先,机床这种由大量零部件装配成的复杂整体,其模态往往会呈现出方向性,现有激励方法大多对机床施加单向激励,激励不充分;其次,数控机床的工作空间为连续区域,而实验研究的次数有限,需要对数控机床的工作空间进行合理划分;然后,在数控机床工作空间内进行模态实验,获得数控机床在工作空间内的大量模态参数,需要对其进行有序的表征;最后,数控机床的模态参数只是中间量,并不能直接评判机床的动态特性,需要数控机床工作空间内动态特性的分析方法。针对机床工作空间内动态特性的研究中现有方法的不足,本文的主要研究内容包含以下几方面:(1)基于空运行自激励方法,提出数控机床多轴联合自激励方法,同时对机床施加多个方向的激励,能更充分地对机床进行激励,避免数控机床模态的遗漏;(2)根据数控机床各运动轴的刚度大小对数控机床的工作空间进行划分,轴的刚度越大,则该轴节点划分得越疏,反之则划分得越密;(3)将工作空间分层,再采用三轴坐标系分层、分阶次表征机床的各种模态参数;(4)提出一种基于模态质量分布矩阵的方法,能将获取的模态参数等中间量转化成机床在工作空间内的动态特性的优劣情况,从而达到对机床工作空间内动态特性进行分析的目的。由本文的研究结果表明,在同一阶机床模态中,不同部件表现出的薄弱情况不同;机床的同一部件在不同阶次的模态中,所表现出的薄弱情况也不同;随着模态的改变,机床结构的薄弱组件会发生改变,且部件的薄弱程度也会发生改变;随着机床在工作空间内所处位置的变化,机床各阶模态中的薄弱组件会发生变化,且呈现一定的规律性。

关键词：数控机床工作空间多轴激励动态特性薄弱组件

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