机床动力学特性研究

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1、机床动力学特性研究摘要介绍机床主轴系统动力学和基于非线性的数控机床结合部动力学特性的研究进展以及基于空间统计学的机床动力学特性。主轴系统的建模、动态特性的研究方法、轴承参数及加工条件等多种因素对机床主轴动力学特性的影响方面作了系统阐述，简要介绍主轴系统的优化设计方法以及结构改进。由于结合部存在着变刚度、变阻尼、迟滞等非线性行为，因此文章指出只有从非线性动力学角度研究结合部，才能适应研发高档数控机床的需要。并明确了从非线性角度研究结合部的主要研究内容和可以采用的研究方法。abstractThispaperintroducesthe

2、dynamicsofmachinetoolspindlesystemandthedynamiccharacteristicsofCNCmachinetooljointsbasedonnonlinearity,andthedynamiccharacteristicsofmachinetoolsbasedonspatialstatistics・Themainshaftsystemmodeling,thedynamiccharacteristicresearchmethod,thebearingparameterandtheproce

3、ssingconditionandsoonmanykindsoffactorstothemachinetoolspindledynamicscharacteristicaspecthasmadethesystemelaboration,brieflyintroducedthespindlesystemoptimizationdesignmethodaswellasthestructureimprovement.Duetothenon-linearbehaviorssuchasvariablestiffness,variabled

4、ampingandhysteresisinthejoint,itispointedoutthatonlybystudyingthejointpartfromthenon-lineardynamics,canwemeettheneedsofhigh-endCNCmachinetools・Andthemainresearchcontentsandtheresearchmethodsthatcanbeusedarestudiedfromthenorvlinearangle.前言：众所周知，在机床加工过程中，振动的危害极大，尤其对于超精

5、密机床。使用金刚石刀具作超精密切削时，要求机床工作极其平稳，振动极小，否则很难保证较高的加工精度和超光滑的表面质量。因此，对机床的动力学分析就成为超精密加工屮，保障加工质量的关键技术之一。通过查阅大量的资料文献发现，目前国内外对机床的主轴、导轨等单个零件的动力学分析有很多，但是对机床整机的动力学研究就相对少很多。有介绍机床整机的动力学分析的也是大概笼统的介绍了下，很少有很详细全面的研究。对于这种情况大致了解了到是因为对机床整机进行动力学分析，因为机床木身的体积很大，很难进行有效的激振，需要考虑的因素较多。例如：机床整机不是一个单

6、一的零件，做动力学分析难度较大；机床整机的体积较大,外界环境的干扰较大；所以做机床整机的动力学分析，想要得到有效的动力学数据，必须合理的设计实验步骤和实验平台。机床的加工性能与其动力学特性非常密切，其动态性能（振动、噪声及稳定性等）是影响其工作性能及品质质量最重要的性能指标。随着机床向高精度、高表面质量和高生产率方向发展，关于机床的振动问题，近年来备受关注。其加工精度很大程度上取决于加工过程中机床的振动，振动的产生不仅制约了数控机床的生产效率，而且还会在加工工件的表血留下波纹，这大大影响了机床加工精度。因此，对机床的动力学研究一

7、直以來都是一个重要的课题。我国及世界其他国家都在竞相发展以高速、高精、高效为主要特征的超精密机床，对这类机床进行动力学优化就显得更加重要。对于高速精密机床而言,进行机床动力学特性分析,了解机床结构本身具有的刚度特性即机床的固有频率和主振型，将可以避免在使用川因振动造成不必要的损失。一.机床主轴系统动力学1•动力学分析方法1.1有限元法有限元分析：利用有限元分析法可以对主轴系统进行静力学分析获取静刚度，动力学分析获得固有频率、动响应以及实施优化设计。在主轴系统动力学分析研究中，有限元法是最常用的方法。例如，用梁单元对两种主轴系统进

8、行了有限元法建模，分析评价了主轴系统的静力学及动力学特性，并基于有限元法提出一套设计主轴系统的应用准则。研究流程具体说明建橈在充分考虑轴承及其他结合面动力学特性的墓础h.采用梁魚元或三维实体缜尤创建上轴系统〃限元橈型.求解利用冇限元软件集成的橈态求解器、响应求解