机床运动结合面动态特性参数识别研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TH122密级：公开UDC：621学号：150249机床运动结合面动态特性参数识别研究研究生姓名：周双导师姓名：孙蓓蓓教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称机械工程论文答辩日期2018年6月1日二级学科名称机械制造及其自动化学位授予日期20年月日答辩委员会主席陈南教授评阅人盲审2018年06月09日硕士学位论文机床运动结合面动态特性参数识别研究专业名称：机械工程研究生姓名：周双导师姓名：孙蓓蓓教授RESEARCHONPARAMETERIDENTIFICATIONOFJOINTSURFACEINMACHINETOOLSAThesisSu

2、bmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYZHOUShuangSupervisedbyProf.SUNBei-beiSchoolofMechanicalEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

3、与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所（含万方数据）、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要机床运动结

4、合面动态特性参数识别研究摘要数控机床为国家装备制造行业和国防工业技术的基础，建立准确的机床整机计算模型是提高我国高档数控机床数字化设计水平的一个重要基础和前提。而要建立准确的机床整机计算模型，必须要建立准确的结合面模型，这其中包括结合面等效模型的建立及结合面参数的精确识别。本文研究的目的在于识别机床运动结合面，包括滑动导轨结合面和滚珠丝杠螺母副结合面的动态特性参数，建立准确的机床整机计算模型，并分析结合面对整机性能的影响，进而对各结合面刚度进行灵敏度分析，找到对整机性能影响较大的结合面，为后续优化提供依据。以下是本文的主要工作和研究成果：（1）基于MATLAB与ANSYS联合优化

5、，采用遗传算法，以结合面参数为设计变量，有限元仿真和模态试验获得的模态参数误差最小为目标函数，完成了机床滑动导轨结合面的参数识别。将识别得到的参数代入滑动导轨有限元模型中，进行约束模态分析，与模态试验的结果作对比，固有频率的最大误差在10%以内，振型一致，阻尼比的最大误差在15%以内，从而验证了结合面参数识别的准确性。（2）采用试验模态法识别滚珠丝杠螺母副结合面动态特性参数，首先建立滚珠丝杠螺母副轴向单自由度系统模型，进行模态测试，基于分量分析法识别结合面的刚度和阻尼。然后基于弹性力学中的Hertz接触理论建立滚珠丝杠副的理论模型，并分析滚珠丝杠副轴向接触刚度的影响因素。（3）将

6、识别出的结合面动力学参数代入机床有限元模型中，进行静力学分析、模态分析和谐响应分析，与不考虑结合面的整机分析结果作对比，得出结合面对机床整机性能的影响规律；对不含刀架的机床进行频响函数测试，得到各低阶模态的固有频率，与有限元分析结果进行对比，误差在可接受范围，验证了本论文识别出的机床运动结合面参数的可靠性及机床模型的准确性。（4）基于机床动态性能对各结合面刚度的灵敏度分析，总结出结合面刚度变化对整机动力学性能的影响规律；进而找到机床结构设计中的薄弱结合面，为后续整机优化提供依据。关键词：滑动导轨结合面，滚珠丝杠螺母副结合面，参数识别，有限元分析，模态测试I东南大学硕士学位论文Re

7、searchonParameterIdentificationofJointSurfaceinMachineToolsAbstractTheCNCmachinetoolisthefoundationofnationalequipmentmanufacturingindustryandnationaldefenseindustrialtechnology.Establishingaccuratecalculationmodelofmachinetoolisanimportantba