立式加工中心整机动态特性的测试与分析

系统地阐述了与有限元法相结合的模态试验分析方法。首先利用ANSYS Workbench对加工中心进行有限元模态分析,根据模态分析结果和具体情况布置模态试验激振点和测振点,然后采用单点激励多点响应模态试验分析方法来获取完整模态参数,引入相干性函数分析测试信号的可靠性。最后通过模态试验结果和有限元计算结果对比分析,准确识别出加工中心关键振型的模态参数,为加工中心的动态优化设计提供可靠的基础。     

基于Virtual Lab的模态试验预试验方法研究

为准确规划模态试验响应点和激励点的布置,根据响应点对模态向量的贡献量选取最佳响应组,以驱动点留数为研究对象,得到最佳激励点位置;以某风洞模型支撑系统支杆模态试验为例,对比两种响应点布置方案对最大非对角线MAC值的影响,预测各响应点对MAC值的变化趋势的贡献量;计算各驱动点的留数,选取最佳激励点.最后,通过模态拟合和模态...     

加工中心刀尖点动柔度预测方法

绘制极限切削深度叶瓣图可以对加工中心切削稳定性进行有效评价,其前提是必须事先获取机床刀尖点动柔度,这已成为近年来机床切削颤振领域的研究热点。采用锤击模态实验获取动柔度,手段虽然简单直接,但需面向不同刀具重复实验,效率很低;常规子结构综合法虽然可以预测刀尖点动柔度,但涉及转角相关柔度的计算繁琐且精度有限。为解决上述问题,提出一种可以快速、准确预测不同刀具装夹时加工中心刀尖点动柔度的方法。该方法的核心在于首先利用改进子结构柔度耦合分析法推导出刀尖点动柔度计算表达式,然后借助模拟退火粒子群算法辨识出刀具—刀柄结合部等效动力学参数,在此基础上再次基于改进子结构柔度耦合法求得刀尖点动柔度。以某立式加工中心为研究对象,应用所提方法预测机床刀尖点动柔度,并与实测值进行对比分析,结果显示二者符合程度较高,从而验证了所提方法的有效性和准确性。     

基于多点脉冲激励的主轴系统运行模态分析方法

主轴系统的模态参数是加工稳定性预测及参数优化等的重要依据。针对主轴系统难以实施有效激励的问题,提出了基于多点脉冲激励的运行模态分析(Operational modal analysis,OMA)方法,对刀具、刀柄及主轴分别施加脉冲激励,获取测点的振动响应及互相关函数,采用多参考最小二乘复指数法(poly-reference least square complex exponential method,pLSCE)识别了模态参数。通过模态置信判据方法剔除识别过程所衍生的虚假模态,提高了模态参数识别的准确性。与锤击模态试验结果的对比表明,识别的固有频率与阻尼比的最大相对误差分别为4.57%和11.02%,一致性较好,表明由多点激励下响应信号的互相关函数可准确识别主轴系统模态参数,为主轴系统运行模态分析提供了一种新思路。     

基于数字仿真研究数控立式加工中心床身动态特性

基于数字仿真技术,对一款数控立式加工中心的床身进行动态特性研究。先通过模态分析获取结构的固有频率和振型,再通过谐响应分析获取结构对不同频率外力的响应情况。经过对仿真结果的分析和比较,可以明确结构刚度不足的位置,为优化设计提供依据。     

加工中心床身尺寸元结构方法的优化研究

针对某加工中心床身结构特点及性能要求,采用有限元理论中Block Lanczos法对其进行模态分析,经分析得出一阶模态振型为立柱侧的床身沿Y方向上下摆动;二阶模态振型为沿Z方向前后摆动;三阶模态振型为在XOZ平面内床身整体发生扭曲变形;四阶模态振型为在XOZ平面内床身整体发生扭曲变形。之后对加工中心床身尺寸元结构的优化进行了研究,在床身基本尺寸不变的前提下,以加工中心床身尺寸元结构的固有频率为优化目标,提出了加工中心床身结构的改进方案,并最终通过分析确定了加工中心床身相应元结构的最优方案,即在加工中心床身结构质量减小的情况下,动态性能得到改善,此筋格的元结构尺寸优化是有效的。     

基于响应面方法的多喷嘴引射器有限元模型修正

针对某多喷嘴引射器在脉动载荷作用下的动力学响应预测问题,对其有限元模型进行了修正,减少了材料属性、边界条件等对计算结果的影响。首先开展了引射器有限元模态分析,获得了初始模态分析频率;采用了多点激励多点响应锤击法进行了模态试验,获取了试验模态频率;基于有限元模型进行了误差分析,确定了材料密度、弹性模量、质量点质量等修正参数,通过中心复合设计方法确定了样本空间,构建了多目标响应面并对待修正参数进行了约束优化,得到了修正参数的最优解;最后,使用修正后的参数进行了有限元分析,获得了修正后的模态分析频率,并通过动力响应计算进行了模型确认。研究结果表明:修正后模态分析频率与模态试验频率(前三阶)误差均值由修正前的8.01%减小到2.81%,该修正方法能够显著提高有限元模态分析精度。     

基于实验模态分析的机床动态性能测试

根据实验模态分析理论,构建了实验模态分析系统.利用压电传感器和加速度传感器作为前端信号采集装置,通过7700Pulse软件采集激励信号和响应信号,然后应用ME’scope软件进行机床实验模态分析.以HMC630rp卧式加工中心整机及其立柱为研究对象开展模态试验,分析结果显示立柱是机床动态性能的薄弱部件,原因在于导轨滑块结合面动态性能较差.     

结合模态分析的VMC850E加工中心主轴动态误差研究

结合VMC850E加工中心的跟踪模态测试数据,对整机的有限元模型进行修正并进行模态分析,得到了整机模态分布表;考虑到现有测试方案中没有排除主轴热变形的影响,对现有方案进行改进,结合加工中心的模态分析,发现了影响主轴动态误差的主要原因:主轴轴承发热和共振。为主轴动态误差的减小和机床切削参数优化提供理论基础。     

激励点优化和加速度信号的结构损伤识别

通过对激励点优化布置获取结构的响应信息,提出了一种以加速度信号差曲率函数作为损伤指标,直接利用输出信号快速判断结构损伤位置的方法.首先计算模态振型,以模态保证准则(MAC)矩阵非对角元素最小值作为适应度函数,采用改进粒子群算法(MPSO)优化激励点数量和位置,再运用平均加速度幅值和均方根评价准则选择较优的激励点布置方案;然后试验激励对应的位置,获取加速度信号后计算测点处损伤前后加速度差的平方的积分值,运用曲率指标函数确定损伤位置,并对加速度信号通过巴特沃斯滤波后作为改进多尺度样本熵(MMSE)的输入样本;最后根据MMSE均值的变化,判定各工况相对损伤程度变化.结果表明:利用结构响应的加速度信号差曲率函数适合作为损伤识别的判别指标,通过三维桁架振动台中螺栓连接的状态模拟损伤,可以对不同损伤工况进行损伤诊断.     

DVG850高速立式加工中心整机结构优化研究

通过对高速立式加工中心样机谐响应分析,得到加工中心的响应曲线,结合曲线分析加工中心样机振动的原因.查看加工中心在激振力的作用下每个共振频率点的振型,找出加工中心刚度薄弱的地方,提出两种结构改进方案.对比样机和改进后的方案曲线,选出较优的方案.     

基于能量分布的机床整机动态特性优化方法

基于机床结构中的能量分布,在准确建立立式加工中心整机有限元模型的基础上提出一种整机动态性能优化方法。采用弹簧阻尼系统等效结合部的接触特性,基于辨识的结合部等效刚度和阻尼值在Ansys中建立了立式加工中心整机有限元模型,对整机进行模态分析和谐响应分析。通过整机模态试验验证了该有限元模型的准确性,并根据有限元分析与试验结果确定整机的薄弱模态。计算薄弱模态下整机、结合部的弹性能以及结合部在整机中的弹性能分布率,以分布率较高的结合部作为薄弱结合部。基于薄弱结合部的等效接触刚度提出优化方案,优化后薄弱结合部的弹性能分布率明显降低,主轴轴端的动态响应幅值降低,从而使整机动态性能得到改善,验证了该优化方法的可行性。     

卧加床身三点支撑的设计分析

通过对卧式加工中心床身的结构,模态振幅的分析,结合地基布置完成的床身三点支撑设计,并将模型导入ANSYS进行模态分析,并将其与多点支撑的床身导轨振幅比较,结果表明,其模型设计方法可行。     

龙门立式加工中心模态分析

针对立式加工中心的特点,设计开发了具有龙门结构的三轴立式加工中心,并提出其扩展为四轴加工中心和五轴加工中心的实施方案。利用有限元的方法,进行了龙门立式加工中心的模态分析,计算了各阶模态和振型。采用力锤对机床样机进行模态试验,测得各阶固有频率和振型等模态参数。采用有限元分析计算和试验测试的方法获得的机床基本振型大致相同,固有频率结果一致性良好,床身及立柱稳定,薄弱点为主轴箱与X轴滑板的连接处。     

受多点横向非定常约束梁的稳态与瞬态响应

研究受有多点横向非定常约束梁的动态响应问题。利用横向非定常约束为周期函数梁的微分代数方程的线性特点,确定出多基频周期性非定常约束激励下梁稳态响应的解析解;利用截断模态的微分代数方程确定出受有横向非定常约束梁的瞬态响应。为此,首先利用无阻尼截断模态微分代数方程的齐次形式,将欧拉-伯努利梁的等效多跨梁模态表示为简单边界条件下模态函数的线性组合,再利用得到的模态函数与位移影响函数重新将微分代数方程表示为常微分方程的形式,进而得到横向非定常约束作用下梁的瞬态响应解的积分形式。在此过程中,研究了微分代数方程齐次式的特征值及其数量、求解方法等相关问题。通过单点多频率的横向非定常约束作用的梁及多点单频横向非定常约束作用梁的算例,重点分析了非定常约束位置与基频对梁稳态响应的影响。结果表明：在欠阻尼下,两种梁模态响应的极大值均在等效多跨梁的各个主频附近;单点横向非定常约束作用响应极小值在简单边界条件梁的各个主频附近,而多点横向非定常约束作用梁响应极小值的分布比较复杂。算例也说明了所提出的方法是正确、有效的。     

刚性转子的试验模态分析

基于模态分析的理论,采用力锤激励的方法,多点激励一点响应对电动机转子进行试验模态分析。通过试验模态测试仪器获得转子的频响函数曲线,经过模态试验软件分析得到试验数据及振型,对其固有频率进行研究,为电动机的整机的减振降噪分析提供可靠的依据。     

双主轴双刀架精密数控车铣复合加工中心的研究开发

介绍了1台新型双主轴双刀架精密数控车铣复合加工中心。详细阐述了加工中心机械主体结构及主要技术参数,建立了加工中心的有限元模型并进行了模态分析,给出了其五阶固有频率和固有振型,并对机床进行了模态分析试验。最后总结了该加工中心开发过程中的相关难点及解决方案。     

双主轴双刀架精密数控车铣复合加工中心的研究开发

介绍了1台新型双主轴双刀架精密数控车铣复合加工中心。详细阐述了加工中心机械主体结构及主要技术参数,建立了加工中心的有限元模型并进行了模态分析,给出了其五阶固有频率和固有振型,并对机床进行了模态分析试验。最后总结了该加工中心开发过程中的相关难点及解决方案。     

龙门式加工中心横梁进给系统静动态特性分析

横梁进给系统作为龙门式加工中心的主要组成部分,其性能直接影响加工中心性能,因此分析其静动态特性有着重大的意义。用有限元分析法对一种龙门式加工中心横梁进给系统进行了静动态特性分析,得出十字滑座上端是该横梁进给系统的薄弱环节,以及该横梁进给系统的X向比Y、Z向薄弱,为该加工中心结构优化设计提供了理论指导。提出了一种新的建模方法,该方法简化了力的加载。进行了模态试验,并将有限元仿真结果和模态试验结果进行了对比,试验验证了该建模方法的正确性。     

基于RCSA与GA的铣刀刀尖点频响函数预测

基于响应耦合子结构分析法建立了铣刀刀尖点的频响函数预测模型,针对其中主轴—刀柄基座系统频响函数矩阵难以理论计算和实验测试的问题,提出了基于实验模态测试与遗传算法寻优相结合的主轴—刀柄基座系统频响函数矩阵的优化拟合方法。以VMC850E型立式加工中心主轴系统为研究对象,基于上述方法对铣刀刀尖点频响函数进行了预测,并与其实测频响函数进行对比。结果表明:刀尖点的预测频响函数曲线与实测频响函数曲线符合较好,预测频响函数的固有频率与实测固有频率在0~4 000Hz范围内的相对误差小于4.37%。