基于结合面基础特性参数的机床导轨结合部动态特性解析方法

导轨是机床的最重要功能部件之一,由于其具有滑动特性,因此也是机床整机动态特性中最有影响的结合部之一.本文以结合面的基础特性参数为基础,研究了机床导轨结合部的动态建模解析方法,并将其应用于机床整机动态特性解析,为机床整机动态特性解析中结合部参数的确定提供了一种方法,并为机床图样设计阶段预测整机动态特性开辟了道路.     

基于结合面基础特性参数的机床导轨结合部动态特性解析分析

导轨是机床的最重要功能部件之一,由于其具有滑动特性,因此也是机床整机动态特性中最有影响的结合部之一。本文以结合面的基础特性为基础,研究了机床导轨结合部的动态建模解析方法,并将其应用机床整机动态特性解析,为机床整机动态特性解析中结合部参数的确定提供了一种方法,并为机床图样设计阶段预测整机动态特性开辟了道路。     

机床导轨结合部动态特性的有限元分析方法

基于动态的结合面基础特性参数,研究了机床导轨结合部特性的有限元建模方法,并将其用于机床整机的动态特性分析,为机床整机特性分析中结合部特性参数的确定提供了一种方法,使机床在图纸设计阶段预测整机特性成为可能.首先给出了结合部单元的建模方法,然后通过一个实例,说明了该方法的有效性.     

一种螺栓结合部刚度四点等效方法

螺栓结合部是机床结构中应用最普遍的固定结合部之一,直接影响着机床整机性能。应用有限元软件分析机床整机结构性能时,为了保证计算精度,需要精细划分螺栓结合部网格,导致计算规模大、耗时,因此探索简单有效的机床螺栓结合部有限元模型的处理方法具有重要意义。基于实验获取结合面基础特性参数,通过解析方法得到螺栓结合部中每个单元螺栓结合部的六项刚度,然后基于刚度等效原则将每个单元螺栓结合部等效成对称分布的四个弹簧单元,给出了等效弹簧刚度及位置的计算方法,在机床整机结构有限元分析时,以等效弹簧单元代替单元螺栓结合部,直接将其等效刚度代入有限元模型求解,可大大简化有限元计算模型。实验验证该等效方法是可行的。     

机床典型结合部参数优化识别

机床是结构相对较为复杂的工作母机,由许多零部件组装而成,存在着多个"结合部"。据有关文献报道,零件结合面之间刚度和阻尼在很大程度上影响到机床结构总刚度和总阻尼。因此在对机床进行整机动态特性分析研究时,必须考虑结合部问题。目前关于机床零部件之间结合面参数的获取方法各不相同,但对于这种属于"非线性问题"的方法还在不断的探索和完善中,文中提出了一种新的理论解析分析与试验研究相结合的方法,有限地获取了机床结合部的参数,并将该方法用于实际机床的开发设计中,开发的机床已投入实际使用,经动态模拟分析机床整机具有良好的动态特性。     

机床结合部特性的理论解析及应用

对机械结构的结合部特性进行了理论解析,从基本的动力学方程出发,推导出单平面结合部静位移与结合部受力之间的关系,进而转换为静刚度的表达式;并基于一个振动周期中某方向的输入能量与阻尼消耗的能量相等的概念,推导出单平面结合部阻尼的表达式。将机械结构中的多平面结合部,看成是多个单平面结合部的组合,而将回转结构等效为正多面体。由此,在机床结合部结构形式、受力大小确定的条件下,可以计算出结合部的等效结合刚度和阻尼。为了在机床整机动力学建模中融合结合部的特性,给出刚性结合和柔性结合两种情况下的协调方程。通过对XK712B立式镗铣床的整机建模和计算,并与试验结果进行比较,结果表明,综合静刚度相对误差的绝对值小于5%,固有频率相对误差的绝对值小于9%。将结合部特性融合到机床整机模型中,可以更精确地预测机床整机的综合静动态特性。     

考虑结合部的机床结构设计解析方法研究

机器由构件和结合部组成。机床整机特性取决于组成机器的构件及结合部的静、动态特性。目前机床整机特性的解析值与实验值误差达SO％左右。为提高其预测精度，急待解决结合部在结构设计中的处理方法问题。该成果对机器结构设计中常遇到的单一或多平面组成的固定或可动结合部；固定或可移动圆柱面结合部；螺栓联接结合部等方面，以及对构件结构设计阶段如何处理提出了系统和全面的解析方法。即用解析方法确定位移、载荷分布及阻尼等结合条件。这一方面可为合理选择结构尺寸、形式、配合、材料、预加载荷等参数提供了理论依据，可提高一次设…     

带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性

借助弹性力学中的赫兹接触理论,分析计算直线滚动导轨的线刚度、滚珠丝杠副和角接触球轴承的轴向刚度,建立带滚珠丝杠副的机床直线导轨结合部的动力学特性理论模型,开发了计算软件;以一款立式加工中心为研究对象,分析计算带滚珠丝杠副直线导轨结合部动态刚度,着重讨论工作载荷对结合部动态刚度的影响规律,基于有限元法分析含结合部动态参数的加工中心整机动态特性。研究结果不仅突破了目前机床直线导轨结合部刚度模型不考虑滚珠丝杠副之缺陷,而且与传统的参数识别法和有限元法相比,具有物理概念清晰、计算过程简单等特点。     

基于结合面基础特性参数的球面结合部模型研究

制造装备机械系统是由众多的构件（零、部件）和结合部组成的,结合部的特性参数对制造装备的整机性能影响非常大,结合目前国内外研究现状,针对影响结合部特性参数的众多因素,采用理论与实验结合、分层处理结合部影响因素的研究方法对机械结合部特性参数模型进行了研究。建立了基于结合面基础特性参数的球面结合部数学模型,确定结合部位移及载荷结合条件以及推导出球面结合部刚度矩阵,为机械系统性能分析提供通用性参数打下理论基础。编制基于FORTRAN语言的球面结合部解析程序,并通过实例对比验证了球面结合部解析方法及解析程序是正确的。     

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。     

基于实验分析的机床结构有限元建模及其应用研究

针对一台数控弧齿锥齿轮铣齿机,进行机床整机的有限元动态和静态分析,测量机床静刚度,进行模态实验测试及分析.结合有限元模态分析结果,依据重要的实验模态和机床静刚度修正导轨结合部有限元模型参数.对机床整机结构进行改进,通过有限元分析计算,改进后整机结构动、静刚度明显提高.为确定机床导轨结合部模型参数提供一种研究思路与方法.     

基于边界元法的混联数控机床整机结构动态特性解析

基于边界元法研究混联数控机床整机结构动态特性的解析和建模方法。首先采用粱单元、集中质量单元、弹簧单元及结合部单元建立混联机床整机结构动力学模型，基于边界元方法建立各单元的动力学方程式，通过单元合成方法推导出混联数控机床整机结构动力学方程，用频率扫描法得到整机结构的固有频率。基于所建立混联机床结构动态特性解析方法，开发相应的整机动态特性解析软件，实验证明，所建立混联机床整机动态特性解析方法及开发的软件是可靠的，不仅可以为混联数控机床加工过程中回避薄弱位姿状态提供依据，而且可以为混联数控机床的结构设计提供理论依据，对提高混联数控机床的设计水平具有重要意义。     

Dynamic modeling and parameters identification of a spindle–holder taper joint

Dynamic behavior of spindle–holder taper joint is critical in the spindle system of machine tool, related to the machining process. The parameters of the holder joint are significant for the spindle–holder system. This paper developed a new approach to investigate the dynamic behavior of the taper joint in modeling and parameters identification. Firstly, dynamic model is illustrated in both radial and axial directions based on the pairs of spring and damping. And frequency response function is used to identify the unknown modal parameters of frequencies and damping ratios. Secondly, a platform is designed and manufactured to establish the testing system in order to investigate the taper joint. Furthermore, taper joint of a BT50 holder is investigated, and the pre-force at the end of holder is the main consideration during the testing. The results show that the dynamic stiffness increases with the increasing of pre-force at the end of the holder. In addition, the paper discusses the phenomenon in microstructure based on peak-hollows model and the joint parameters are proved to be workable through simulation. The joint parameters are instructive to the design and manufacturing of the spindle.     

DYNAMICS ANALYSIS OF SPECIAL STRUCTURE OF MILLING-HEAD MACHINE TOOL

The milling-head machine tool is a sophisticated and high-quality machine tool of which the spindle system is made up of special multi-element structure. Two special mechanical configurations make the cutting performance of the machine tool decline. One is the milling head spindle supported on two sets of complex bearings. The mechanical dynamic rigidity of milling head structure is researched on designed digital prototype with finite element analysis（FEA） and modal synthesis analysis （ MSA ） for identifying the weak structures. The other is the ram structure hanging on milling head. The structure is researched to get dynamic performance on cutting at different ram extending positions. The analysis results on spindle and ram are used to improve the mechanical configurations and structure in design. The machine tool is built up with modified structure and gets better dynamic rigidity than it was before.     

Effects of preloads on joints on dynamic stiffness of a whole machine tool structure

The machine tool joint is a very important factor in the overall machine tool dynamic analysis, and it has great effects on the machining performance of a machine tool. As a very important operation parameter, preload greatly influences the stiffness and the damping of a machine tool joint. This paper presents the effect of preload on the dynamic stiffness of the spindle nose of a horizontal machining center. By discussing types and distribution of machine tool joints, studies on the joints of ball screws, linear guides and bolts are carried out. The influence of preload on the axial stiffness of a ball screw is calculated based on Hertzian contact theory and the effect of pretightening moment on pressure of bolt joint is discussed, while the dynamic stiffness and the damping of a linear guide are identified by an optimum algorithm with the simulated and experimental results. A finite element model (FEM) of the whole machine tool structure considering the effects of different joints is created and verified against the test results, and then the influence of preloads on ball screws and linear guides is predicted. Results indicate that preloads on machine tool joints have significant effects on the dynamic stiffness of the spindle nose.     

INVERSE DYNAMIC FORMULATION OF A NOVEL HYBRID MACHINE TOOL

In recent years, hybrid devices have increasingly received more research. However, few of researchers studied the dynamic analysis. The inverse dynamic analysis of a novel hybrid machine tool designed in Tsinghua University is presented. The hybrid machine tool under consideration consists of parallel and serial structures, which is based on a new 2-DOF parallel platform and serial orientations. The kinematics and the dynamic equations are studied first for the parallel structure through Newton-Euler approach. And then, the dynamic analysis for serial structures is conducted. Finally, a closed-form inverse dynamic formulation is derived by using some elimination techniques. Some simulation results are also given.