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加工中心整机试验模态分析及主要结合部参数识别方法研究

梁志强  
【摘要】:随着现代化科学技术的发展和工艺水平的提高及先进刀具的大量出现和使用 对机床越来越高的加工性能的要求,机床必须具备良好的结构动态特性。机床结 构动态特性的分析和研究已成为今天机床行业中新产品研制的重要环节。其中, 试验模态分析是一种行之有效的方法,在解决工程问题中起着重要的作用。 国内外,机床结构动态特性试验分析的研究和工程应用己取得了很大的进展, 但针对特定的机床,以提高其加工精度为特定目标的动态分析仍包含许多需要解 决的理论与技术问题。鉴于此,本文围绕云南省自然科学基金重点课题“高速高 精度大中型镗铣加工中心现代设计理论及关键技术研究”,从提高机床的转速和工 作稳定性的方向着手,采用理论建模和试验建模相结合的方法研究机床的动态特 性。在机床整机动力学建模、机床动态试验、动态特性参数识别以及结合部建模 和参数识别等方面进行了理论和应用研究。本文的主要工作和研究成果有: (1) 全面、系统地分析了机床结构动态特性研究的现状,并指出了存在的问 题和不足。 (2) 基于模态分析、测试技术、参数识别、信号分析以及试验方法的理论, 建立了相关双输入的试验系统,采用了适当的激振方式和激振设备,较好地模拟 了机床加工过程中的实际状况;讨论了试验设备的校准、调试以及参数设定的过 程;在此基础上采用正弦、伪随机相对激振以及脉冲锤击绝对激振等多种试验方 案对机床进行了动态测试。 (3) 运用频域模态参数识别法,得到了系统的模态参数,绘制出了系统的特 性曲线,并得到了系统的振型;对所得结果进行了模态拟合验证,较好地揭示了 系统的系统特性,为动态优化设计奠定了基础。 (4) 通过对机床结构主要振动模态振型的分析,确定了机床在各阶模态频率 下的主振部件,为机床优化设计提出了建议。 (5) 对机床的主轴系统、主轴+立柱+横床身系统以及整机系统分别进行了动 态试验,分别得到了各自的频响函数,分析了结合部参数识别的方法,并给出了 识别结合部参数的算法,为下一步结合部参数的识别提供了保障。


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