隨著現(xiàn)代工業(yè)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的快速發(fā)展,高加工速度、高加工精度以及高可靠性等機(jī)床性能逐漸成為高端數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢,機(jī)床結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性成為影響機(jī)床加工質(zhì)量和加工效率的重要因素。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法只能研究處于靜止?fàn)顟B(tài)下的機(jī)床振動(dòng)特性,而機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)與靜止?fàn)顟B(tài)下的振動(dòng)特性有很大差異。數(shù)控機(jī)床是由多個(gè)部件組成的復(fù)雜系統(tǒng),其可動(dòng)部件在加減速過程中會(huì)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生沖擊激勵(lì),該激勵(lì)力會(huì)使機(jī)床結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng),通過對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行辨識(shí),即可得到機(jī)床處于運(yùn)行狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù),稱之為主動(dòng)激勵(lì)模態(tài)分析法。但該方法在理論和實(shí)驗(yàn)上還存在一定的缺陷,例如對(duì)激勵(lì)原理研究不夠深入,沒有對(duì)激勵(lì)序列進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)和分析,單部件沖擊激勵(lì)存在能量不足的問題。針對(duì)這些問題,本文對(duì)基于運(yùn)行沖擊激勵(lì)的數(shù)控機(jī)床模態(tài)分析方法進(jìn)行了更為深入而全面地研究。主要研究內(nèi)容如下:基于主動(dòng)激勵(lì)方法的思想,綜合考慮工作臺(tái)的宏觀剛體運(yùn)動(dòng)和絲杠螺母副的彈性碰撞,對(duì)沖擊激勵(lì)力進(jìn)行建模,分析了沖擊激勵(lì)下機(jī)床的結(jié)構(gòu)振動(dòng),介紹了基于響應(yīng)的模態(tài)辨識(shí)算法,從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了沖擊激勵(lì)能量和頻帶的影響因素。對(duì)沖擊激勵(lì)的激勵(lì)序列進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和研究,分別對(duì)工... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

絲杠螺母副結(jié)構(gòu)示意圖

一方面通過導(dǎo)軌與基座或者另一方向的工作臺(tái)相結(jié)合。從宏觀上看，機(jī)床工作臺(tái)為剛體，忽略它在運(yùn)行中產(chǎn)生的變形，當(dāng)它突然加速或減速時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的而產(chǎn)生很大的慣性沖擊力，這種慣性沖擊力一方面會(huì)引起工作臺(tái)本身的振動(dòng)，另面由于工作臺(tái)與螺母是通過緊固件固定連接的，機(jī)床工作臺(tái)產(chǎn)生的巨大沖擊力會(huì)用到絲杠螺母副，進(jìn)一步加劇絲杠螺母產(chǎn)生的振動(dòng)。機(jī)床工作臺(tái)做直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠絲杠在做高速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)滾珠絲杠高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)珠會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的彈性變形、碰撞和摩擦等。當(dāng)滾珠在滾道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于滾道各曲率半徑相同，滾珠的運(yùn)動(dòng)比較流暢，并不會(huì)產(chǎn)生太大的碰撞。但是當(dāng)滾珠進(jìn)出器時(shí)，由于滾道與返向器曲率并不是連續(xù)，曲率半徑有很大的差別，因此會(huì)產(chǎn)生的碰撞沖擊[48]，并且碰撞力會(huì)隨著碰撞速度的提高而增大。山東大學(xué)的張佐營[49]研究發(fā)現(xiàn)，滾珠對(duì)返向器的沖擊是激勵(lì)滾珠絲杠副軸向振動(dòng)的主要因素。圖 2.3 為與返向器碰撞的簡化模型，在簡化模型中，滾珠對(duì)返向器的碰撞可以看作是球與體的非完全彈性碰撞。根據(jù)赫茲彈性接觸模型對(duì)碰撞過程進(jìn)行建模，由理論分析驗(yàn)得到，單次碰撞過程持續(xù)的時(shí)間在 20 微秒左右，碰撞力的大小與碰撞速度、材彈性模量、滾珠的質(zhì)量以及返向器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，其中碰撞速度對(duì)碰撞力的影響最大

波阻是一個(gè)常數(shù)值，由式（2.2）可知物體的碰撞速度中，我們認(rèn)為機(jī)床工作臺(tái)加減速過程中產(chǎn)生的沖擊激母副彈性碰撞力共同產(chǎn)生的，該沖擊力與靜壓力不同的時(shí)間內(nèi)沖擊力迅速增大又迅速減小。中國臺(tái)灣學(xué)者工作臺(tái)加減速過程中產(chǎn)生的沖擊激勵(lì)力可近似為方波速過程中，機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)可以被分解為強(qiáng)迫振動(dòng)和自，由于受到激勵(lì)力的作用而做受迫振動(dòng)；在沖擊激勵(lì)力圖 2.6 為機(jī)床工作臺(tái)沖擊激勵(lì)時(shí)(沖擊速度為 9000mm集的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，從圖中可以看到，其振動(dòng)響應(yīng)由組成，而且受迫振動(dòng)部分形狀近似為方波。在受迫振大，響應(yīng)幅值與激勵(lì)力大小近似成正比，所以該圖驗(yàn)結(jié)論。由方波的信號(hào)特征可得：激勵(lì)力的持續(xù)時(shí)間，范圍，方波下面與時(shí)間軸所圍成的面積表示沖擊激勵(lì)床結(jié)構(gòu)的能量越大。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的機(jī)床動(dòng)態(tài)性能測試[J]. 周莉,李愛平,古志勇,劉雪梅,張正旺.  中國工程機(jī)械學(xué)報(bào). 2014(04)
[2]開放式創(chuàng)新視角下裝備制造業(yè)創(chuàng)新升級(jí)研究[J]. 牟紹波,任家華,田敏.  經(jīng)濟(jì)體制改革. 2013(01)
[3]一種機(jī)床固定結(jié)合部的動(dòng)力學(xué)參數(shù)化建模方法[J]. 毛寬民,黃小磊,李斌,田紅亮.  華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2012(04)
[4]數(shù)控機(jī)床運(yùn)行激勵(lì)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析[J]. 魏要強(qiáng),李斌,毛新勇,毛寬民.  華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2011(06)
[5]滾珠絲杠副中滾珠與返向器的碰撞研究[J]. 張佐營,宋現(xiàn)春,姜洪奎,厲超.  中國機(jī)械工程. 2008(07)
[6]精密滾珠絲杠副軸向振動(dòng)激勵(lì)因素的試驗(yàn)研究[J]. 張佐營,宋現(xiàn)春,姜洪奎.  振動(dòng)、測試與診斷. 2008(01)
[7]車-車?yán)瓟?shù)控機(jī)床拖板有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 叢明,房波,周資亮.  中國機(jī)械工程. 2008(02)
[8]沖擊過程的應(yīng)力波分析[J]. 顏祥山.  昆明冶金高等專科學(xué)校學(xué)報(bào). 2005(01)
[9]機(jī)床結(jié)構(gòu)電磁脈沖激振方法的研究[J]. 廖伯瑜,李功宇.  昆明工學(xué)院學(xué)報(bào). 1986(04)
[10]脈沖激振法用于機(jī)床模態(tài)分析的研究[J]. 孫慶鴻,張思,霍少成.  南京工學(xué)院學(xué)報(bào). 1985(03)

博士論文
[1]基于響應(yīng)的機(jī)床切削自激勵(lì)與動(dòng)力學(xué)參數(shù)識(shí)別方法研究[D]. 蔡輝.華中科技大學(xué) 2015
[2]基于空運(yùn)行激勵(lì)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析新方法[D]. 魏要強(qiáng).華中科技大學(xué) 2010

碩士論文
[1]基于動(dòng)態(tài)特性分析的機(jī)床結(jié)合部建模及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)[D]. 高亞斯.北京交通大學(xué) 2017
[2]基于多軸聯(lián)合自激勵(lì)的數(shù)控機(jī)床工作空間內(nèi)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析[D]. 劉響求.華中科技大學(xué) 2015
[3]數(shù)控機(jī)床主軸空運(yùn)行自激勵(lì)模態(tài)分析實(shí)驗(yàn)研究[D]. 張譯寒.華中科技大學(xué) 2014
[4]高速飛行器飛行環(huán)境下結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)及參數(shù)識(shí)別方法研究[D]. 白云鶴.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[5]環(huán)境激勵(lì)下基于小波分析的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別研究[D]. 鄧先來.南京航空航天大學(xué) 2012
[6]環(huán)境激勵(lì)下船舶結(jié)構(gòu)模態(tài)分析實(shí)驗(yàn)與理論研究[D]. 姜大正.大連理工大學(xué) 2009
[7]基于響應(yīng)信號(hào)的數(shù)控機(jī)床模態(tài)參數(shù)提取方法研究[D]. 李長玉.華中科技大學(xué) 2007



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