隨著現(xiàn)代工業(yè)和產(chǎn)業(yè)升級的快速發(fā)展,高加工速度、高加工精度以及高可靠性等機床性能逐漸成為高端數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,機床結(jié)構(gòu)的振動特性成為影響機床加工質(zhì)量和加工效率的重要因素。傳統(tǒng)的實驗?zāi)B(tài)分析法只能研究處于靜止狀態(tài)下的機床振動特性,而機床運行狀態(tài)與靜止狀態(tài)下的振動特性有很大差異。數(shù)控機床是由多個部件組成的復(fù)雜系統(tǒng),其可動部件在加減速過程中會對機床結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生沖擊激勵,該激勵力會使機床結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動,通過對結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)信號進行辨識,即可得到機床處于運行狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù),稱之為主動激勵模態(tài)分析法。但該方法在理論和實驗上還存在一定的缺陷,例如對激勵原理研究不夠深入,沒有對激勵序列進行全面的設(shè)計和分析,單部件沖擊激勵存在能量不足的問題。針對這些問題,本文對基于運行沖擊激勵的數(shù)控機床模態(tài)分析方法進行了更為深入而全面地研究。主要研究內(nèi)容如下:基于主動激勵方法的思想,綜合考慮工作臺的宏觀剛體運動和絲杠螺母副的彈性碰撞,對沖擊激勵力進行建模,分析了沖擊激勵下機床的結(jié)構(gòu)振動,介紹了基于響應(yīng)的模態(tài)辨識算法,從理論和實驗兩方面研究了沖擊激勵能量和頻帶的影響因素。對沖擊激勵的激勵序列進行了詳細的設(shè)計和研究,分別對工... 

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

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

絲杠螺母副結(jié)構(gòu)示意圖

一方面通過導軌與基座或者另一方向的工作臺相結(jié)合。從宏觀上看，機床工作臺為剛體，忽略它在運行中產(chǎn)生的變形，當它突然加速或減速時，由于運動狀態(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引起工作臺本身的振動，另面由于工作臺與螺母是通過緊固件固定連接的，機床工作臺產(chǎn)生的巨大沖擊力會用到絲杠螺母副，進一步加劇絲杠螺母產(chǎn)生的振動。機床工作臺做直線進給運動時，滾珠絲杠在做高速轉(zhuǎn)動，當滾珠絲杠高速轉(zhuǎn)動時珠會產(chǎn)生復(fù)雜的彈性變形、碰撞和摩擦等。當滾珠在滾道中運動時，由于滾道各曲率半徑相同，滾珠的運動比較流暢，并不會產(chǎn)生太大的碰撞。但是當滾珠進出器時，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，因此會產(chǎn)生的碰撞沖擊[48]，并且碰撞力會隨著碰撞速度的提高而增大。山東大學的張佐營[49]研究發(fā)現(xiàn)，滾珠對返向器的沖擊是激勵滾珠絲杠副軸向振動的主要因素。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碰撞過程進行建模，由理論分析驗得到，單次碰撞過程持續(xù)的時間在 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)，其中碰撞速度對碰撞力的影響最大

波阻是一個常數(shù)值，由式（2.2）可知物體的碰撞速度中，我們認為機床工作臺加減速過程中產(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間內(nèi)沖擊力迅速增大又迅速減小。中國臺灣學者工作臺加減速過程中產(chǎn)生的沖擊激勵力可近似為方波速過程中，機床結(jié)構(gòu)振動可以被分解為強迫振動和自，由于受到激勵力的作用而做受迫振動；在沖擊激勵力圖 2.6 為機床工作臺沖擊激勵時(沖擊速度為 9000mm集的振動響應(yīng)信號，從圖中可以看到，其振動響應(yīng)由組成，而且受迫振動部分形狀近似為方波。在受迫振大，響應(yīng)幅值與激勵力大小近似成正比，所以該圖驗結(jié)論。由方波的信號特征可得：激勵力的持續(xù)時間，范圍，方波下面與時間軸所圍成的面積表示沖擊激勵床結(jié)構(gòu)的能量越大。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于動態(tài)特性分析的機床結(jié)合部建模及結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計[D]. 高亞斯.北京交通大學 2017
[2]基于多軸聯(lián)合自激勵的數(shù)控機床工作空間內(nèi)結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析[D]. 劉響求.華中科技大學 2015
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本文編號：3119488