基于试验测试的数控机床动态性能仿真研究.pdf

设计与研究 D e s Ig n a n d R e s e a 基于试验 测试的数控机床动态性能仿真研究 张金涛魏显奎 上海三一精机有限公司， 上海 2 0 1 2 0 0 摘要 为提高数控机床的动态性能 ， 使其具有较好的切削稳定性 ， 在分析和研究国内外的大量资料的基础 上 ， 确立了通过试验和仿真相结合的方法来优化机床性能。 关键词 模态 分析模态 测试有 限元分 析灵敏 度分 析 中图分类号 T G1 6 1 ． 6 文献标识码 A Dy n a mi c p e r f o r ma n c e s i mu l a t i o n r e s e a r c h b a s e d o n t h e t e s t o f t h e NC ma c h i n e t o o l s Z HANG J i n t a o ，WEI Xi a n k u i S h a n g h a i S a n y P r e c i s i o n Ma c h i n e C o ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 1 2 0 0 ， C H N Ab s t r a c t I n o r de r t o i mp r o v e t h e d y n a mi c c h a r a c t e r i s t i c s o f NC ma c hi n e t o o l s a n d ma k e t h e m h a v e g o o d c u t t i n g s t a b i l i t y，t h i s pa p e r a n a l y z e d a n d r e s e a r c h e d t he a b u n d a n t d a t a a t h o me a n d a b r o a d．Th e n i t e s t a b l i s h e d b y s i mu l a t i o n a nd e x pe r i me n t a l me t h o d s t o o p t i mi z e t h e p e r f o r ma n c e o f t he ma c h i n e t o o l s ． Ke y wo r ds Mo d a l An a l y s i s ；Mo d a l T e s t ；F i n i t e El e me n t An a l y s i s；S e n s i t i v i t y An a l y s i s 机床的动态性能对机床的加工精度和加工效率都 有直接的影响。特别是对于高转速 、 高效率的高档数 控机床 ， 在一定条件下 ， 由于其 回转部件的不平衡 、 切 削力变化时。 会产生激振力 ， 引起振动。当振幅超出了 允许 的范围时 ， 将导致加工表面的恶化 ， 加速刀具的磨 损 ， 影响加工精度 ， 降低生产效率。因此 ， 对机床动态 性能的研究尤为重要 。 随着计算机技术 的发展 ， 有限元分析方法常用于 预测数控机床的动态性 能， 通过对理论模型的结构力 学分析 ， 在样机制作之前得到机械结构 的动力特性 ， 并 叮以进行动力修改及动态优化设计 ， 具有 良好的经济 性 。然而 ， 要获得可靠的仿真结果 ， 需要可靠的动力学 模型。动力学模型的好坏直接关系到最终预测结果的 准确性。 在建立机械结构动力学模型的过程 中， 往往对实 际结构做必要简化或近似处理 ， 如单元 、 子结构之问的 连接及边界约束等 ， 模型常常无阻尼或凭经验数据引 入 由于计算机容量及计算机时的限制， 建模方法本身 的近似等 ， 造成所建的动力学模型只能满足一定计算 精度的要求 。为了提高结构动力学模型模拟实际结构 的精度 。 最直接的方法是通过动态试验数据修改理论 模型， 使得修改后的动力学模型能更好地反映实际结 构的动力特性。通过仿真和试验来修改机床的动力特 性 ， 优化机床性能的过程如图 1 所示。 分析 『 J ] ． 计算机集成制造系统 ， 2 0 0 9 8 ． 『 2 ] 汪平 乎． 柔性坐标测量机精度理论及应用技术研究 [ D] ． 合肥 合肥 工业大学 ． 2 0 0 6 ． 『 3 ] 王学影 ， 刘书桂 ， 张洪涛 ， 等． 多关 节柔性三坐标 测量系统误差 分析 研究[ J ] ． 传感技术学报 ， 2 0 0 7 2 ． f 4 ] 工斌 ， 刘书桂 ． 王学影 ， 等． 关节臂式 坐标测量 机的数学模 型和参数 简化 [ J ] ． 制造技术与机床 ， 2 0 0 7 7 ． 『 5] 周雄辉． 柔性坐标测量机 的结构设计与精度研究 [ D] ． 杭州 浙江大 学 ， 2 0 0 8 ． 【 6 ] D e n a v i t J ，H a r t e n b e r g R S ．A k i n e ma t i c n o t a t io n f o r l o w e r p a i r m e c h a n i s m b a s e d o n m a tr i c e s [ J ] ． J A p p l Me c h T r a n s A S ME，1 9 5 5， 7 7 2 2 1 5 ． 『 7] 高贯斌． 关节臂式坐标测 量机 自标定方 法 与误差补偿 研究 [ D] ． 杭 州 浙 江大学 ， 2 0 1 0 ． 『 8 ] 叶声华 ， 王一 ， 任永杰 ， 等． 基 于激光跟踪仪 的机器人运 动学 参数标 定方法 [ J ] ． 天津大学学报 ， 2 0 0 7 ， 4 0 2 4 ． [ 9 ] Wa n g L ， C h e n X， H u a n g Q， e t a1 ． E n o r a n a l y s i s o 1 mu h i l e g g e d w a l k i n g r o b o t s b a s e d o n f o r w a r d k i n e m a t i c s [ C] ． I E E E[ n te ma t i o n a l C o n t i ；r e n c e 0 11 Ro b o t i c s a n d Bi o mi me t i c s ， Ya l o n g Ba y， S a n y a ， Ch i n a， 2 0 0 81 1 7 2一 I 1 7 7． [ 1 O ] 臧红彬 ． 六 自由度关节臂 式坐标测量机 的误差研究 [ 1 合肥 中 国科学技术大学 ， 2 0 0 8 ． 第一作者 许静， 女 ， 1 9 8 6年 生， 在读硕士研 究生， 主要研究方向为精密测量技术与仪 器 编辑 李 静 收 稿E J 期 2 0 1 2 0 6 2 8 文章编号 1 3 0 4 2 0 如果您想发表对本文的墨法， 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 赳 2 O 一 矗 I u 十 ’ 朋