隨著現代工業(yè)和產業(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控機床的發(fā)展趨勢,機床結構的振動特性成為影響機床加工質量和加工效率的重要因素。傳統(tǒng)的實驗模態(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。數控機床是由多個部件組成的復雜系統(tǒng),其可動部件在加減速過程中會對機床結構本身產生沖擊激勵,該激勵力會使機床結構產生振動,通過對結構振動響應信號進行辨識,即可得到機床處于運行狀態(tài)下的模態(tài)參數,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構振動,介紹了基于響應的模態(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】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

絲杠螺母副結構示意圖

一方面通過導軌與基座或者另一方向的工作臺相結合。從宏觀上看，機床工作臺為剛體，忽略它在運行中產生的變形，當它突然加速或減速時，由于運動狀態(tài)的而產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動，當滾珠絲杠高速轉動時珠會產生復雜的彈性變形、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，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、滾珠的質量以及返向器的結構有關，其中碰撞速度對碰撞力的影響最大

波阻是一個常數值，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生的沖擊激母副彈性碰撞力共同產生的，該沖擊力與靜壓力不同的時間內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生的沖擊激勵力可近似為方波速過程中，機床結構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集的振動響應信號，從圖中可以看到，其振動響應由組成，而且受迫振動部分形狀近似為方波。在受迫振大，響應幅值與激勵力大小近似成正比，所以該圖驗結論。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構的能量越大。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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