分析銑床關（guān）鍵結合麵（miàn）的動態特性（xìng）及（jí）應用-數控機床市場網

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分析銑床（chuáng）關鍵（jiàn）結合麵的（de）動態特性及應用

2017-5-15 來源（yuán）：重慶五一高級技工學校作者：鄭雪鬆

摘要：針對銑床關（guān）鍵結合麵的動態（tài）特性，從參數識別入手，以XK8150 銑床為研究對象，對動態特性及（jí）其造成的實際影響進行了（le）深（shēn）入分析，得出結（jié）合麵動態特性的存在會大幅降低模態頻率，會對整機特性造成較大影響的結論。

關鍵詞：銑床；關鍵結合麵；動態特性；模（mó）態振（zhèn）型

伴隨著工業生產和科技的持續發（fā）展，機械裝備製造（zào）領域對銑床的運行（háng）性能（néng）提出了極高的要求，要求銑床要具備足夠的精確度和自動化水平。為（wéi）滿足實際需求，不（bú）僅要應用當前先進的科學技術，還要注（zhù）重銑床性能的有效提升，所以深入研究銑床性能是開發新型銑床的重要前提。與此同時，在（zài）對銑床動態特性進行優化設計時，通常都會忽略各個結合麵造成的實際影響，這與工程（chéng）實際（jì）是極不相符的。當前的優化設計方法得到了十分（fèn）廣（guǎng）泛的應用，通過分（fèn）析銑床特性，將傳統的（de）靜態（tài）設計替換為動態設計已經是銑床（chuáng）設計（jì）工作的發展趨勢（shì）。現圍繞銑床（chuáng）關鍵結合麵的動態特性，以 XK8150 銑床為研究（jiū）對（duì）象，對其造成的實際（jì）影響進行分（fèn）析，具體內容如下。

1.銑床關鍵結合麵參數（shù）識別技（jì）術

1.1 模態分析技術

模態分析技術的主要作用在於求得（dé）係統的各階模態（tài）參數，其中，各階模態參（cān）數指的是係統振型與固有頻率。在對較大的複雜結構進行處理時，需要從理論（lùn）上算出模態係（xì）數，這（zhè）一計算難度較大。通常情況下，會與實驗分析法共同使用，以此充分發（fā）揮分析技術的作用和效果。此（cǐ）次研究主要針對部件對應的模態參數實施識別，與係統相比，部件模態密度相（xiàng）對較（jiào）低，因此使用共振（zhèn）峰值的方法即（jí）可滿足精準度（dù）方麵的要求。

1.2 參數識別理論

將 ANSYS 作為基礎優（yōu）化設計，主要（yào）運用彈簧阻尼單元Combin14，對各個（gè）零部（bù）件和結合部進行建模，再（zài）進（jìn）行模態分（fèn）析，取設計的主要變量為等效（xiào）阻尼與等（děng）效剛度。對於狀（zhuàng）態變量，主要取模態頻率。本次研（yán）究隻取前 5 階，對應的目標函數如下所示：

式（shì）（1）中：Wi為各階（jiē）頻率占有的權重，可根據函數貢獻確定（dìng）；Fi為模態頻（pín）率（lǜ），即狀態變量；Fti為不同零件對應的模態頻率（lǜ）。

由於 Fti是在整機裝配條件下測出的，存在較大的誤差，因此需采用優化設計方法進行計算，以此得出精確度更高的參（cān）數。在對目標函數進行優化並得出最小值後，此時 Combin14 對應的阻尼係數與剛度係數即為銑床關（guān）鍵結合麵的參數。

2.對部（bù）件（jiàn）動（dòng）態特性造成的（de）實際影響

結合部會對機械結（jié）構造成一定影（yǐng）響，主要體現在（zài）兩個方麵，分別是固有振型與固有（yǒu）頻率。對（duì）於銑床而言，導軌是十分重要的組成部分。為（wéi）保證銑床的穩定（dìng）運行，導軌需具有較好的靜態特性（xìng）與動態特性。其（qí）中，動態特性不僅有零件自身帶來的（de）固有特（tè）性影響，還會受到結合部（bù）的實際（jì）影響，而且模態頻率造成的影響（xiǎng）也不可忽略。本次研究的主要對象為 XK8150 銑床，根據銑床的裝配關係（xì），對銑床結合麵的動態特性進行了分析研究。

2.1 結（jié）合麵動（dòng）態特性參數與部件模態頻率

銑床水平主軸體的模態頻率伴隨等效剛度、阻（zǔ）尼（ní）的變化曲線如圖 1 所示。其中，Fti 為前 5 階部（bù）件的模態頻率。

圖 1 模態（tài）頻率變化曲線

由圖 1 可知，模態頻率的變化曲線為非線性關係。總體上看，隨著剛度值的不斷增大，部件的模態頻率也有所增大，但增幅（fú）相對較（jiào）小（xiǎo）。此外，模態頻響的變（biàn）化曲（qǔ）線也為非線性關係，但等效阻尼存在不變的區間值。

2.2 整機動態（tài）特性（xìng）

按照（zhào）整機裝配圖（tú）在優化分（fèn）析軟件當中裝配，結合麵相應參數需采用（yòng） Combin14 進（jìn）行模擬。經過模態分析得出模態頻率，如表 1 所示。再對非結合麵參數進行布爾加運算，得出實測值。相對誤差指的是考慮結合麵和不考慮結合麵的測試結果差異。

表 1 整機模態頻率

從表 1 中可以看出，在存在結合麵的情況下，整機對應的模態頻率和實測結果較為接近（jìn），相（xiàng）對誤差可保持在 10%以內，所（suǒ）以充（chōng）分考慮結合麵（miàn）的（de）參數可（kě）更好（hǎo）地契合工程實際情況。通過（guò）深入的（de）分析得知，如果（guǒ）考慮結合麵的實際影響，則會大幅降低模態頻率，這顯然是極為（wéi）不利的。這是因為如果固（gù）有頻（pín）率有（yǒu）所降低，就會對整機動態特性造成（chéng）十分嚴重的影響。基於（yú）此，在實際情況中應不斷提升模態頻率（lǜ），在設計工作中，就要對結（jié）合麵帶（dài）來的影響進行分析和考慮。

圖 2 為存在結合麵時不同階的模態振型，由於篇幅（fú）有限，其它階的模（mó）態振型在此不一一贅述。從圖 2 中可以看出，模態振型大多集中在局部結構當中，這（zhè）一特征和部件的模態振型完全不（bú）同。從（cóng）應（yīng）用角度（dù）來看，這對整機優化設計有著十分重要的指導作用和意義。

圖 2 存在結合麵（miàn）情況下的不同階（jiē）模態振型

3.總結

提出銑床關鍵結合麵參數識別技術，將 XK8150 銑床作（zuò）為研究對象，通過試驗分析（xī）和優化設計（jì）等方法，得（dé）出銑（xǐ）床關鍵結合麵對應的（de）動力學（xué）參數，再經過對比可以發現，此分（fèn）析方法是切實可行的，結論可在實際情況中應用。

對銑床關鍵結合麵的動態（tài）特性進行（háng）分析，並探究其對部件特性造成的實際影響。通過分析發現（xiàn），銑床（chuáng）部件對應的模態頻率與阻尼隨著剛度值的不斷變（biàn）化（huà）而出現非線性關係。總體上看（kàn），伴隨著剛度的持續增大（dà），模態頻（pín）率也有所增大。此外，模態頻響的變化曲線也為非線性關係，但等效阻尼（ní）存在不（bú）變的區間值。

對（duì）銑床關鍵結合（hé）麵動態特（tè）性造（zào）成的整機特性影響進行分析，結果表明，結合麵動態特性的存在會大幅降低模態頻率，並對整機特性造成較大的影響。除（chú）此之外，模態振（zhèn）型主要體現為局部結構形式，可以為銑床的優化設計和結構改進提供（gòng）可靠的理論參考。

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