机床滚动导轨结合面动态特性参数识别试验研究

论文摘要

随着机械加工向高速及高精度发展,要求不断提高数控机床的动态性能,而建立机床动力学模型是研究其动态性能的前提。机床动力学建模难点在于结合面建模,并且结合面动态特性对机床整机动态性能有较大影响,因此结合面动态特性的研究对机床动态设计及优化至关重要。滚动导轨为数控机床重要功能部件,且为机床中典型的滚动结合面,本文针对滚动导轨结合面动态特性参数识别进行了研究。首先,根据滚动导轨结构及特点,对其进行了简化,并建立了用于识别滚动导轨结合面动态特性参数的等效单自由度系统测量模型,该模型消除了基础位移对参数识别的影响。根据测量模型研制了滚动导轨结合面动态特性参数识别试验装置,设计方案综合考虑了激振平稳性、刚度、通用性及导轨安装条件等设计要求。其次,基于测量模型,从系统振型、测点频响函数以及等效单自由度系统频响函数三个方面对试验结果进行了检验。将获得的滚动导轨结合面动态特性参数代入测试装置有限元模型中,模型的有限元模态分析结果与模态试验结果具有较好的一致性。最后,采用自行设计和开发的滚动导轨结合面动态特性参数识别系统,分别对施耐博格和南京工艺装备制造厂生产的部分规格的滚动导轨进行了模态试验,通过结果分析得到了法向载荷、预压等级、滚动体类型及滑块类型等因素对导轨结合面刚度及阻尼参数的影响规律。通过试验模态分析获得了一定数量精度较高的滚动导轨结合面动态刚度及阻尼参数,为准确分析机床整机动态特性提供了条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题的意义和目的
• 1.2 结合面特性国内外研究概况
• 1.2.1 结合面基础理论研究
• 1.2.2 结合面静态特性研究
• 1.2.3 结合面动态特性研究
• 1.2.4 结合面应用技术研究
• 1.2.5 机床模态试验研究
• 1.3 课题来源与主要研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 论文的主要内容
• 2 滚动导轨结合面动态特性分析
• 2.1 滚动导轨简介
• 2.2 滚动导轨结合面动态特性研究方法
• 2.2.1 滚动导轨结合面动态特性解析方法
• 2.2.2 滚动导轨结合面动态特性实验方法
• 2.3 试验模态技术
• 2.3.1 模态试验分析系统的组成
• 2.3.2 试验仪器的选用
• 2.4 本章总结
• 3 测量模型的建立及试验装置研制
• 3.1 单自由度线性振动系统简介
• 3.2 等效单自由度系统测量模型的建立
• 3.3 试验装置结构及部件设计
• 3.3.1 设计要求
• 3.3.2 装置总体结构设计
• 3.3.3 部件设计
• 3.4 本章总结
• 4 滚动导轨试验系统的建立及测试
• 4.1 试验系统建立
• 4.1.1 模态测试系统建立
• 4.1.2 试验过程
• 4.2 系统测试
• 4.2.1 振型分析
• 4.2.2 测点频响函数
• 4.2.3 等效单自由度频响函数
• 4.3 有限元分析
• 4.3.1 有限元模型
• 4.3.2 模态分析结果
• 4.4 本章总结
• 5 滚动导轨试验结果与分析
• 5.1 试验条件
• 5.2 试验设计
• 5.2.1 滚动导轨动态特性参数识别方法
• 5.2.2 试验参数选择
• 5.2.3 单因素试验设计
• 5.3 试验参数单因素变化对结合面动态特性参数的影响
• 5.3.1 法向载荷对动态特性参数的影响
• 5.3.2 滚动体类型对动态特性参数的影响
• 5.3.3 预压等级对动态特性参数的影响
• 5.3.4 滑块类型对动态特性参数的影响
• 5.4 国产及进口滚动导轨结合面参数对比
• 5.5 本章总结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文与参加的科研项目