机床动力学分析文献综述

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1、文献综述机床动力学分析1前言部分（阐明课题的研究背景和意义）1.1机床动力学分析的背景众所周知，在机床加工过程中，振动的危害极大，尤其对于超精密机床。使用金刚石刀具作超精密切削时，要求机床工作极其平稳，振动极小，否则很难保证较高的加工精度和超光滑的表面质量。因此，对机床的动力学分析就成为超精密加工中，保障加工质量的关键技术之一。通过查阅大量的资料文献发现，目前国内外对机床的主轴、导轨等单个零件的动力学分析有很多，但是对机床整机的动力学研究就相对少很多。有介绍机床整机的动力学分析的也是大概笼统的介绍了下，很少有很详细全面的研究。对于这种情况大致了解

2、了到是因为对机床整机进行动力学分析，因为机床本身的体积很大，很难进行有效的激振，需要考虑的因素较多。例如：机床整机不是一个单一的零件，做动力学分析难度较大；机床整机的体积较大，外界环境的干扰较大；所以做机床整机的动力学分析，想要得到有效的动力学数据，必须合理的设计实验步骤和实验平台。1.2机床动力学分析的意义通过对机床进行动力学分析，可以了解到机床各阶模态的振动情况，并联系模态实验坐标和物理坐标，从而了解到机床结构存在的薄弱环节。为机床结构薄弱环节的改进设计、振动故障诊断预报以及结构动力学特性的优化设计提供依据。通过对机床的动力学分析可以确定机床

3、结构的振动特性即固有频率和主振型，它们是承受动载荷的重要参数。根据此数据对机床床身进行优化设计，提高它的固有频率，即结构本身具有的刚度特性，使床身的动力学特性得以改善，满足机床对加工质量和加工精度的要求。通过动力学分析就可以判断机床的振型是否影响加工精度和表面粗糙度，并可对机床结构进行优化设计，使它满足机床对加工质量和加工精度的要求。通过对机床进行动力学分析，并应用先进的计算机负责测试与分析的手段可以获得精确的结构动态性能参数，进一步分析就可以发现机床结构存在的薄弱环节，这就为平台结构优化打下了基础。为后续的机床结构的优化设计提供依据。同时也为后

4、续的有限元分析提供了可靠的验证方法。2主题部分（阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述）2.1机床动力学分析的发展现状目前国际领域非常重视机械产品的虚拟动力学研究，如日本SHNIPPONKOKICo.，Ltd.公司在其机床产品的说明书中，特别强调该产品是经过虚拟动力学研究制造完成的。而我国的机床发展，工业基础薄外，研究手段落后于其他先进国家、资金短缺等困难。机床的加工性能与其动态性关系非常密切，其动态性能（振动、噪声及稳定性等）是影响其工作性能及品质最重要的性能指标。目前，数控机床产生的振动与噪声仍是国内外研究的热点，我国及世界

5、其他国家都在竞相发展以高速、高精、高效为主要特征的超精密机床，对这类机床进行动力学优化就显得更加重要。对于高速精密机床而言，进行机床动态特性分析和优化设计，了解机床结构本身具有的刚度特性即机构的固有频率和振型，将避免在使用中因振动造成不必要的损失。2.2机床动力学分析的发展方向近年来，国内外学者在机床动力学研究的基础上发展了虚拟现实技术、模态力法和理论与实测结合法等。综合运用模态力法与有限元法对机床进行固有频率及其振型分析时，可直接计算出刀具和工件间在各阶固有频率下的相对动位移量及相应模态。该方法与单一机床动力学分析相比，精度相当，但计算速度更快

6、。由于机床动力分析中不仅需要许多的实验参数还依赖于理论计算，所以单靠测试往往得不到符合工程实际的解析，因此将动力学测试技术和有限元技术结合很有必要。2.3机床动力学分析的方法主要是模态分析法模态分析是研究结构动力学特性的一种方法。振动问题是在动态分析中常见的问题,模态分析就是为研究振动问题提供了很好的方法，所谓模态分析就是确定设计结构或机械部件的振动特性,得到结构的固有频率和振型,由于它们是进行动力学研究的重要参数,所以模态分析也是更为详细的动力学分析如谱响应分析、瞬态动力学分析、频谱分析等。机床的每一个模态都有一个特定的固有频率和振型,不仅是机

7、床承受动态载荷设计的重要参数,而且对于分析和评价机床结构的动态性能、指导结构优化设计与分析、实时控制以及标定等均有指导意义。模态试验技术，是在20世纪50年代，讨论对飞机整机如何做地面共振试验时提出的。当时大多采用单点或多点正弦扫描，或定额振动试验来获取频率、振型、阻尼等参数。近数十年来，有关模态实验技术发展比较成熟，在单点与多点正弦激振试验基础上，发展了单点与多点随机激振，并且继续发展到正弦、脉冲激振试验的各自优点的综合模态试验技术。计算机技术的飞速发展，是快速傅立叶（FFT）分析得以实现，出现了模态分析仪器设备，促进了模态分析技术的迅速发展。

8、模态分析是对机械系统、土建结构、桥梁等绝大部分工程系统进行动力学分析的现代化方法和手段。就本质而言，模态分析是一种坐标变换，其目的在于把