数控机床滚动导轨结合面参数的特性分析.pdf

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1、数控机床滚动导轨结合面参数的特，I生分析★口沈晓庆口翁泽宇口杨托口袁卫华。口梅金虎口朱甫宏1．浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室杭州3100142．杭州机床集团有限公司杭州3100223．73021部队杭州310023摘要：机床导轨结合面是影响机床特性的关键因素，在机床整机的建模分析中是必须要考虑的部分。根据滚动导轨结合面的模态试验结果和有限元分析结果，对导轨结合面的参数进行优化识别，得到导轨结合面的动刚度和阻尼，为机床整机建模分析提供了重要的依据。关键词：滚动导轨结合面动力学参数有限元分析中图

2、分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)02—0030—03数控机床是机械制造工业中最重要的设备之一。分析频率为0～5000Hz。滑块的三维模型图与测点分对于数控机床，导轨的结合部分是影响产品性能的关布如图2、3所示。将所得传递函数导入模态分析软件键因素。导轨结合面的动态特性与数控机床的振动和STAR，经优化识别得到试验模态的分析结果和滑块有动态特性存在着密切的联系，在对数控机床进行有限限元模型，如表1、图4所示。元建模和动态特性分析时，关键是确定其滚动导轨的表1试验模态分析

3、结果动态参数。阶数固有频率／Hz阻尼比／％振型描述本文以某型号的数控平面磨床的导轨副为研究对ll352．23．9如图5(a)，绕轴作刚体摆动象。采用锤击激励法对导轨副进行模态试验，应用AN．22635如图5(b)，垂直于轴的SYS软件对导轨副进行有限元分析，然后，用优化参数．59．7两端面翘曲法对导轨结合面的参数进行识别。1导轨结合面模态试验2导轨有限元模态分析在考虑导轨参数进行有限元分析时，一般有两种建立用模态参数表示的振动系统的运动方程，称分析方法：接触单元法和刚度阻尼弹簧法。接触单元法为模态分析。振

4、动系统模态参数主要有：固有频率、振分为两种基本类型：刚体一柔体的接触和半柔体一柔型、模态质量、模态刚度、模态阻尼。模态分析方法有时体的接触，它们都是一种非线性分析。刚度阻尼弹簧法域法和频域法。本文采用试验模态分析法属于频域范是在两个子结构之间用一系列弹簧和阻尼器组成弹簧畴，它是通过试验测定数据来确定模态参数，试验系统单元并连接起来，这一系列弹簧单元就构成了结合面如图l所示。在对滑块进行模态试验时，床身是直接放的动力学模型，模型的动力学参数即为各弹簧单元的置在刚性铸铁垫块上面，导轨与滑块都已经安装完毕，弹簧

5、刚度和阻尼。这是一种比较成熟的结合面分析方导轨条由螺钉与床身紧固联接。由于滑块的固有频率法。通常，对考虑导轨参数的滑动导轨机床进行有限元比较高，分析时采用接触单元法，而对采用直线滚动导轨的机所以试验床在进行有限元分析时采用刚度阻尼弹簧法。滑床▲图1滑块模态试验示意图★浙江省重中之重学科“先进制造技术与装备学科”开放研究基金资助项目(编号：AMT200506—019)▲图2滑块三维模型图▲图3滑块试验测点分布图▲图4滑块有限元模型收稿日期：2008年8月2009／2机械制造47卷第534期本文采用的是刚度阻

6、尼弹簧法，在ANSYS软件中+0．1[(五一。，)／。1建立有限元模型，如图4所示。三维实体采用SOLID45式中：、。为试验第1阶、第2阶固有频率；·、L厂5l·单元，结合面用COMBIN14-~；模拟。材料的属性输入为理论第2阶、第5阶固有频率。厂家提供的数据。在滑块的方向上(即沿导轨方为了获得较高的计算精度，计算采用ANSYS软件向)，因为其刚度值远远小于y、z2个方向，所以进行优化模块提供的一阶优化方法(First—order)，它通过添理论模态计算时，忽略X方向，只考虑l，、z两方向的加惩罚函数

7、来将约束问题转化为无约束问题，然后用刚度墨、。对于阻尼而言，3个方向的阻尼C、C、C序列无约束极小化求得最优解。经过优化得到各阶固都必须考虑。通常用这5个参数来表达导轨结合面的特有频率以及经优化识别后得到y、Z方向上的总刚度性。以厂家提供的静刚度作为初值(因为先对刚度进行值，如表3所示。优化识别，所以先不考虑阻尼因素)，对滑块进行模态表3模态参数优化识别结果分析，继而将理论振型与试验振型进行对比，以确定优试验值理论值识别的总刚度化过程中的状态变量。分析结果如表2、图6所示。值／(N·in)振型描述表2理论

8、模态分析结果阶次固有频阶次固有频y方向Z方向室／Hz率／Hz阶次固有频率／Hz振型描述1l3522l301绕轴的摆动lO如图6(a)，X方向上刚体模态垂直于轴的1．27e91．3elO2l221．2如图6(b)，绕轴刚体模态2265452942两端面翘曲32500．0如图6(c)，Z方向上的刚体模态43O45．1如图6(d)，y向剐体平动，及绕轴轻微摆动3．2阻尼参数的识别53378．7如图6(e)，垂直于轴的两端面曲翘设计变