大型龙门铣床关键件的动态测试与分析

论文摘要

随着精密机床向高速度,高精度,高柔度方向的迅速发展,除了要求机床重量轻,成本低,使用方便和具有良好的工艺性外,还着重要求机床具有愈来愈高的加工性能。机床的加工性能包括其加工质量和切削效率两个重要的方面,通常用被加工零件能达到的最高精度和表面光洁度来评定机床的加工质量,用金属切除率或切削用量的最大极限值来评定机床的切削效率。而机床的加工性能又与其动态性能紧密相关,事实证明,随着机床加工性能的不断提高,对机床动态性能的要求也愈来愈高。本文以某机床集团自主研发与设计的大型龙门铣床为研究对象,对铣床较高转速下出现的振动异常现象及影响铣床动态性能的关键部件(摆角铣头与滑枕)进行了探究。铣床在转速较高的条件工作时,其关键件摆角铣头出现明显的振动异常现象,就此对摆角铣头传动系统进行了阶次分析,发现引起振动异常的原因是传动系统中通过齿轮轴连接的两齿轮发生调至现象所引起的强迫振动,连接轴存在严重的不平衡。并且提出与关键件第一阶固有频率重合的强迫固有振动所对应的工作转速,工作时应尽量避免在此转速下工作。利用锤击实验分析的方法对关键件摆角铣头壳体与摆角铣头部件进行了实验模态分析,获取摆角铣头壳体与部件的前几阶固有频率与模态振型,并得出结构设计上存在的不足与缺陷。采用ODS(Operating Deflection Shapes)与锤击两种测试方法对摆角铣头与滑枕进行了对比实验分析,并且对不同转速下的ODS实验结果进行了对比,一方面得到了摆角铣头与滑枕的薄弱环节,一方面通过不同测试方法的对比分析,得到了各种测试方法的优缺点与适用场合,并且提高了整个实验模态分析的准确度。采用PRO/E三维制图软件对摆角铣头壳体,摆角铣头部件及滑枕建模,利用ANSYS模态分析分别对其进行了理论模态分析,获取其固有频率与模态振型,理论与实验的固有频率误差率均在15%以内,各阶模态振型基本一致,提出了关键件的薄弱环节,并且总结了ANSYS模态分析与实验模态分析的优缺点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 机床动态研究概况
• 1.1.1 机床动态特性研究的内容
• 1.1.2 机床动态特性研究的方法
• 1.1.3 机床动态特性的实验研究
• 1.2 动态测试技术的发展现状
• 1.3 课题来源及研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 本课题的研究内容
• 第2章 铣床关键件的实验模态分析
• 2.1 模态分析的基本理论
• 2.2 实验模态分析
• 2.3 模态分析的测试技术
• 2.4 试验结构的支撑方式
• 2.5 摆角铣头壳体的实验模态分析
• 2.5.1 支撑方式
• 2.5.2 激励方式及测点的选择
• 2.5.3 测试结果与分析
• 2.5.4 摆角铣头壳体实验与有限元分析对比
• 2.6 摆角铣头部件的试验模态分析
• 2.6.1 支撑方式
• 2.6.2 激励方式及测点的选择
• 2.6.3 测试结果与分析
• 2.6.4 摆角铣头壳体实验与有限元分析对比
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于ODS测试方法的铣床关键件的模态分析
• 3.1 ODS分析的相关理论
• 3.2 实验模态分析与ODS分析的比较
• 3.3 摆角铣头与滑枕的ODS测试与分析
• 3.3.1 测试系统及测点的选择
• 3.3.2 铣刀以1600RPM空转测试结果与分析
• 3.3.3 不同转速下铣头整机与滑枕ODS对比分析
• 3.3.4 摆角铣头与滑枕实验与有限元分析对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 摆角铣头的阶次分析
• 4.1 阶次跟踪分析
• 4.1.1 阶次跟踪分析原理
• 4.1.2 阶次分析的实现方法
• 4.1.3 阶次分析的内容
• 4.1.4 主要分析手段
• 4.2 摆角铣头的阶次分析
• 4.2.1 测量仪器的选择
• 4.2.2 测点的选择
• 4.2.3 参考转速的选择
• 4.2.4 实验结果与分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢