分（fèn）析銑床關（guān）鍵結合麵的動態特性及應（yīng）用 -數控機床市場網

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分析銑床關鍵結合麵的動態特性及（jí）應用（yòng）

2017-6-9 來源：重慶五一高級技（jì）工學校作者：鄭雪鬆（sōng）

摘要：針對銑床關鍵結合麵的動態（tài）特（tè）性，從參數識別入手，以 XK8150 銑床為研究對象，對（duì）動（dòng）態特性及其造（zào）成的實際影響進行了深入分析，得出結合麵動態（tài）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（chuáng）；關鍵結合麵；動態特（tè）性；模態（tài）振型

伴隨著工業生（shēng）產和科（kē）技的持續發展，機械裝備製造領域對銑床的運行性能提出了（le）極（jí）高的要求，要求銑（xǐ）床要具備（bèi）足夠的（de）精確度和（hé）自動化水（shuǐ）平。為滿足實際需求，不僅要應用當前先進的科學技術，還要注重銑床（chuáng）性（xìng）能的有效提升，所以深入研究銑（xǐ）床性能是開發新型銑（xǐ）床的重要前（qián）提。與此同時，在對銑床動態特性（xìng）進行優化設計時，通（tōng）常都會忽略各（gè）個結合麵造成的實際影響，這與工程實際是極不（bú）相符（fú）的。當前的優化設計方法得到了十分廣泛的應用，通過分析銑床特性，將傳統的靜態設計替換為動（dòng）態設計已經是銑床設計工作的發展趨勢。現圍繞銑床關鍵結合麵的動態特性，以 XK8150 銑床為研究對象，對其造成的實際影響進行分（fèn）析（xī），具體內容如下。

1.銑床（chuáng）關鍵結合（hé）麵參數識別技術

1.1 模態分析技術（shù）

模態分析技術的主要作用（yòng）在於求得係統的各階模（mó）態參數，其中，各階模態參數（shù）指的是係（xì）統振型與固有頻（pín）率。在對較（jiào）大的複雜結構進行處理時，需要從理論上算出模態係數，這一計算難度較大。通常情況下，會與實驗分析法共同使用，以此充分發揮分析技術的作用（yòng）和效果。此次研究主要針對部件對應的模態參（cān）數實施識別，與係統相比，部（bù）件模態密（mì）度（dù）相對較低，因此使用共振峰值的方法即可滿足精準（zhǔn）度方麵的要求。

1.2 參數（shù）識別理論

將 ANSYS 作為基礎優化設計，主要運用彈簧阻尼單元Combin14，對各個零部（bù）件和結合部進行建模，再進行（háng）模態分析，取設計的主要變量為等效阻尼與等效剛度。對於狀態變量，主要取模態頻（pín）率。本次研究隻取前（qián） 5 階，對應的（de）目標（biāo）函（hán）數如下所示：

式（1）中：Wi為各階頻率占有的權重，可根（gēn）據函數（shù）貢獻確定；Fi為模態頻率，即狀態變量；Fti為（wéi）不同零件對應的模態頻（pín）率。

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

2.對部件動態特性造成的實際影響

結合部會對機械（xiè）結構造成一定影響，主要體（tǐ）現在兩個方麵（miàn），分別是固有振型與固有頻率（lǜ）。對於銑床而言（yán），導軌是十分重要的組成部分。為保證銑床的穩定運行，導軌需具有較（jiào）好（hǎo）的靜態特性與動態特性。其中，動態特性不僅有零件自身帶（dài）來的固有特性影響，還會受到結合部的實際影響，而且模態頻率造成（chéng）的影（yǐng）響也不可忽略。本次研究的（de）主要對象為 XK8150 銑床（chuáng），根據銑床的裝配關係，對銑床結合麵（miàn）的動態特性進行了分析研究。

2.1結合麵動態特性參數與部件模態頻率

銑床水平主（zhǔ）軸體（tǐ）的模態（tài）頻（pín）率伴隨等效剛度、阻尼的變化曲線如圖 1 所示。其中，Fti 為前 5 階部件的模（mó）態頻率。

圖 1 模態頻率變化曲線（xiàn）

由圖 1 可知，模態頻率的變化曲線為（wéi）非線性關係。總體上看，隨著剛度（dù）值的不斷（duàn）增大，部件的模態頻率也有所增大，但增幅相對（duì）較小（xiǎo）。此外，模態頻響（xiǎng）的變化（huà）曲線也為非線性關係，但等效阻（zǔ）尼存在不變（biàn）的區間值。

2.2 整機動態特性

按照整機裝配圖在優化分析軟件當中裝配（pèi），結合麵相應參數需采用 Combin14 進行模擬。經（jīng）過模態分（fèn）析得出模態頻率，如表 1 所示。再對（duì）非結合（hé）麵（miàn）參數進行布爾加運算，得（dé）出實測值。相對誤（wù）差指的（de）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（mó）態頻率

從表（biǎo） 1 中可以看出，在存在結合麵的（de）情況下，整機對應的模態頻率和實測（cè）結果較為接近（jìn），相（xiàng）對誤差可保持在 10%以內，所以充分考（kǎo）慮結合麵的參數可更好地契（qì）合工程實際情況。通過深入的分析（xī）得知，如（rú）果考慮（lǜ）結合麵的實際影響，則會大幅降低模態頻率，這顯然是極為不利的。這是因為如果固有頻率有所降低，就會對整機動態特（tè）性造成十分嚴（yán）重的影響。基於此，在實際情況中（zhōng）應不斷提（tí）升模態頻率，在設計工作中，就（jiù）要對結合麵帶來的影響進行分析和考慮。

圖 2 為（wéi）存（cún）在結合麵時不同階（jiē）的模態振（zhèn）型，由於篇（piān）幅有限，其它階的模態振型在此不一一贅述。從圖（tú） 2 中可以看出，模態振型大多（duō）集中（zhōng）在局部結構當中，這一特征和部件的模態振型完全不同。從應用角度來看，這對整機優化（huà）設計有著十分重要的指（zhǐ）導作用和意義。

圖 2 存在結合麵情況下的不同階模態（tài）振型

3.總結

提出銑床關鍵結合（hé）麵（miàn）參數識別技術，將 XK8150 銑床作為研究對（duì）象，通過試驗分析和優化設計等方法，得出銑（xǐ）床關鍵結（jié）合麵對應的動力學參數，再經（jīng）過對比可以發現，此分析方法是切實可行的，結論可在（zài）實際情況中應（yīng）用。

對銑床關鍵結合麵的動態特性進行（háng）分析，並探究其對（duì）部件特性（xìng）造成的實際影響（xiǎng）。通過分析發（fā）現（xiàn），銑床部件對應的模（mó）態頻率與（yǔ）阻尼隨（suí）著剛（gāng）度值的不斷變化而出現非線性關係。總體上看，伴隨著剛度的持續增大，模態頻率也有所增大。此外，模態頻響的變化曲線也為非線性（xìng）關係，但等效（xiào）阻尼存在不變的區間值。

對（duì）銑床關鍵結合麵動（dòng）態特性造成的整機特性影響進行分析，結果表明，結合麵（miàn）動態特性（xìng）的（de）存在（zài）會大幅降低模態頻率，並（bìng）對整機特性造成（chéng）較大的影響。除此之外，模態振型主要體現為局部結構形（xíng）式，可以為銑床的優化設計和結構改進提（tí）供可靠的理論（lùn）參考。

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