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卧式精密数控加工中心结构动态特性分析与修改

作　者: 张金才
导　师: 张大卫
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 有限元法参数识别动态特性结构改进 LMS
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着高速数控机床向高精度、高表面加工质量和高生产率方向发展,仅有良好的静刚度已不能满足机床设计的需要,其动态特性已成为评估机床性能的重要指标。由于结构动态特性关系到机床的加工效率、加工精度、生产用材及制造成本等诸多方面,故对结构动特性的分析已成为机床设计过程中不可或缺的环节。本文以北京工研精机机床厂生产的THA6350精密卧式数控加工中心为研究对象,利用LMS Test.Lab模态分析软件和ANSYS有限元分析软件,对其进行了实验建模与有限元建模,经过模态分析,找出了机床的薄弱环节,并提出了合理的结构改进方案。同时,研究了螺栓固定结合面法向与切向模态刚度与阻尼的变化规律,为进一步全面研究结合面特性打下了基础。论文主要进行了如下几方面的工作:1.建立了THA6350卧式加工中心的三维数字模型和有限元动力学模型,对机床整机与零部件进行了结构动态特性仿真分析,给出了各阶模态振型与模态频率;2.采用力锤脉冲激励法,对THA6350卧式加工中心整机和立柱进行了试验模态分析,给出了各阶模态频率与振型,提出了影响该机床结构抗振性的薄弱环节。3.针对上述结构动态特性问题,提出了结构改进方案,并借助于有限元仿真,验证了改进方案的有效性。4.借助于LMS Test. Lab模态分析软件,测试和分析了在不同粗糙度、润滑状况、接触面积、预紧力大小等条件下,螺栓联接结合面等效模态刚度与阻尼变化的规律。本文通过对THA6350的实验模态与有限元分析,为机床制造企业提供了结构改进方案,同时通过对固定结合面等效参数的研究,为全方位研究固定结合面的参数特性打下了基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题来源  7
  1.2 课题研究背景和意义  7-8
  1.3 机床结构动特性国内外研究状况  8-9
  1.4 结合面动特性国内外研究现状  9-10
  1.5 主要研究内容  10-12
第二章机床整机有限元建模与螺栓预紧力分析  12-21
  2.1 THA6350 型卧式加工中心简介  12-13
  2.2 机床整机有限元建模与模态分析  13-16
  2.3 机床零部件模态分析  16-18
  2.4 螺栓预紧力对机床模态的影响分析  18-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章机床整机与部件实验模态分析  21-34
  3.1 试验对象、仪器与实验方法  21-23
  3.2 整机模态试验  23-29
    3.2.1 机床线性验证  23
    3.2.2 激振方式与布点原则  23-24
    3.2.3 机床结构几何建模  24
    3.2.4 实验与数据分析  24-29
  3.3 部件结构模态实验  29-33
    3.3.1 立柱结构模态分析  29-30
    3.3.2 螺栓预紧力对立柱与床身结构动特性的影响  30-33
  3.4 实验结论分析  33-34
第四章机床结构薄弱环节修改  34-42
  4.1 垫板结构有限元动特性仿真与修改  34-37
  4.2 立柱结构有限元动特性仿真与修改  37-41
  4.3 本章小结  41-42
第五章固定结合面动力学参数识别  42-50
  5.1 结合面刚度和阻尼产生机理  42
  5.2 结合面影响因素  42-43
  5.3 固定结合面动力学建模  43-45
  5.4 机床固定结合面等效动力学模型  45-49
    5.4.1 实验方法与测试仪器配置  45-46
    5.4.2 结合面等效动力学模型  46
    5.4.3 固定结合面等效参数变化规律  46-49
  5.5 本章小结  49-50
第六章结论与展望  50-52
  6.1 主要工作及结论  50
  6.2 有待进一步研究的问题  50-52
参考文献  52-55
发表论文和参加科研情况说明  55-56
致谢  56

卧式精密数控加工中心结构动态特性分析与修改

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