机床动力学开题教材.doc

开题报告 机床动力学分析 1 选题的背景、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。 机床的加工性能与其动力学特性非常密切，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质量最重要的性能指标。随着机床向高精度、高表面质量和高生产率方向发展，关于机床的振动问题，近年来备受关注。其加工精度很大程度上取决与切屑加工过程中机床的振动，振动的产生不仅制约了数控机床的生产效率，而且还会在加工工件的表面留下波纹，这大大影响了机床加工精度。因此，对机床的动力学研究一直以来都是一个重要的课题。我国及世界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，进行机床动力学特性分析，了解机床结构本身具有的刚度特性即机床的固有频率和主振型，将避免在使用中因振动造成不必要的损失。 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。同时也为后续的有限元分析提供了可靠的验证方法。 精密、超精密机床振源主要来源于机内振源和机外振源。通常数控机床的内部振源主要来自不平衡运动的旋转件、附件的振动和自激振动,其中影响最大的是主轴部件和被加工工件的不平衡运动。当主轴部件和工件旋转时,由于其质量中心和旋转中心的不一致,从而产生了回转中心旋转的离心,它是使车床产生整机振动和不稳定的主要因素。超精密机床机外振源主要来源于其它机床、锻压设备、火车、汽车等通过地基传给机床的振动。零件的加工质量与机床的动态特性有着密切的联系，随着机床系统高速化发展，各类振动对机床动态特性的不良愈发凸显出来。而纵向振动是一种主要的振动形式，它可引起机床主轴的弯曲振动，最终影响零件的加工质量，还会使机床、夹具中的连接零件松动，影响工件在夹具中的正确定位，甚至直接导致机床故障和使用寿命缩短。此外，由于振动，势必降低切屑用量，降低生产率，造成噪声污染，直接影响到机床的可靠性和使用寿命。所以对精密、超精密机床进行动力学分析是必不可少的。 2 相关研究的必威体育精装版成果及动态 2.1 国内外研究进展 目前国际领域非常重视机械产品的动力学研究，如日本的SHNIPPON KOKI Co.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，数控机床动力学分析仍是国内外研究的热点，我国及世界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床的固有频率和主振型，将避免在使用中因共振因素所造成不必要的损失。对机床床身动力学分析的方法主要是模态分析法，通过模态分析得出数据，根据此数据对机床床