立式加工中心床身静动态特性分析及优化

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数控机床主轴静动态特性分析与优化设计

数控机床主轴静动态特性分析与优化设计数控机床主轴的静动态特性分析与优化设计在机床设计中扮演着重要的角色。

主轴的质量、刚度和动力性能直接影响着数控机床的加工精度和生产效率。

因此，针对数控机床主轴的静动态特性进行分析和优化设计是非常必要的。

首先，对数控机床主轴的静态特性进行分析是基础。

静态特性主要包括主轴的刚度、负载能力和转速范围。

刚度是指主轴在受力时的变形能力，直接影响着机床的切削精度。

负载能力指主轴能够承受的最大切削力或轴向力，取决于主轴的结构和材料。

转速范围则指主轴的最大和最小可工作转速，根据机床加工要求和主轴的功率决定。

其次，对数控机床主轴的动态特性进行分析是优化设计的重要环节。

动态特性主要包括主轴的运行平稳性、动态刚度和各模态的特性频率。

运行平稳性是指主轴在工作状态下的振动情况，对加工表面质量和刀具寿命有重要影响。

动态刚度是指主轴在受力时的变形能力在一定频率下的响应能力。

各模态的特性频率则表征着主轴在不同振动模态下的响应频率和振动幅度。

针对数控机床主轴的静动态特性，可以采取以下优化设计措施。

首先是通过优选材料和适当加工工艺来提高主轴的刚度和负载能力。

其次是采用适当的轴承和润滑方式，减小主轴的摩擦和磨损，提高运行平稳性。

此外，还可以通过调整主轴的结构和参数来提高动态刚度和各模态的特性频率。

例如，增加主轴的直径、改变轴承支撑形式等。

在数控机床主轴静动态特性优化设计过程中，还需要考虑与其他系统和结构的配合，如主轴驱动装置、刀具系统等。

同时，结合实际工艺要求和机床制造能力，进行多种参数的优化设计，以实现最佳的综合性能。

总之，数控机床主轴的静动态特性分析与优化设计是非常重要的工作，直接关系到数控机床的加工质量和生产效率。

通过对主轴材料、结构和参数的优化设计，可以提高数控机床主轴的静态刚度、负载能力和动态性能，进而提高数控机床的加工精度和生产效率。

立式加工中心床身结构动态特性有限元分析

ｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．
ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｆｏｒｔｈｅＢｅｄ
ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＶｅｒｔｉｃａｌＭａｃｈｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒＹＡＮＧＹｕ－ｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＳｅｎ，ＪＩＢｉｎ — ｂｉｎ，ＱＩＵＺｉ — ｘｕｅ
ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｍｏｄａｌａｎｌｙａｓｉｓｏｆｂｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ珊ｐｅｒｆｏｒｍｅｄａｐｐｌｙｉｎｇＡｎｓｙｓ￥￣ｗａｒｅ．ａｎｄｔｈｅｉｆｒｓｔｅｉｇｈｔｎａｔｕｒｌａｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ
ｔｈｎａｗｏｒｋｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｎｄｔｈｅｉｆｒｓｔｎｄａｆｏｒｔｈｎａｔｕｒｌａｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｗｏｕｌｄｂｅｒＯａＵＳｅｄｅｍｉｌｙ．Ｔｈｅｂｅｄｓｔｕｃｒｔｕｒｅｈａｓｂｅｔｔｅｒｄｙｎａｍｉｃｃｈｒａａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｖｅｒｉｉｆｅｔｈｅｒａｔｉｏｎｌｉａｔｙｏｆｔｈｅｂｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｃｈｅｍｅ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃｌａｂａｓｓｉｆｏｒ

立式加工中心床身结构设计(全套图纸)

摘要床身是立式加工中心非常重要的基础支撑件，它起到了支撑立柱、滑座、工作台等重要零部件的作用，主要承受机床的静载荷以及在加工时产生的切削负载。

床身的静动态性能直接影响机床的加工精度和稳定性,因此，床身结构的优化对于立式加工中心的发展具有十分重要的意义，本课题即结合沈阳机床厂VMC850B立式加工中心的性能特点与相关参数，对立式加工中心床身结构进行了科学系统的设计，具体内容如下：（1）借鉴于同类型的床身结构，根据VMC850B的整机结构设计了床身上表面布局，通过查阅《实用机床设计手册》《机械设计手册》等参考书，科学的设计了床身的截面形状，包括壁厚的选定以及加强肋、方孔、圆孔的合理布置。

同时对床身进行了受力分析并利用ANSYS软件对床身模型采取了静态力有限元分析。

（2）针对与床身相关的重要零部件，包括Y方向伺服进给系统的驱动电机、滚珠丝杠、直线导轨、轴承、联轴器，进行了分析与计算，并最终确立了型号与参数。

（3）提出了床身的精度要求，包含加工和装配过程中的几何精度。

关键词：立式加工中心；床身；结构设计；选型计算；有限元分析；精度设计AbstractThe bed is a very important basis for supporting parts in the vertical machining center, it plays a role that supporting the column, the slide, the workbench and some other important parts. The bed mainly withstands the static load of the machine tool and the cutting load in the processing. The static and dynamic performance of the bed directly affects the machining accuracy and stability. Therefore, the optimization of the bed structure has great significance for the development of the vertical machining centers. The subject, which is combined with the performance characteristics and parameters of the vertical machining center 850B of the Shenyang Machine Tool Factory, have designed the bed structure of the vertical machining center scientifically and systematically, the details are as follows:(1)Learnt from the bed structure of the same type and designed the layoutof the bed top surface under VMC850B’s whole structure, through accessingto <Practical Machine Design Manual> and <Mechanical Design Manual> and otherreference books, scientifically designed the cross-sectional shape of thebed, including the selection of the wall thickness as well as the reasonablelayout of the reinforcing rib, the square and circle holes. The subject alsodid the stress analysis for the bed and used the software called ANSYS todo the finite element analysis of the static force for the model of the bed.(2)For the important parts of the bed, including the Y-direction servofeed drive motor, ball screws, linear guides ,bearings and couplings, didthe analysis and the calculation, and eventually established the models andthe parameters.(3)Put forward the accuracy requirements of the bed, including thegeometric precision of the machining and assembly process.Keywords: the vertical machining ；center the bed ； structural design ；selection calculation finite element analysis ； precision design目录1 机床设计现状 (1)1.1 课题研究的背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状与发展趋势 (2)1.3 本论文内容概要 (4)2 床身结构设计 (4)2.1 床身材料 (4)2.2 床身时效处理 (4)2.3 床身结构设计 (5)2.3.1床身重要表面设计 (5)2.3.2床身截面形状设计 (5)2.4 床身热变形 (10)2.5 床身结构确定方案 (11)3 床身零部件的计算与选型 (12)3.1 Y方向滚珠丝杠副的选择 (12)3.1.1 初步计算丝杠导程 (13)3.1.2 滚珠丝杠副当量载荷与当量转速计算 (14)C (17)3.1.3计算预期额定动载荷am (18)3.1.4 估算滚珠丝杠允许最大轴向变形m3.1.5估算滚珠丝杠副的底径 (18)F (20)3.1.6 计算滚珠丝杠副预紧力p3.1.7 滚珠丝杠副剩余结构尺寸确定 (20)3.2 伺服电机的选择 (21)3.2.1电机的负载转矩计算 (21)3.2.2 惯量匹配计算 (22)T计算： (24)3.2.3空载启动时最大加速力矩maxa3.2.4快速空载启动时所需最大启动力矩T计算 (24)M3.2.5 电动机连续匀速工作时的最大力矩T (25)ms3.2.6 电动机输出端轴的直径计算 (25)3.3 滚动轴承的选择 (25)3.3.1 滚动轴承使用条件 (26)3.3.2 初选止动球轴承型号 (26)3.3.3 止推轴承组配方式 (26)3.3.4 止推轴承的选用计算 (27)3.3.5 圆柱滚子轴承的选型计算 (29)结论 (31)致谢 (33)参考文献 (34)1 机床设计现状随着机械制造业的飞速发展与竞争市场需求的不断扩大，数控机床的应用范围持续扩张，同时，为了应对市场日新月异的变化及加工要求难度的不断提高，数控机床产业的水平也在飞速进步，不断向高速化、复合化、高精度化、智能化转变。

加工中心床身的动态特性分析

点的位移响应向量和激振力向量。
图１Ｍ０４ｄＶＣ５０机床床身的三维模型
由于式（）为耦合方程，对于床身这种自由度１很大的系统，求解会非常困难，因此首先要进行模态分析，将耦合方程组解耦。对式（）进行拉式变换，并引入模态坐标１｛｝ｑ，使得
将Ｖ０４ｄ机床床身的三维模型保存为Ｐ — ＭＣ５０Ａ
ＲＡＯＩＳＬＤ格式并导入ＡＳＳ中。要进行有限元分ＮＹ
析，必须对ＶＣ５０Ｍ０４ｄ床身的模型进行一些假设，才能利用相关理论求解。假设ＶＣ５０Ｍ０４ｄ床身为定常线性系统；作为床身材料的铸铁被认为是各向同
［｛ｔ｝＋［］ｔ｝Ｋ｛ｔ｝＝｛（）Ｍ］（）Ｃ｛）＋［］（（）Ｆｔ｝
（）１
其中，［］［］和［］分别为系统的质量、阻、ＣＫ尼和刚度矩阵，｛（）￡｝和｛（）Ｆｔ｝分别为系统各
由以上分析可以看出，Ⅳ 自由度振动系统的响
应，相当于在 Ⅳ个模态坐标下单自由度系统的响应
之和，这就是模态叠加原理。
床在工作时会受到交变切削力和旋转件不平衡引起的
动态力的作用，引起机床的振动。如果振动的幅度超出了机床的允许范围，就会影响加工精度，使工件的表面质量恶化，剧刀具磨损等，甚至导致机床不能加正常工作。因此，在对其进行设计和分析时，仅考虑静态特性是不够的，还要研究其动态特性。１构动态分析理论基础．结

基于AnsysWorkbench的立式加工中心床身有限元分析和优化设计

参考文献：
［１］李德雨．基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的多层波纹管自振频率计算［Ｊ］．矿山机械，２００５，（６）：Ｐ８３－８４．
［２］王艳辉．精密机床床身的模态分析与结构优选［Ｊ］．机械设计与制造，２００５，（３）：Ｐ７６－７７．
第３１卷第９期２００９－０９【１３１】
由于机床机构过于复杂，采用ＷＯＲＫＢＥＮＣＨ
自动划分网格，在Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中一般不需要选取单
元类型，划分方法是ＨｅｘＤｏｍｉｎａｎｔ运用的是四面体与六面体结合的划分方式，由于在导轨处有许多无
图３机床床身１阶模态云图
法简化的小的阶梯，在这些地方采用局部的细化网
格的方法来划分，得到４４４８３个单元１３５１４４个节点。
度，应该使有限元模型尽量简化。同时建立有限元模型时，应合理选择单元类型，并在编排节点时，尽量减少相关单元的节点号差、带宽，以减少资料存储量。ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ和ＰＲＯＥ具有直接的双向接口，可以在ＰＲＯＥ中建模然后再导入ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ进行计算。１．１建立物理模型
件。通过机床主电动机功
率和机床加工工件的最大尺寸，以及主轴转速，计算机床的额定扭矩和额定力，由Ｆｘ：Ｆｙ：Ｆｚ＝０．３：０．５：１．０得到３个切削分力，计算立柱，床鞍，主轴箱等构件的重量并将上述重量均作为作用在床身上的附加质量处理，即在相应坐
快，但要求比Ｓｕｂｓｐａｃｅ法内存多大概５０％。ＢｌｏｃｋＬａｎｃｚｏｓ法采用稀疏矩阵方程求解器［２］。
床身的实际结构很复杂，有繁多的筋板、曲面、窗孔，各处厚度不相同，几何形状也多变。为了适应有限元计算，必须将其简化处理，略去许多不影响床身刚度的细微结构（如小倒角、小圆弧、小凸台等）。简化后的床身模型如图１所示。

高速立式加工中心床身静动态特性分析及优化设计

高速立式加工中心床身静动态特性分析及优化设计高速立式加工中心床身静动态特性分析及优化设计引言：高速立式加工中心是一种先进的机床设备，广泛应用于航空航天、汽车零部件、模具制造等领域。

床身作为高速立式加工中心的支撑结构，其静态和动态特性对加工精度和工作稳定性具有重要影响。

因此，在设计和制造过程中对床身的结构优化和动态特性分析是至关重要的。

1. 床身结构设计和分析1.1 结构设计高速立式加工中心床身的设计主要考虑到机床的刚性,稳定性，和振动抑制等特性。

床身通常采用整体铸造或焊接结构，以确保高强度和刚性。

在设计过程中，首先需要通过有限元分析确定合适的床身结构和尺寸。

有限元分析可以模拟床身在载荷作用下的应力分布和位移情况，为床身的优化设计提供依据。

1.2 床身静态特性分析床身的静态特性是指在不考虑外界作用力的情况下，床身的变形和应力分布情况。

通过有限元分析可以得到床身在不同载荷下的应力、变形和位移等参数，进而评估床身的刚性和稳定性。

2. 床身动态特性分析及优化设计2.1 动态特性分析床身的动态特性是指在加工过程中床身的振动和共振情况。

它对加工精度和工作稳定性具有重要影响。

通过模态分析和动力学仿真可以研究床身的共振频率和振动模式，进而优化床身的结构。

2.2 动态特性优化设计床身的动态特性可以通过以下几个方面进行优化设计：2.2.1 结构调整根据动态特性分析的结果，可以对床身的结构进行调整。

例如，通过改变床身的刚度分布或增加支撑梁的数量来改善床身的共振频率和振动模式。

2.2.2 材料选择选择合适的材料可以改变床身的动态特性。

比如采用高强度、低密度的材料可以提高床身的刚度和降低共振频率。

2.2.3 减振措施在床身设计中引入减振措施可以有效地降低振动幅度和共振频率。

例如，通过在床身中添加减振材料或减振结构实现振动的消除或抑制。

结论：通过对高速立式加工中心床身的静动态特性分析与优化设计，可以改善床身的结构刚性和振动特性，提高加工精度和工作稳定性。

一种数控机床床身的动力学分析与优化设计

一种数控机床床身的动力学分析与优化设计随着现代工业技术的不断发展，数控技术已经成为了制造业领域中的重要组成部分，越来越多的数控机床被广泛应用于生产制造中。

数控机床的床身是其重要的动力学组成部分，因此床身的动力学分析与优化设计对于提高数控机床的生产效率、降低生产成本甚至提高产品的质量都有着重要的作用。

床身的动力学分析：动力学分析是指床身在运行中的受力情况和变形情况的分析，采用有限元分析方法对床身进行建模。

在分析过程中，需要考虑机床的不同工况下的动力特性，如切削力、振动力等，同时考虑床身的材质和结构对应的刚度、耐疲劳性等因素。

通过数值计算得到床身的应力、应变、振动情况等关键参数，为其后续的优化设计提供依据。

床身的优化设计：将动力学分析结果作为基础，针对床身在机床生产过程中的实际情况，提出优化设计方案。

床身优化设计的目标是在保证床身结构的稳定性和刚度的基础上，尽可能地减小床身变形，降低机床振动，延长床身寿命并提高数控机床的工作效率。

优化设计的途径包括选择更适合的材料，改进床身的结构和工艺，优化加工工艺和降低生产成本等。

此外，在设计过程中需充分考虑能源效率与环境保护，提高机床的制造质量与性能，为推进制造业的可持续发展创造条件。

总之，床身的动力学分析与优化设计是数控机床制造中必不可少的一项工作。

通过严格的动力学分析和合理的设计优化，能够极大地提高数控机床的生产效率，降低生产成本，提高制造质量，推动制造业的可持续发展，进一步构建“中国制造2035”的国家战略。

数据分析是一种重要的分析方法，通过数据分析可以有效地发现数据的规律和特征，在业务决策、市场分析、资源策划等方面起到了重要的作用。

以下是一个示例：假设某企业在过去一个月内销售了X款产品，从销售数据中提取以下数据：产品名称 | 销售数量 | 销售额 | 平均单价--------|---------|-------|-------产品1 | 3000 | 45000 | 15产品2 | 2500 | 75000 | 30产品3 | 1000 | 40000 | 40产品4 | 500 | 12500 | 25总计 | 7000 | 172500| 24.6从数据中我们可以看出，公司主要销售两种类型的产品，一种是价格较低，销售数量较多的产品(如产品1)，另一种是价格较高，销售数量较少但销售额较高的产品(如产品2)；同时，公司还生产了一些高端、紧缺产品(如产品3)，每个产品卖出的单价都较高，但是销售数量较少，销售额也不高。

立式加工中心VMC850E床身结构动态特性分析

ｄｙｎｍｉａｃｌａｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｓＨｙｐｅｒｍｅｓｈｎｄａｃａｌｃｕｌｔａｅｂｅｄｍｏｄｅｂｙｓｉｕｎｇｄｙｎａｍｃｉｓｓｏ，ｗａｒｅＮｓｔａｒａｍＩｔＣｎａ
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＤｙｎａｍｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅＶｅｒｔｉｃａｌＭａｃｈｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒｓＶＭＣ８５０ＥＢｅｄ
ＬＩＵＢｏ－ｃｏｎｇ，Ｌ１Ｙａｎ，ＸＩＥＺｈｉ－ｋｕｎ，ＳＨＩＫｅ－ｋｅ，ＬＵＰｉｎｇ
测试数据对比，验证有限元模型的准确性，为计算床身动态响应提供可靠的有限元模型，提出了一种预判床身动态性
能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方法。
关键词：模态；有限元；动态响应中图分类号：ＴＨ１６；ＴＧ６５９文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３９９７（２０１３）１０ — ０１６０ — ０３
机械设计与制造
１６０
ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ
＆
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第ｌ０期２０１３年１０月
立式加工中心ＶＭＣ８５０Ｅ床身结构动态特性分析
刘伯聪，李焱，谢志坤，史科科，路平
（沈阳机床（集团）设计研究院有限公司，辽宁沈阳１１０１４２）

机床主轴动静态特性分析项目讲义

机床主轴动静态特性分析机床主轴通常在高速状态下工作，因此其动静态特性必须很高，才能满足加工质量要求，因此对机床主轴进行静力学分析和模态分析是很有必要的。

静力学分析主要是得出机床主轴的刚度，并且得出在典型加工条件下，主轴前端的最大位移，看其是否满足静态要求；动力学分析得出主轴振型以及主轴固有频率，从而判断主轴设计是否合理，并且在此基础上优化结构设计。

机床主轴的动态特性包括临界转速、主振型和固有频率等方面，这是机床主轴动态特性的主要方面。

当机床主轴的转速达到或接近临界转速时，会引起机床的共振，使机床震动加剧，加快刀具的磨损，降低加工质量，恶化加工环境。

因此为了避免这种情况的发生，对机床主轴的临界转速的研究是很有必要的。

为了保证加工质量及加工安全要求，主轴的最高转速应该低于临界转速的百分之七十五。

1.机床主轴静态特性分析（1）建立模型打开proe软件界面，建立如图（1）所示模型，并导入ansys workbench中图1 主轴模型的建立（2）添加材料属性信息机床主轴的材料为40Cr，其相关参数见下表（1）：（3）设定网格划分参数并进行网格划分制定网格尺寸为3mm,进行网格自动划分，划分结果如图（2）图2网格划分结果（4）施加载荷以及约束对有限元模型进行加载时，按照机床在典型加工工艺条件下工作进行计算，算出其在切削时的径向力，如在前面的3.2.2章节已经得出在此工况下轴的受力，在进行静态分析时，其唯一载荷为主轴前端施加的切削力的径向分量 Fr= 193.8 N 。

前轴承为固定端，故只约束其X 方向的移动自由度,后轴承在轴向（X 向）存在游动。

然后进行求解，最终得出机床主轴的静力变形如图（3）所示。

图3 机床主轴静力变形云图从图（3）中可以得出，主轴前端最大变形量为Max=1.14μm ，因此主轴静刚度为： MaxF rr =K 代入数值得：r K =170N/μm 。

在后期的参考文献的查找中以及老师的指导下，发现如果把前端三个轴承等效为一组弹簧时，结果误差很大。

加工中心静刚度特性分析及实验研究[1]

Sta tic R ig id ity Character istic Ana lysis and Exper im en ta l Research of M ach in ing Cen ter X IN Zh i2jie, ZHA I N ing
( College of M echan ica l Eng ineer ing and Automa tion, North Un iversity of Ch ina, Ta iyuan 030051, Ch ina ) Abstract: The influence to sta tic r ig id ity of mach in ing cen ter includ ing sta tic r ig id ity of ba ll screw、servo system、pr inc ipa l ax is and tools system、roll gu ide and so on is ana lyzed w ith theoretic ana lysis m ethod. Tak ing stand type mach in ing cen ter V ICTO R a s an exam ple, using num ber con trol and screw structure add ing force the sta tic r ig id ity of Z and X d irection between end surface of pr inc ipa l ax is and worktable is m ea sured. The result of m ea sure show tha t sta tic r ig id ity of mach in ing cen ter is not h igh in ev idence than comm on mach ine tool. Th is g ives an use for reference to design of mach in ing cen ter structure and system and cho ice of plann ing param eter etc. Key words: mach in ing cen ter; sta tic r ig id ity; factor of influence; exper im en ta l m ea surem en t

立式加工中心立柱动静态特性分析与拓扑优化_蒲凡

1
立柱模型的建立
图1 立柱结构实体模型
基于 Workbench 软件建立立柱模型可分为两步：立柱实体模型的建立与有限元模型的建立。 1． 1 立柱实体模型的建立考虑到主轴箱通过滑块和丝杠与立柱直接相连，对立柱这一支承件来说主轴箱作为其较大的集中质量，并且在工作过程中，切削力是借助主轴箱的滑块作用到立柱的两根导轨上，所以主轴箱对立柱的抗、弯抗扭和固有频率等动静态特性有着较大影响。为了保证后续分析与优化过程中加载的准确性和方便性，将主轴箱模型也一并建出，通过主轴箱进行力的分析，使得立柱的受力情况更符合实际。为提高建模效率，使用 SolidWorks 软件建立立柱结构实体模型，然后，利用软件间无缝连接的优势直接导入 Workbench 中转化为有限元模型。在建立三维实体模型时，为了有利于后续有限元分析的开展，考虑到一些小特征对整体模型的动静态特性影响较小，故笔者对部分局部特征进行了合理的简化，去掉细小特征如倒角、圆角及螺纹等。简化后立柱结构实体模型如图 1 所示。 1． 2 立柱有限元模型的建立根据实际情况分析，主轴箱位于立柱最上端极限
DOI： 10． 16731 / j． cnki． 1671 － 3133． 2017． 01． 014
Dynamic and static characteristic analysis and topological optimization for column of vertical machining center
：（ 1）（ 2）
f
K Mc
mm ； f 为每转进给量， mm / 式中： d 为最大钻头直径， zFf、 yFf 分别为钻削进给力系数和指数； C Mc 、 r ； C Ff 、 K Mc 分别 zMc、 yMc 分别为切削转矩系数和指数； K Ff 、为进给力和转矩的修正系数，一般情况下，可取 K Ff 、 K Mc 为 1 。将有关参数代入式（ 1 ）、式（ 2 ）计算可得： 1． 2 0． 75 = 11 287N F f = 410 × 30 × 0． 36 M c = 0． 117 × 30 2． 2 × 0． 36 0． 8 = 92N·m 2． 1． 2 端铣工况下载荷分析选依据该立式加工中心在铣削工况下常用情况，取端铣刀，刀具材料为硬质合金，工件材料为碳钢，主切削力 F c 可按下列经验公式 F c = 9 ． 81 × 789 ． 3 × a e 横向进给力 F x 为： Fx = 0． 3Fc 纵向进给力 F y 为： Fy = 垂向进给力 F z 为： Fz = 0． 5Fc mm； f z 为每齿进给量， mm / 式中： a e 为被加工表面宽度， mm； z 为铣刀齿数； d 为铣刀直径， z； a p 为切削深度， mm； n 为铣刀转速， r / min。将相关参数代入公式计算可得： F c = 9． 81 × 789． 3 × 30 1． 1 × 0． 12 0． 75 × 16 × 6 × 50 － 1． 3 × 8 000 － 0． 2 = 6 552N F x = 1 966N F y = 5 323N F z = 3 276N 钻削两种典型工况下载根据立式加工中心端铣、荷分析结果表明：端铣工况下载荷更加复杂，并且各向分力也比较大，在端铣工况下对立柱进行动静态特性分析，更能全面反映立柱动静态性能。 72

基于响应面法的机床床身动静态多目标优化

ｏｅｐｏｅＳｕｆｃｅｈｏｎＲｓｎｓｒａｅＭｔｄ
ＸＩｉｎ，ＣＡＬａＨＥＮＪｎｉｇ，ＨＡＮＪｎｉｇ，ＦＮＧＹｕａＥｎ
（．ｃｏｌｏｃａｉａａｄＡｕｏｔｅＥｎｉｅｒｎ，Ｈｅｅｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙ，Ｈｅｅ３０９，１ＳｈｏｆＭｅｈｎｃｌｎｔｍｏｉｇｎｅｉｇｖｆｉＵｎｖｒｉｆＴｃｎｌｇｔｆｉ２００
论简述如下：假设设计变量与响应量】）之间的函数关，（系如（）式：２
￡
对于机床床身多目标优化设计问题（（），式１）
根据本文第二节所论述的响应面模型构建方法，将床身多目标优化设计的３个设计变量作为正交试验的因素，优化目标作为正交试验的结果，合各２个结变量值的允许变化范围，排如表２所示的４水平３安因素正交表，照第二节的方法进行，（按４）＝１６次有限元模态分析，到设计变量（验因素）和优化得试目标函数的值（验结果）如表３所示。试
化问题 … 。目前，内机床结构部件一般采用经验国设计，常停留在单目标优化设计阶段，床身的轻通对量化设计时往往导致抗振性下降，床身的振动性对优化设计时又忽略了轻量化设计要求，外多数优另化方法将重点放在怎样单个提高机床的前几阶固有频率上，很少考虑各阶模态所具有的权重因子大小。

高速精密数控立式加工中心整机静动态特性分析

２１０２年２月
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｆｅ．０１ｂ２２
Ｖｏ．０Ｎ０３１４．
第４ｏ卷３期
Ｄ：１．９９ｊｉｓ．０１—３８．０２０．０ＯＩ０３６／．ｓｎ１０８１２１．３０９
ｔｅｍａｈｎｏｌｓｄ．ＴｅｓｅｉｓｑｉｍｅｔａｓｄｔｂａｎｔｅｓａｉｎｄｅａａｏｅｍａｈｎｏｌｅｉｉｇｔｅｈｃｉｅｔｏＷａｍａｅｈｐｃａｔｔｕｐｎｓｕｅｏｏｔｈｔｔａｄｍｏｌｄｔｆｔｃｉｅｔ，ｖｒｙｎｌｅｅＷｉｃｈｆｈ
ＳｔｔｃａｄＤｙｍｉａｉｎｎａｃＣｈａａｔｒｓｉｓＡｎａｙｉｆＭａｈｎｅＴｏｌｏｒｃｅｉｔｃｌｓｓｏｃｉｏｆ
ＨｉｈｓｅｄＰｅｉｏＮＣＶｒｃｌａｈｎｎｅｔｒｇ－ｐｅｒｃｓｎＣｅｔａ ’ ｃｉｉｇＣｎｅｉｉＭ
ＥｓｈｎｉｏｏｇＵｎｖｒｉａｔＣｉａＪａｔｎｉｅｓｔｙ，ＮａｃａｇＪａｇｉ３０１Ｃｉａｎｈｎｉｎｘ３０３，ｈｎ；
２ＧａｇｏｇＭａｈｎｒｅｅｒｈＩｓｔｔ，ｕｎｚｏｕｎｄｎ１６５，ｈｎ）．ｕｎｄｎｃｉｅｙＲｓａｃｔｕｅＧａｇｈｕＧａｇｏｇ５０３Ｃｉａｎｉ
摘要：利用ＰｏＥ强大的三维建模功能建立立式加工中心整机数学模型；采用有限元分析的基本方法和理论对整机进ｒ／行静动态特性分析，根据静态计算结果和振型图找出结合部薄弱环节并对整机的动态特性做出评价；用专门的实验设备得出机床整机的静态和模态数据，来验证分析结果的正确性，为以后类似机床整机模型的有限元分析和无样机条件下的机床虚拟设计提供参考。关键词：有限元分析；薄弱环节；静动态特性；实验设备中图分类号：Ｔ５２Ｇ０文献标识码：Ａ文章编号：１０ — ８１（０２０１３８２１）３— ２５０８—

XH715型立式加工中心床身动态优化设计的研究

维普资讯
设计与研究Ｄ啪ａｓｅｎＲｅｓｄｅ０
ＸＨ７立式加工中心床身动态优化设计的研究１５型
唐国兴① 尹飞鸿② ②
（南京理工大学机械工程学院，苏南京２０９；（江１０４
Ｋｅｗｏｄ：ｃｉｅＢｄｙｒｓＭａｈｎｏｙ；Ｍｏｅａｙｉ；Ｈａｍｏｉｕａｙｉ；Ｏｐｉｍｅｉｎ；ＥｐｒｎｓｄｌＡｎｓｓｌｒｎｏｓＡｎｓｓｌｔｍｕＤｓｇｘｅｍｅｔｉ
上世纪７０年代以来随着科学技术的飞速发展，对机床产品的质量要求越来越高，内外出现了许多新国型设计理论和方法，些都使得现代机床设计思想进这入了一个以试验研究及理论计算为基础的较高级阶段。研究设计程序、规律及设计思维和工作方法，仅不
的正确性。参考文献
１Ｅ２ＤｖｌｐｒＩｔｇａｒＵｅｎａ．ｈｔ：／ｉｕｃｃｏｇＭＣｅｅｅ／ｎｅｒｔ／ｓｒＭａｕ１ｔ／ｌｘｎ．ｒｏｏｐｎ２ＲＳＬｂａｙｔ：／ｗ．ｓ．ｅ．ｉ．ｏ／ｒｅｔｒｓｂＣｉｒ．ｈｔｗｗｉｍ１ｎｓｇｖｐｊｃｓｃｌ／ｒｐｄｔｅ／ｉ３ＱｅｅｎｅＤｃｍｅｔｔ：／ｏ．ｒｌｅｈｃｒ／ｔｆｒｃｏｕｎ．ｈｔ／ｄｃｔｈｃ．ｏＲｅｐｅｎ
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ｉｈｓｐｐｅ，ｈｅｉｄｆｍａｈｎｏｙｏｎｔｉａｒｔｒｅｋｎｓｏｃｉｅｂｄｆＸＨ７１ｒｅｉｎｄ，ｔｄｌｆｔｅｗｈｌｃｉｅａｄ５ａｅｄｓｇｅｈｅｍｏｅｓｏｈｏｅｍａｈｎｎｔｅｍａｈｎｏｉｓａｅｂｈｙＰｒ／Ｅ；ｔｅｈｃｉｅｂｄｅｒｕｉｂｏｈｎ，ｔｅｔｅｒｆｆｔｌｍｅｔａｌｓｓｉｄｏｔｄｔｎｙｅｈｈｏｙｏｉｅｅｅｎｎａｙｉｓａｐｅｏａａｚｎｉｌｉｓｄｎｍｉｅｔｒｓ．Ａｆｒａｌｈｏｒｌｔｎｅｐｒｍｅｔｒｏｅｔｅｆｈｅｕｔｏｅｉｎ．ｔｙａｃｆａｕｅｔｌ，ｔｅｃｒｅａｉｘｅｅｏｉｎｓａｅｄｎｏｖｒｙｔｅｒｓｌｆｄｓｇｉ

机床动静态特性分析和结构优化技术课题硕士论文开题报告.doc

大连理工大学
硕士研究生学位论文选题报告
姓名：
学号：
专业：
论文题目：高档数控机床动静态特性分析及结
构优化技术研究
指导教师：
填表日期：
备注：1、考核成绩在A、B、项上画圈。

2、不合格者必须重做，再次不合格者，取消进入论文的资格。

3、各考核评议小组组长将本小组学生的考核成绩统一汇总到本院系研究生教务员处，教务员
将本院系成绩汇总后交研究生院专业学位办。

4、本考核表由学生本人留存，毕业报退时与学位论文同时交到校档案馆存档。

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机床整机的动态特性分析

文章编号:100122354(2000)1020024203机床整机的动态特性分析Ξ覃文洁1,左正兴1,刘玉桐1,文占科1,丁庆新2(11北京理工大学车辆工程学院CAD/CAM室,北京　100081;　21北京第一机床厂) 摘要:采用用户自定义矩阵单元来处理机床结合部的接触问题,在商品化软件平台上建立了机床整机的有限元模型,并对其进行了动态特性的分析。

运用该方法来进行结构的性能预测,已用于工厂对机床的结构改进设计中。

关键词:机床;有限元;动态特性中图分类号:TH122 文献标识码:A1　引言机床是机械制造工业中最基本的设备。

随着国民经济的发展,人们对机床提出了越来越高的要求,其中最基本的问题就是要提高机床的工作性能,而机床的。

随着现代设计方法的广泛运用,对机床进行动态特性分析,用动态设计取代静态设计已成为现代机床设计发展的必然趋势。

机床是由多个零部件组成的复杂组合结构,仅对个别零部件进行分析,无法全面反映机床整体的性能,特别是在动态分析中,各零部件之间结合部的接触参数对动态性能的解析计算精度影响很大,因此,要准确地预测机床的动态性能,就必须对整机进行动力学分析。

在进行结构动力学分析的实际运用中,通常采取的方法是将连续系统离散化为只有有限个自由度的系统,由此求出连续系统的近似解。

这些离散化的方法中有集中质量法、假设模态法、模态综合法和有限元法。

集中质量法虽然做法简单,但如何选取各个集中点以及如何配置各点的质量,才能使所得结果比较接近于实际情况,这都需要经验或实验的启示,缺乏一般的理论指导。

假设模态法和模态综合法的精度在很大程度上取决于所选择的结构或子结构的假设模态,对于复杂结构,这种假设模态难以找到,并且对于不同的结构没有通用性。

而有限元法则是对每个单元取假设模态,由于单元的数目通常比较大,假设模态就可以取得非常简单;而且它以节点位移作为系统的广义坐标,可以降低系统微分方程的耦合程度,给用计算机求解无间隙机构运转情况。

机械设计中的动态特性分析与优化

机械设计中的动态特性分析与优化在现代机械工程领域，机械设计的质量和性能对于设备的可靠性、稳定性以及工作效率都有着至关重要的影响。

而动态特性分析与优化作为机械设计中的关键环节，能够有效地提升机械系统的运行品质，降低振动、噪声等不良现象的发生，延长机械部件的使用寿命。

机械系统在运行过程中往往会受到各种动态载荷的作用，例如冲击、交变力等。

这些动态载荷会导致机械系统产生振动、噪声，甚至可能引发结构疲劳破坏。

为了确保机械系统在工作过程中的安全性和可靠性，就必须对其动态特性进行深入的分析。

动态特性分析主要包括对机械系统的固有频率、振型、阻尼比等参数的研究。

固有频率是机械系统的一个重要特性参数，它反映了系统自身的振动特性。

当外部激励频率接近或等于固有频率时，系统会发生共振现象，此时振动幅度将急剧增大，可能导致机械部件的损坏。

振型则描述了机械系统在不同固有频率下的振动形态，通过对振型的分析可以了解系统各部件的振动情况，从而为结构优化提供依据。

阻尼比反映了系统消耗振动能量的能力，阻尼比越大，系统的振动衰减越快，稳定性越好。

在进行动态特性分析时，通常会采用理论分析、数值模拟和实验测试等方法。

理论分析方法基于力学原理和数学模型，通过推导和计算来获取系统的动态特性参数。

然而，由于实际机械系统的复杂性，理论分析往往难以准确地描述系统的动态行为。

数值模拟方法则借助计算机软件，如有限元分析（FEA），建立机械系统的数学模型，并对其进行仿真计算。

这种方法能够较为准确地预测系统的动态特性，但需要对模型进行合理的简化和假设。

实验测试方法是通过实际测量机械系统在不同工况下的振动响应来获取其动态特性参数。

实验测试结果直观可靠，但成本较高，且测试过程可能会受到各种干扰因素的影响。

在获得了机械系统的动态特性参数后，就可以针对存在的问题进行优化设计。

优化设计的目标通常是提高系统的固有频率、减小振动幅度、降低噪声水平等。

优化的方法可以从结构设计、材料选择和参数调整等方面入手。

高速龙门加工中心立柱静态设计与动特性分析

高速龙门加工中心立柱静态设计与动特性分析高速龙门加工中心是一种高精密度、高效率的机床设备，其立柱是其结构的关键部件之一。

对于高速龙门加工中心的立柱静态设计及动特性分析，是保障机床精度和稳定性的关键步骤。

首先，要进行立柱的静态设计。

在立柱静态设计的过程中，需要考虑以下因素：1. 应力分析：通过应力分析可以确定立柱的形状和直径，以及立柱材料的选择。

要根据立柱所承受的载荷和工作条件来分析立柱的最大应力和变形程度，以确保其符合国家标准和机床的要求。

2. 刚度分析：在立柱刚度分析中，需要考虑立柱的强度、变形和稳定性。

强度要求立柱能承受最大载荷，变形率要尽可能小，以确保加工精度；稳定性要求在工作条件下的立柱不会产生强度变化和形变。

3. 疲劳寿命：要确定立柱的最大疲劳寿命，以确保机床运行的安全性。

其次，要对立柱的动特性进行分析。

立柱的动特性分析涉及到机床运转的稳定性、响应速度、切削稳定性、加速度和位置稳定性，由此需要根据以下几个方面来进行分析：1. 自然频率和阻尼：自然频率和阻尼是立柱结构的固有特性，是保证加工过程中机床稳定性的关键因素。

2. 模态：通过模态分析可以得到机床载荷、切削力的作用下，立柱在运动过程中的振动特性。

模态分析可以帮助设计师确定在加工过程中如何控制立柱的振动，以保证加工精度和处理工件的质量。

3. 加速度和位置变化：加速度和位置变化是影响机床工作精度的因素之一，对于高速龙门加工中心来说，需要控制立柱的加速度和位置变化，在加工过程中控制立柱的精度和工作效率。

4. 切削力：切削力是机床加工时承受的一种力量，会对立柱产生振动和变形，因此需要对切削力进行分析和控制。

综上所述，高速龙门加工中心立柱的静态设计与动特性分析是保障机床精度和稳定性的重要步骤。

设计师需要根据机床的实际情况进行分析和控制，以满足机床的加工工艺和工艺要求，从而提高机床加工的稳定性和精度。

假设我们需要研究消费者对某种产品的购买意向和市场规模，我们可以收集相关的数据并进行分析。

立式加工中心整机动态特性的测试与分析

［ "" ］数；同时，还要结合有限元分析模态振型和实际情
本试验采用 45 6(&%478 "9)" 激振器单点激励，激振信号为快速正弦扫频，扫频范围设为 "9 - )99 :; 和 "9 - .99 :;，激振器悬挂在激振器支架上。测振点采用 . 个单向加速度传感器进行测点响应信号数据采集。图 . 所示为整机模态测试照片。
况。激振点选择还要使激振力易于向结构的各个部位传递，避开结构薄弱环节，而且要考虑安装方便性。
激振器的激励力和单向加速度传感器测得的响应加速度都垂直于测量点位置的结构表面。只要在同一方向上激振和拾振，便能获得垂直于结构表面方向的频率响应函数。由有限元模态分析知，整机低阶振型集中在立柱和主轴箱上，立柱和主轴箱对整机的振型影响较大，因此考虑把测振点和激振点布置在立柱和主轴箱上。第一阶振型为 “ 立柱 ! 向摆动” ，考虑从立柱后面沿 ! 向对整机进行激振，即选择 +" 激振点（如
图 $ 所示）。同理从第三阶、四阶、六阶、八阶振型，考虑从主轴箱侧面沿 " 向和下端面沿 # 向对整机进行激振，即选择 +) 和 +$ 激振点（如图 $ 所示）。采用单点激励（多激振点）多点响应试验方法，测振点布置遵循反映振型的原则。根据图 ), 所示振型，在立柱后端 0 振型，在主轴箱侧面面布置测振点 " - . 。由图 )/、和下底面布置测振点 1 - ") 。激振点、测振点布置如图 $ 和表 ) 所示。
表 !" 计算分析模态
阶次 $ . A > B ! @ C 固有频率 ; <= .>- ?$ .? $ @A B. $ $" !! $ BB @! $ "@ ?" $ .$ ?. $ !A $"! $ C" 振型描述立柱沿 " 向摆动立柱沿 ! 向摆动立柱、主轴箱绕 # 轴扭摆主轴箱沿 ! 向摆动滑台沿 " 向摆动主轴箱点头滑台绕 # 轴扭摆立强，男， $"*& 年生，工程师，研究方向为机械设计，并获得实用新型专利 ! 项，发表论文 ( 篇。

精密机床床身的动态特性分析与优化

ｈｍｃｉｂｄｔｎｔｅａｈｅｅ，ａｉｈｅｖｒｃｍｃｉｅｅ７０ｆｒｘｍｌＦｒ，ｅＥｎｋｇｔｅｉｔａａｈｅｃｎｒ５ｏｅａＰｅｉｔｔＦＭｌｎｔ．ｓｈｍｄｌｆｈｍｈｎｂｄｉｓｔＰｗｔｔｄｎｍｃｎｙｉｔｉｄｔｅｅＰｉｓｏｅｏｔａｉｅｅｓｅｅｃｕｉｓｙａｉａａｓｏｆｈｗａｏ．ｈｉｌｓｎｋｔｎ
ｑｌａｄｃｔｇｅｃｎｙＭａｈｅｍｈｉａａｉｔｓｓａｙａｓｓｄｂａｔｕｉｎｕｉｆｉｃｙｔｎｉｅ．ｃｉ，ａｉｎｐｂｌｙｉｕｕｌｓｓｙｎｓｃｎｇｃｉｌｅｅｈＰＰＰｅｓｎａｄｓｒｉｏｇｓａａｅｒｈｄｏｈｉｔ１０ｒｉｏｎｕｅｃｒｕｈｅｈｃｂｅｃｅｆｔｅｇｅｔｔｃｉＰｆａｉｌｎｓｔｎｔａｅｂｎｐｃｓｄａ．ｈｃｉｅｃｎｙｉｕｕｌｓｓｄｂｈｍｓｌｉｖｌｏｒｅｓＰｒＴｅｕｎｆｉｃｓｓａｙａｓｓｙｔｅｏｉｔａｅｆｏｅｔｔｇｉｅｌｅｅｔｍｕ
和汇编本学位论文。本学位论文属于
１保密口， — 、在
２、不保密曰。
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年了日月必
年 ‘ ｌ日月ｔ
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硕士学位论文
第１章
１１．课题的研究背景及意义
绪论