文档介绍：第1章绪论
机床振动问题的研究现状和发展趋势
目前还仅限于普通机床研究、对高速或超高速机床的动态特性的研究还罕见报道。超高速机床具有高刚度、高抗振性,比传动机床动态性能高5—10倍,刚度高50%左右,通常不小于100N/,所以有必要研究超高速机床的动态特性。确定机床结构的振动对加工精度的影响。找出机床的薄弱环节,并从机床结构的动态特性方面,提出一些抑制及改造措施。在超高速机床上进行不同工况条件下的动态特性实验,切削条件下的实验与上面的工艺实验同时进行,主轴转速为1700转/分、9000转/分。实验证明机床的动态性能和各项振动指标为各阶固有频率,各阶振型和阻尼,动刚度及幅频、相频特性。
目前,对机床动态的研究主要有试验模态分析法和有限元法。首先分析各个零部件的结构(如床身、立柱、床头和工作台)在三维软件pro/E中建立CAD模型,分别导入Ansys分析软件中,作模态分析测出固有频率和振型。结合实际结果,找出薄弱零部件,并提出优化方案。
仅分析个别零部件,无法全面反映机床整机的性能,因为各零件之间结合部对整机的动态性能影响很大,所以有必要做包括结合部在内的整机动力学分析。近几年已有北京理工大学、东南大学、上海交通大学等少数研究机构用有限元法分析整机动态性能,他们采用的研究方法各不相同,特别体现在结合部的处理上,精度有高有低,难度有易有难。我们尝试了一种新的方法,在pro/E中装配各种零部件的CAD模型,作为导入专门的前后处理软件Hypermesh中划分网格,再导入Ansys中分析,该方法全部在商品化软件平台上进行。它的优点:1、CAD模型从pro/E导入Hypermesh时,可以保证模型完全准确地导入,不需做任何修改。2、结合部直接采用软件中现有单元,可以方便地调整参数。
国外,机床结构的动力学修改和动态优化设计等方面的研究发展很快,普通采用有限元法对机床部件及整体进行动态特性分析,并已用于高速机床的开发和研究中。

西班牙的M、Zatarain用有限元法对立柱移动式铣床进行模态分析,采用Nastrain和T-deas两种商用软件,建立包括床身、立柱、头架及它们之间的滚动导轨结合部在内的整机模型,并进行了模态分析,可以通过几种方案的比较,选择其中较合理的结构。
韩国科学技术高级学院Jung DangSuth和Dai HiuLee用有限元法分析高速机床的主轴外壳的阻尼特性,并用有限元法对高速铣床的滑块结构进行分析,得到一种新型的复合结构,不仅减轻质量,还提高了它的阻尼系数。

机床振动是不希望产生的。这是由于振动所产生的噪声可能刺激操作工人,引起疲倦,使其工作效率下降;并且它又可能使机床零件过早出现疲劳破坏,从而使零件的安全程度、可靠性和强度下降;机床的振动还会导致被加工工件的表面粗糙度和精度降低,刀具寿命和生产率下降。因此,必须了解机床振动的规律,并尽可能加以限制。
机床工作时发生的振动基本上分为三大类:一是自由振动,二是受迫振动,三是自激振动。
,是在系统本身所固有的内力作用下发生的, 而不受外力的作用。在自由振动的状态下,系统以它的一个或几个固有频率振动着,这些固有频率是动态系统所具有的特征。自由振动通常是通过地基传来的冲击引起的,有时也是由于往复运动的部件快速反向所引起的。一般来讲,多自由度系统的自由振动是包含几个频率分量的周期振动。
,即指在外激振力扰动下激发的振动。例如在车床,铣床和磨床上,常见到迴转主轴系统的受迫振动,其频率取决于迴转主轴系统的转速。主要振源有以下这些:(1)地基引起的机床振动。(2)高速迴转的机床不平衡部件和工件引起的振动。(3)机床传动机构的缺陷所引起的振动。(4)切削过程的间歇特性搜引起的振动。(5)往复运动的机床部件的惯性力所引起的振动。
,或称颤振,是刀具和工件之间自发产生的振荡,可以根据其振幅突然增长的特点来加以识别。自激振动是由机床本身所产生的。通常是由于切削过程的动态不稳定或在导轨上运动质量的动态不稳定(爬行)或液压伺服机构的动态不稳定等原因造成的。发生自激振动的原因,主要由以下这些(1)切削过程中,由于存在欠阻尼特性而引起初生颤振。(2)前一次在工件表面产生的振纹,将使第二次走刀的切削深度发生周期性的变化,从而产生交力而加强颤振。(3)由于机床结构本身特性所引起的机床颤振。
机床的加工质量主要是由静态精度和动态特性决定,在机床设计中往往已经确定其工作范围,在机床的使用中若在这个工作范围内达不到所需要的加工精度,往往都是由振动引起的,而静态精度则是可以通过调整机床达到的,动态性能在传统的机床设计方法中很难实现,而在现代设计方法中,即虚拟样机技术则可以通