结合测试与仿真技术提升机床动态特性的结构优化方法

专利主权项内容

1.一种结合测试与仿真技术提升机床动态特性的结构优化方法，用于提高所述机床的各阶固有频率，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，对机床进行模态测试，得到所述机床各阶测试模态数据，将所述机床各阶测试模态数据作为实验数据，所述模态数据包括频率数据、振型数据、振幅数据；建立所述机床的有限元模型，仿真计算所述机床各阶仿真模态数据，将所述机床各阶仿真模态数据作为仿真数据；步骤S2，对比所述实验数据的各阶固有频率和所述仿真数据的各阶固有频率，通过调整所述有限元模型的主要部件的关键部位的刚度值得到所述主要部件的改善刚度值，所述主要部件包括主轴箱、立柱、滑鞍、工作台和床身；步骤S3，将具有所述改善刚度值的所述主要部件代入所述有限元模型，对该有限元模型加载特定力并进行动力学谐响应分析，得到所述有限元模型的刀具中心点在全频率范围受力状态下模态数据变化量；步骤S4，基于所述刀具中心点模态数据变化量，对所述有限元模型进行灵敏度分析，当定量改变所述部件质量数值，所述刀具中心点模态数据变化量最大时，所述部件称为薄弱部分；具体分析过程是在有限元模型中通过对包含机床部件的机床的刀尖点施加特定力构建动力学方程表达式1，其中M为机床部件的特征质量值；C为机床部件的特征阻尼值，K为机床部件的特征刚度值，X为机床的刀尖点的空间坐标位移量，F(t)为特定力的值，为X的一阶导数，/>为X的二阶导数；对应同一主要部件，在C，K，F(t)不变的条件下，改变X，得到部件质量与刀尖空间坐标位移量的关系曲线，对比不同主要部件的部件质量与刀尖空间坐标位移量的关系曲线，得到薄弱部分；步骤S5，以调整所述薄弱部分的刚度数值及质量数值为目的，得到多组优化方案；对应薄弱部分的具体优化方法表现为增大结合面的结合刚度及减少薄弱部分涉及部件的质量值；步骤S6，将多组所述优化方案代入所述有限元模型进行有限元分析并做效果对比，确定最优方案；确定最优方案应遵循的原则为：(1)在机床对应的特定工作频段内避免大振幅数据的出现，(2)应考虑使得机床各阶固有频率的提高，(3)应考虑使得机床振幅的降低；步骤S7，根据所述最优方案，根据加工制造需求进行微调，对所述机床进行加工装配和测试，得到动力学性能改善的改善机床；步骤S8，对比分析所述改善机床较所述机床的测试模态数据的各阶固有频率的提升率，确认所述最优方案的先进性及进一步优化所述改善机床的可行性。