一种优化机床大件结构动态特性的方法技术

本发明专利技术提供的一种优化机床大件结构动态特性的方法，用于优化机床大件结构的质量和刚度，包括以下步骤：步骤1，采集各个测试点的加速度数据；步骤2，构建简化模型，获取模态数据；步骤3，依据质量灵敏度公式、刚度灵敏度公式确定机床大件结构质量薄弱点和刚度薄弱点；步骤4，确定各个测试点上结构质量目标函数和结构刚度目标函数；步骤5，计算出各结构质量的优化值和结构刚度的优化值；步骤6，分别对比机床大件结构质量优化前后以及刚度优化的前后各阶模态频率和振幅的变化；以及步骤7，分别利用机床大件结构质量优化后、刚度优化后的各阶模态频率进行模态置信准则MAC验证整个方法的可靠性。

A Method for Optimizing Dynamic Characteristics of Machine Tool Large Parts

The method for optimizing the dynamic characteristics of large parts structure of machine tool is provided, which can be used to optimize the quality and stiffness of large parts structure of machine tool. It includes the following steps: step 1, collecting acceleration data of each test point; step 2, building a simplified model to obtain modal data; step 3, determining the weak points of large parts structure quality of machine tool according to quality sensitivity formula and stiffness sensitivity formula. Step 4 determines the objective function of structural quality and structural stiffness at each test point; Step 5 calculates the optimal value of structural quality and structural stiffness; Step 6 compares the changes of modal frequencies and amplitudes before and after structural quality optimization and stiffness optimization of large parts of machine tools; and Step 7 uses large parts of machine tools separately. The reliability of the whole method is verified by the modal confidence criterion MAC for each order of modal frequencies after structural quality optimization and stiffness optimization.

【技术实现步骤摘要】
一种优化机床大件结构动态特性的方法
本专利技术涉及机床设备领域，具体涉及一种优化机床大件结构动态特性的方法。
技术介绍
一般机床整机主要由主轴箱、立柱、滑板、工作台和床身等大件组成，如何合理优化各大件的结构质量以及结构刚度对于提高数控机床制造技术有着深远影响。目前，机床行业仍沿用经验、类比的传统方法设计机床静刚度和静强度，没有充分认识到机床动态特性对机床性能的重要影响作用。也有一些科研人员使用仿真方法对机床大件结构进行了动态性能的设计研究，虽然仿真方法正确科学，但缺少一套从实际产品测试中发现结构质量薄弱环节、结构刚度薄弱环节到修改结构质量薄弱环节、结构刚度薄弱环节，最后完成机床大件结构的结构质量优化和刚度优化的方法。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够高效、可靠地完整优化机床大件结构的结构质量和结构刚度的方法。本专利技术提供了一种优化机床大件结构动态特性的方法，用于优化机床的大件结构的质量和刚度，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集大件结构上各个测试点上的加速度数据；步骤2，构建大件结构的简化模型，获取大件结构各阶模态频率数据与振型矩阵数据；步骤3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化机床大件结构动态特性的方法，用于优化所述机床的所述大件结构的质量和刚度，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集所述大件结构上各个测试点上的加速度数据；步骤2，构建所述大件结构的简化模型，获取所述大件结构各阶模态频率数据与振型矩阵数据；步骤3，结合所述大件结构各阶模态频率数据、振型矩阵数据，分别通过质量灵敏度公式、刚度灵敏度公式确定所述大件结构的质量薄弱点和刚度薄弱点，所述质量灵敏度公式为：

【技术特征摘要】
1.一种优化机床大件结构动态特性的方法，用于优化所述机床的所述大件结构的质量和刚度，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集所述大件结构上各个测试点上的加速度数据；步骤2，构建所述大件结构的简化模型，获取所述大件结构各阶模态频率数据与振型矩阵数据；步骤3，结合所述大件结构各阶模态频率数据、振型矩阵数据，分别通过质量灵敏度公式、刚度灵敏度公式确定所述大件结构的质量薄弱点和刚度薄弱点，所述质量灵敏度公式为：所述刚度灵敏度公式为：ωr为所述大件结构第r阶固有频率；φir和φjr分别为所述大件结构第r阶固有频率中的测试点i和测试点j的振型向量，mij为所述大件结构测试点i与测试点j之间的结构质量，kij为所述大件结构测试点i与测试点j之间的结构刚度；步骤4，确定各个所述测试点上结构质量分布的目标函数以及结构刚度分布的目标函数，结构质量分布的目标函数为：Maxf(m)变量：m＝(m1，m2，…mn)约束条件：fi≥[fi]ψi≤[ψi]mi-min≤mi≤mi-maxf(m)为所述大件结构动态特性；m为所述大件结构某个测试点结构质量，m1、m2、mn分别为所述大件结构的第1个测试点、第2个测试点以及第n个测试点的结构质量，mi为所述大件结构的第i个测试点的结构质量，fi为所述大件结构的第i阶固有频率，[fi]为所述大件结构的第i阶最低频率值，ψi为所述大件结构第i阶模态振幅，[ψi]为所述大件结构的第i阶模态最大振幅，mi-min为所述大件结构的第i个测试点的结构质量的最低允许值，mi-max为所述大件结构的第i个测试点的结构质量的最高允许值；步骤5，通过各测试点的结构质量的目标函数计算出各测试点的结构质量的合理优化值，通过各测试点的结构刚度的目标函数计算出各测试点的结构刚度的合理优化值；以及步骤6，通过结构质量优化值对比所述大件结构优化前后的各阶模态频率和振幅的变化值，通过结构刚度化值对比所述大件结构优化前后的各阶模态频率和振幅的变化值。2.根据权利要求1所述的优化机床大件结构动态特性的方法，还包括：步骤7，利用所述大件结构各测试点的结构质量优化后的整个大件结构各阶模态频率进行模态置信准则MAC验证，以及利用所述大件结构各测试点的结构刚度优化后的整个大件结构各阶模态频率进行模态置信准则MAC验证，若验证的结果不理想，则重复所述步骤6直至MAC验证取得理想的结果。3.根据权利要求1所述的优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天箭，丁晓红，吴晨帆，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31