【技术实现步骤摘要】
考虑结合部刚度的高速加工机床整机结构动态设计方法
本专利技术涉及一种考虑结合部刚度的高速加工机床整机动态设计方法，属于数控机床设计领域。
技术介绍
数控机床正朝着高速与高精度方向发展，产业界对高速加工机床的动态性能要求越来越高。建立高速加工机床整机动力学模型，开展整机动力学分析，继而完成机床的动力学设计，是高速机床研发的首要技术环节。研究表明：机床结合部的动态参数建模精度，是决定高速加工机床动力学设计准确性的主要因素。高速加工机床的典型结合部包括：平面结合部与滚动结合部。机床结合部刚度一直是研究热点问题，综合起来，国内外学者提出的结合部参数的获得方法，主要包括两类：①试验测试法：其原理是利用锤击的方式施加结合部以竖直和水平方向以激励，进而得到激励方向上的振动信号，再利用模态辨识理论得出结合部的刚度与阻尼。还有部分学者搭建了试验台，或者运用刚度试验机分别进行垂直加载实验和偏载，测得导轨滑块相对于导轨滑轨的位移，再进行数据处理获得导轨的线刚度和角刚度。②理论计算法：国内外的学者对滚珠导轨结合部刚度特性的计算进行了大量的研究。这种方法主要是将滑轨、滑块视作刚体，运用He...
【技术保护点】
1.一种考虑结合部刚度的高速加工机床整机结构动态设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：高速加工机床三维数字化建模：将高速加工机床的几何结构、物理参数，转化为三维CAD、CAE模型；步骤2：机床平面结合部动态参数计算：采用平面结合部动态参数分形几何模型，计算平面结合部的法向与切向刚度，为高速加工机床整机动态建模提供基础数据；步骤3：机床导轨结合部动态参数计算：采用直线导轨结合部5自由度刚度模型，计算线刚度ky、kz、旋转刚度kθx、偏摆刚度kθy、kθz，为高速加工机床整机动态建模提供基础数据；步骤4：高速加工机床整机结构动态特性分析计算：开展机床整机固有频率与模态...
【技术特征摘要】
1.一种考虑结合部刚度的高速加工机床整机结构动态设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：高速加工机床三维数字化建模：将高速加工机床的几何结构、物理参数，转化为三维CAD、CAE模型；步骤2：机床平面结合部动态参数计算：采用平面结合部动态参数分形几何模型，计算平面结合部的法向与切向刚度，为高速加工机床整机动态建模提供基础数据；步骤3：机床导轨结合部动态参数计算：采用直线导轨结合部5自由度刚度模型，计算线刚度ky、kz、旋转刚度kθx、偏摆刚度kθy、kθz，为高速加工机床整机动态建模提供基础数据；步骤4：高速加工机床整机结构动态特性分析计算：开展机床整机固有频率与模态特性、机床刀具与工件之间谐响应对平面结合部与导轨结合部的刚度参数、机床主要零部件的结构参数的灵敏度计算，寻找机床动态薄弱环节；步骤5：高速加工机床整机结构动态设计：针对“步骤4”寻找到的机床薄弱环节，并基于上述灵敏度计算结果，以提高机床动态性能为目标，提出高速加工机床整机结构动态设计方法。2.根据权利要求1所述的考虑结合部刚度的高速加工机床整机结构动态设计方法，其特征在于所述步骤1，高速加工机床三维数字化建模，具体为采用三维数字化软件如Solidworks或者Pro-E等，将拟设计的高速加工机床的初步结构转化为三维CAD、CAE模型。3.根据权利要求1所述的考虑结合部刚度的高速加工机床整机结构动态设计方法，其特征在于所述步骤2，机床平面结合部动态参数计算，采用平面结合部动态参数分形几何模型，分为以下两步：1)平面结合部法向刚度Kn计算，式中：D为粗糙表面轮廓分形维数；al′为微凸体最大接触截面积；ac′为临界接触截面积；E*＝[(1-v12)/E1+(1-v22)/E2]-1，E1、E2、v1、v2分别是两接触材料的弹性模量和泊松比。2)平面结合部切向刚度Kτ计算，式中，ν为材料泊松比。4.根据权利要求1所述的考虑结合部刚度的高速加工机床整机结构动态设计方法，其特征在于所述步骤3，导轨线刚度ky、kz的计算为：1)几何变形协调方程建立滚动导轨结合部在受到竖直方向作用力时的变形，其几何变形协调方程为：对于第一列滚珠，对于第三列滚珠，式中：δ0为法向初预紧量；δ1为第一列滚珠法向变形；δ3为第三列滚珠法向变形；δz为滑块相对于滑轨产生微小变形；β为初始接触角；β’为第一列滚珠实际接触角；β″为第三列滚珠实际接触角；A1B1为滑轨滚道与滑块滚道的曲率中心距离；2)物理方程的建立对于第一列滚珠：对于第三列滚珠：式中αi、αo为内外滚道的接触常数，由赫兹接触理论求得；P1、P3为第一、三列滚珠所承受压力；3)力平衡方程建立滚动导轨滑块在垂直方向受力平衡方程式：2zP1sinβ′-2zP3sinβ″＝Fz(9)式中：z为单列滚子数；Fz为作用在滑块上的垂直力；4)导轨线刚度ky、kz的计算用牛顿迭代法，求解方程(3-9)，获得P1、P3、β′、β″、δz计算kz＝dFz/d...
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