一种优化机床结构阻尼的方法技术

一种优化机床结构阻尼的方法，包括以下步骤：提供机床工作频率并确定待优化的零件；测试零件的材料的振动性能，拟合得到材料损耗模型；建立结构损耗模型，将材料损耗模型与结构损耗模型的拟合函数相乘得到综合损耗模型；测试零件本身的振动性能，拟合得到综合损耗模型；确定工作频率下综合损耗模型满足阻尼性能的参数条件，分别对零件结构与材料进行调整以满足参数条件要求，得到优化零件。该方法在零件设计阶段能够对零件的材料与结构进行综合优化，有效改善机床零件的阻尼性能，缩短机床设计周期，改善机床阻尼性能，提高机床加工精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种优化机床结构阻尼的方法


[0001]本专利技术属于机床领域，具体涉及一种优化机床结构阻尼的方法。

技术介绍

[0002]在机床加工过程中，机床结构一方面受到加工过程中产生的冲击作用发生振动，另一方面生产环境如邻近设备如冲床、移动运输设备等同样会导致振动。因此，对高精度机床而言，控制机床阻尼对降低振动危害提高加工精度十分重要。然而，机床系统相对复杂，现有方法通常依靠经过理论简化的模型进行数值模拟，难以为机床结构的优化特别是具体零件的结构优化提供具体的指导方向。而对零件结构的优化往往依赖于技术人员的经验，需要经过反复尝试与试验，设计周期长，试验成本高。因此，提供一种优化机床结构阻尼的方法，对于优化机床设计流程，提高机床加工精度，具有很高的实用价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种优化机床结构阻尼的方法，有效评估零件结构更改对阻尼的影响。
[0004]根据本专利技术的实施例，提供一种优化机床结构阻尼的方法，该方法包括以下步骤：提供机床工作频率，确定待优化的零件。采用所述待优化的零件的材料制备标准样件进行振动测试，拟合得到该材料的材料损耗模型β=f(ω)，其中f(ω)为拟合函数，ω为频率。对所述待优化的零件进行模态分析，建立该零件结构损耗模型α=g(ω)。建立综合损耗模型η=βα，对所述待优化的零件进行振动测试，拟合得到η，并进一步解出α的具体参数。确定机床工作频率下η满足阻尼性能要求时，函数f(ω)与g(ω)的参数所应满足的条件F(f,g)。根据F(f,g)对所述待优化的零件的材料与零件结构进行调整，以改变f(ω)与g(ω)的参数，得到优化零件。测试优化零件的阻尼，当阻尼不满足要求，重复对零件的材料与零件结构进行调整的步骤进行迭代；当阻尼满足要求，迭代终止。
[0005]通过上述方法能够对零件材料、结构对阻尼性能的影响进行综合量化分析，从而对零件的阻尼性能作出针对性的调整，提高机床结构优化的效率，改善机床的结构阻尼。
[0006]进一步地，在部分实施例中，所述待优化的零件为一体成型零件。对于由多个部件组装而成的零件，装配间隙等因素会对阻尼性能产生影响，增加分析计算的误差。
[0007]进一步地，在部分实施例中，f(ω)=aω
b
，其中a、b为拟合参数。幂函数形式拟合准确度较高。
[0008]进一步地，在部分实施例中，g (ω)=1
‑
cω
d
，其中c、d为拟合参数。
[0009]进一步地，在部分实施例中，所述待优化的零件材料为铸造材料的机加工成型件。铸材机加工成型零件的组织相对均匀，相同材料制造的标准件的振动测试结果具有较为准确的参考性。
[0010]进一步地，在部分实施例中，所述待优化的零件材料为铸铁，调整f(ω)参数的方
法为改变铸铁中的碳当量。通过改变铸铁中的碳当量，能够调整材料的阻尼性质。
[0011]进一步地，在部分实施例中，改变g(ω)参数的方法为对所述待优化的零件进行结构优化。对材料的质量分布、型面、开孔状态进行调整，能够改变相关参数。
[0012]进一步地，在部分实施例中，所述结构优化包括拓扑优化和形状优化。拓扑优化与形状优化是有效的结构优化方法。
[0013]进一步地，在部分实施例中，在开始优化前提供多个具有不同结构的待优化的零件，分别确定其结构损耗函数；在对零件结构进行调整时，以结构损耗函数的参数与条件F(f,g)最接近的所述待优化的零件为基础进行结构调整。提供多个零件有助于总结零件阻尼性质的特征，同时降低零件结构优化的工作量。
[0014]进一步地，在部分实施例中，的取值在10Hz
‑
1000Hz范围内。
附图说明
[0015]图1a为一实施例中待优化的结构件的结构示意图；图1b为一实施例中待优化的结构件第二方案的结构示意图；图2为一实施例中制造零件的灰铸铁材料损耗模型拟合曲线；图3a为一实施例中待优化的结构件第一方案的结构损耗模型拟合曲线；图3b为一实施例中待优化的结构件第二方案的结构损耗模型拟合曲线。
[0016]上述附图的目的在于对本专利技术作出详细说明以便本领域技术人员能够理解本专利技术的技术构思，而非旨在限制本专利技术。为了表达简洁，上述部分附图仅示意性地画出了与本专利技术技术特征有关的结构，并未严格按照实际比例画出完整结构与全部细节。
具体实施方式
[0017]下面通过具体实施例结合附图对本专利技术作出进一步的详细说明。
[0018]本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本文的至少一个实施例中。在说明书的各个位置出现的该短语并不一定指代同一实施例，也并非限定为互斥的独立或备选的实施例。本领域技术人员应当能够理解，在不发生结构冲突的前提下本文中的实施例可以与其他实施例相结合。
[0019]本文的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，可以是活动连接，也可以是固定连接或成一体。对本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
[0020]本文的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”、“高度”、“长度”、“宽度”等指示方位或位置关系的术语目的在于准确描述实施例和简化描述，而非限定所涉及的零件或结构必须具有特定的方位、以特定方位安装或操作，不能理解为对本文中实施例的限制。
[0021]本文的描述中，“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同对象，而不能理解为指示相对重要性或限定所描述技术特征的数量、特定顺序或主次关系。本文的描述中，“多个”的含义是至少两个。
[0022]本专利技术的一个实施例提供一种优化机床结构阻尼的方法。对于如图1a所示的梁状机床结构件，现需要对其阻尼性能进行优化。采取如下步骤：
该结构件应用的机床待优化的频率为。确定优化对象为该梁状机床结构件，其材料为灰铸铁。
[0023][0024]表1 灰铸铁振动测试结果。
[0025]利用与该结构件相同的灰铸铁制备标准试样进行自由振动测试，其结果如表1所示，按幂函数f(ω)=aω
b
形式进行拟合，得到该灰铸铁的材料损耗模型β=f(ω)，如图2所示，求得拟合参数a=0.0058，b=0.8213，得到β=0.0058ω
0.8213
。
[0026]对该结构件进行模态分析，建立零件的结构损耗模型α=g(ω)=1
‑
cω
d
。进而，建立综合损耗模型η=βα。对该零件进行振动测试，其结果如表2所示，拟合得到η的函数形式如图3a所示，并根据综合损耗模型解出α的具体参数，求得拟合参数c1=0.5989，d1=0.08597，得到α=1
‑
0.5989ω
0.08597
。
[0027][0028]表2 结构损耗测试结果。
[0029]根据机床对阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优化机床结构阻尼的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供机床工作频率，确定待优化的零件；采用所述待优化的零件的材料制备标准样件进行振动测试，拟合得到该材料的材料损耗模型β=f(ω)，其中f(ω)为拟合函数，ω为频率；对所述待优化的零件进行模态分析，建立该零件的结构损耗模型α=g(ω)；建立综合损耗模型η=βα，对所述待优化的零件进行振动测试，拟合得到η，并进一步解出α的具体参数；确定机床工作频率下η满足阻尼性能要求时，函数f(ω)与g(ω)的参数所应满足的条件F(f,g)；根据F(f,g)对所述待优化的零件的材料与零件的结构进行调整，以改变f(ω)与g(ω)的参数，得到优化零件；测试优化零件的阻尼，当阻尼不满足要求，重复对零件的材料与零件的结构进行调整的步骤进行迭代；当阻尼满足要求，迭代终止。2.根据权利要求1所述的优化机床结构阻尼的方法，其特征在于，所述待优化的零件为一体成型零件。3.根据权利要求1或2所述的优化机床结构阻尼的方法，其特征在于，f(ω)=aω
b
，其中a、b为拟合参数。4.根据权利要求1或2所述的优化机...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，
申请(专利权)人：阿帕斯数控机床制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：