机床主轴部件的动态优化设计方法‘ !‘
…唐…,
’乙,
‘“
’ ! !
’“
人
酬一
科
心机械工程一系
摘性,
要
本文给出了一种对机床主轴部件进行动态优化设计的方法
。
该方法以
降低主轴前端动柔度值为优化目由于本文综合利用传递矩阵,
碎
,
优化后的主轴结构可以提高机床的切削稳定,
和辞子结构的概念,
来寻找薄弱模态并计算其能量。
分布率
故可使优化设计的过程。
仅在微型计算机上就可完成
最后以实例
,
证明
了本文方法的适用性!
丁
’
·
,
!
一机床的动态稳定性具与工件的相对动柔度因素之一,,。
、
前
一〕
一
阵刁
是指机床抵抗再生型切削颤振的能力,。
,
这个能力的大小,
,
依赖于刀,
因此设法使机床的动柔度值在整个工作频率范围内较小就是对其
进行动态稳定性优化设计所要达到的主要目标是主轴部件的静态和动态特性年 3月 2 5日收到。。
影响机床动柔度的因素较多,
其中最重要的,
某些研究表明
在发生颤振的振动位移中
主轴
本文于
重
庆。
大因此,
学
学
报
198 7年
部件所占比重法,
,
有时可高达6~ 8% 0 0,
直接研究主轴部件动态优化设计的理论和方。
以不断提高机床的设计水平和质量
,
亦是当前的一个重要课题,
按照一般的提法
优化设计乃是在满足约束条件的情况下,。
求使目标函数取极值的各设,
计变量
。
但由于主轴部件比较复杂,
实用中往往受到一定的局限
特别是针对提高动态稳定它利用主轴动柔度与,
性的优化设计
更有必要探索新的优化设计途径,
本文根据机床结构的动态优化设计原理,,
, 1〔,〔〕 2〕导出了以降低主轴部件前端动柔度值为目标的一种优化方法
模态柔度的关系
首先寻找薄弱模态和该模态上的薄弱环节,,、
然后在一定的约束条件下。
改进这些环节的设计参数降低模态柔度,,参所以能使目标函数的变化快速准确利用传递矩阵法和子结构的概念,
从而降低动态柔度由于是先找薄弱模度再行调从而避免了参数调整的盲目性此外本文综合,
。
使优化设计内容。
,
仅在微型计算机上即可完成用 B A S I C,。
语言编制的计算机程
序
,
已在尸C一 150 0袖珍计算机上取得成功
最后以实例
,
验证了该方
法对主轴部件的动态优化设计行之有效
二
、
主轴部件的动态优化设计原理,
I设主轴前端在与轴线垂直的方向上作用一动态切削力 F受力点在沿受力方向上的动: !阶戈1态响应为则在小阻尼情况下主轴部件在受力点的第动刚度值 R可近似表示为,,
:〔3〕 f阵: *
、。
。
乏,
e
,
,:
, 1 )
(
其中
:
。
:
月
:r
—第—移 );‘
第
‘
阶模态频率
单位 1/; s ., r阶模态振动时第个子结构的相对振幅值 (包括横向位移和转角位
主轴系统中第个子结构—主轴计算模型的子结构总数粘性;:— r设 D为第个子结构的阻尼能则n。
C
,
r
的
阻尼系数,
,
D,代人 ( 1 )式
:
,
=
汀。 C
:
r
A
r愁
(2 ) (3)则有( 4 ),
应有
R
·
“
D青乏:
n
; r
,又设犷为主轴系统作第:阶模态振动时的总弹性恢复能。
月·
: *
、2:
(
命艺鲁),
一
K
2二‘。,
其中 K
:为主轴系统第
‘
阶模态刚度
:雪为第
‘
阶模态阻尼比
而且
第3期:= K
唐一科厂
:
机床主轴部件的动态优化设计方法月
2
:= 2
艺r, 1
。
‘: 5
(
,
=
工 2
.
止些 2汀
勺卫些:~
厂
( 6 )
( 5
)
式中的犷,
。,
,
为主轴系统作第
。
阶模态振动时
,
第,
,
个子结构的弹性恢复能
。
假定主轴系统为具有粘性比例阻尼的结构而且其模态振型值已相对主轴前端::二 1,:, s l:激振点位置规一化即 A则系统的第阶模态柔度f应为〔〕.,
进一步
J,则由 ( 4 )式
:=
一
A
一会舒=‘= s王、
刃
.:
1
( 7 ),
可得主轴部件作第尸犷,
阶模态振动时
巴签一-于二,刁
::八 (艺g,
一;犷下,
1
_=
s工_:2
主轴前端 (即受力点 )的动柔度万为
:
:
雪
施
,
: s= 1, 2,”提高主轴部件动态稳定性减小各阶动柔度值才 (当一 )的措::应从减小相应模态柔度f和增大相应模态阻尼比乙两个方面进行:,,我们已注意到模度柔度f是一个与阻尼无关的参数它的大小仅取决于部件的质量和显然,。。
刚度
改变质量,
、
刚度的大小或配置方式,
, f
:
均将发生明显的变化‘
。
因此
,
在目前还难于对。
阻尼进行定量描述的情况下事实上
可首先从模态柔度了着手
,
对主轴部件进行动态优化设计这里,。
机床
并不在所有模态上都出现不稳定现象
。
把出现不稳定现象的模态称理论分析指出,
为薄弱模态
所以寻求薄弱模态将是动态优化设计的第一步工作:,各阶模态柔度与相同位置上的静柔度f之间有如下关系
,
主轴部件
f
,=
艺人
于是应有
…… 此处隐藏2921字 ……
关于机械结构振动特性优化设计的研究,
《
机床动态特性文集》
0第 362一 3 8页北京机床所年,:科张济生机床主轴部件的支承参数识别中国机械工程学会第三届机械加唐一工年会论文集 (一 )年 10月第 19 7一 202页,,:《以〕孙靖民机床结构计算的有限元法》机械工业出版社 1 9 8 3年 1 0第 17篇1 9 5 0、
,
1 9 5 2
,