六轴数控机床结构设计与动态特性分析_赵成喜
高速数控车削中心动态特性分析及结构优化
２０１２年２月 第４０卷第３期 机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｆｅｂ．２０１２ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１２．０３．０３５
高速数控车削中心动态特性分析及结构优化
周军勇 ，金涛 ，赵万华 ，王冠群
（１．西安交通大学苏州研究院，江苏苏州２１５０２１；２．西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，
陕西西安７１００４９；３．大连机床（数控）股份有限公司，辽宁大连１１６６２０）
摘要：以某高速数控车削中心为研究对象，建立了基于结合面的整机有限元模型，并对其进行了动态特性分析，得到
系统的各阶固有频率与振型图，找出了影响整机动态特性的薄弱环节。通过改进调整垫的结构，提高了机床的第一阶固有
频率，改善了机床整机的动态性能。
关键词：高速数控车削中心；结合面；动态特性分析；结构优化
中图分类号：ＴＧＳ０２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３８８１（２０１２）３—１２２—４
Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ｆｏｒ ｔｈｅ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ ＣＮＣ Ｔｕｒｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ
ＺＨＯＵ Ｊｕｎｙｏｎｇ ，ＪＩＮ Ｔａｏ ，ＺＨＡＯ Ｗａｎｈｕａ ，ＷＡＮＧ Ｇｕａｎｑｕｎ
（１．Ｓｕｚｈｏｕ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１５０２１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｘｉ’ａｌｌ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ Ｓｈａａｎｘｉ ７ １００４９，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｄａｌｉａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔ０ｏｌ（ＣＮＣ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｄａｌｉａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １６６２０，Ｃｈｉｎａ）
精密数控内圆复合磨床结构动态特性分析
精密数控内圆复合磨床结构动态特性分析
精密数控内圆复合磨床结构动态特性分析*
田军1 徐国志2 宫振鹏3 高福海3
【摘要】摘要数控内圆复合磨床因其高精度、高效率而广泛用于轴类零件的精加工阶段，其结构动态特性关系到工件的加工质量，所以在磨床设计阶段运用有限元方法对其展开动态特性分析与改进设计显得十分重要。针对用于加工大尺寸的机床主轴零件的WX-2015精密数控内圆复合磨床展开结构动态特性分析与改进设计：1)利用Pro/E软件和ANSYS软件建立磨床的有限元模型，基于赫兹接触理论计算带滚珠丝杠的滚动直线导轨结合部的刚度，并将其施加到磨床的有限元模型中。2)对整机进行模态分析与谐响应分析，并展开滚珠丝杠与滚动直线导轨选型与安装方式对磨床动态特性影响的讨论。
【期刊名称】精密制造与自动化
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】4
【关键词】关键词内圆复合磨床结构动态分析有限元法
研究的精密数控内圆复合磨床(WX-2015)主要用于加工大尺寸的机床主轴零件，可在一次装夹中完成主轴零件的莫氏内锥孔、前端圆柱面、端面和深孔的加工。因其高的加工精度及高的磨削速度要求磨床结构必须具有更加合理的结构和优良的动态特性，因此在设计阶段展开结构动态特性分析显得十分重要。
借助ANSYS软件建立内圆复合磨床的有限元模型，并考虑带滚珠丝杠的直线导轨结合部参数对整机动态特性的影响，对整机展开模态分析与谐响应分析。根据分析结果判断整机中结构的薄弱环节，并讨论滚珠丝杠与直线导轨的选型及安装方式的改变对整机动态特性的影响。
基于结合面参数的整机动态特性分析与试验研究
第２期 ２０１２年２月 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ １４９
文章编号：１００１—３９９７（２０１２）０２—０１４９—０２
基于结合面参数的整机动态特性分析与试验研究术
郭成龙袁军堂李奎翁德凯陈展翼
（南京理工大学，南京２１００９４）
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅ
ｔｏｏｌｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｏｉｎｔｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ＧＵＯ Ｃｈｅｎｇ—ｌｏｎｇ，ＹＵＡＮ Ｊｕｎ—ｔａｎｇ，ＬＩ Ｋｕｉ，ＷＥＮＧ Ｄｅ－ｋａｉ，ＣＨＥＮ Ｚｈａｎ－ｙｉ
（Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）
【摘 要】机床结合面特性对其整体性能具有很大影响，利用ＡＮＳＹＳ软件分别对立式数控铣床
ＡＶＣＰ１２００Ｈ结合面刚性联接、柔性联接的有限元模型进行模态分析，然后通过整机模态试验验证两种
有限元模型的分析吻合，并对试验误差产生的原因进行分析，提出了优化模型的建议，为该型机床动力
学研究及数字化设计制造提供了参考。试验结果表明：结合面柔性联接的模态分析与锤击试验结果较为
吻合，３阶以上的误差均在２０％以内，证明结合面处的动态特性参数对机床性能有很大影响。
关键词：结合面；模态分析；动态特性
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ ｇｒｅａｔｌｙ，ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｖｅｒｔｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ＡＶＣＰ１２００Ｈ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ＡＮＳＹＳ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｒｉｇｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ．Ｔｈｅｎ
数控机床进给系统动态特性评价研究
数控机床进给系统动态特性评价研究
周义成;胡小秋;韩兴;胡雨伸
【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》
【年(卷),期】2018(000)004
【摘 要】为更加全面准确地评价数控机床进给系统的动态性能,建立了进给系统动态性能的评价指标体系.从抗振性和瞬态响应性能两个方面确定评价指标,应用模糊层次分析法建立直觉模糊偏好关系矩阵,并依据实际工况建立了隶属度函数,从而得到评价矩阵.以MCH63数控机床为对象进行应用评价研究,结果表明该机床进给系统动态特性综合性能良好,并指出可通过对固有频率性能指标进行优化从而提高进给系统的整体性能.分析表明,该方法能够有效评价进给系统动态性能.
【总页数】4页(P178-181)
【作 者】周义成;胡小秋;韩兴;胡雨伸
【作者单位】南京理工大学 机械工程学院,南京 210094;南京理工大学 机械工程学院,南京 210094;南京理工大学 机械工程学院,南京 210094;南京船舶雷达研究所,南京 210094
【正文语种】中 文
【中图分类】TH165;TG659
【相关文献】
1.数控机床进给单元滚动结合部轴向动态特性参数识别 [J], 朱坚民;张统超;王健;李孝茹 2.数控机床双丝杠驱动直线进给系统静动态特性分析 [J], 丁喜合;袁军堂;汪振华;董香龙
3.自适应模糊控制的再制造数控机床进给伺服系统动态特性分析 [J], 唐军;赵波
4.基于数控机床的轴向进给系统动态特性分析 [J], 胡世军;张红香;张代录
5.数控机床进给系统静动态特性分析 [J], 郑雷;秦鹏;董香龙;韦文东
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高速数控车床进给系统静动态特性分析
２０１１年１２月 第３９卷第２３期 机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯ０Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｄｅｃ．２０ｌｌ Ｖ０１．３９ Ｎｏ．２３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１１．２３．０３４
高速数控车床进给系统静动态特性分析
廖平
（中南大学机电工程学院，湖南长沙４１００８３）
摘要：高速数控车床的进给系统是重要部件，其静动态特性对机床整体性能的影响非常突出，应用ＡＮＳＹＳ软件对高速
数控车床进给系统进行了有限元分析。为了提高分析效率，对高速数控车床进给系统原始设计进行了简化，这些简化均不
会对整体应力分布有明显影响。建立了高速数控车床进给系统有限元模型，分析其静态特性。通过模态分析得到高速进给
系统固有频率和主振型，为高速数控车床的动态性能评估提供依据。
关键词：高速数控车床；进给系统；模态分析；有限元
中图分类号：ＴＧ５１９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３８８１《２０１１）２３—１２０—３
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ＣＮＣ Ｌａｔｈｅ
ＬＩＡＯ Ｐｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｈｕｎａｎ ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｅｅｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｏｒ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ＣＮＣ ｌａｔｈｅ，ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｓ ｖｅｒｙ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ ｔｏ ｇｌｏｂａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｆｅｅｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ＣＮＣ ｌａｔｈｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ
基于RCSA的多轴加工系统动态特性评估与分析
基于RCSA的多轴加工系统动态特性评估与分析
李鑫;唐小卫;吴鹏飞;闫蓉;李志栋;陈亮
【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》
【年(卷),期】2017(000)001
【摘 要】为了对多轴加工系统在主轴不同位姿时的动态特性进行定量评价和分析,基于子结构响应耦合法(RCSA)建立了机床刀具端动态特性的预测模型,采用锤击实验和有限元相结合的方法来获取主轴不同位姿时的频响函数.并从频响函数中提取动态特性评价指标.利用该方法对WHLG120 x35车铣复合加工中心的综合动态特性进行了评估与分析,指出了其加工的薄弱环节,并通过加工稳定性lobe图进行了验证.
【总页数】4页(P119-122)
【作 者】李鑫;唐小卫;吴鹏飞;闫蓉;李志栋;陈亮
【作者单位】华中科技大学 国家数控系统工程技术研究中心,武汉 430074;华中科技大学 国家数控系统工程技术研究中心,武汉 430074;华中科技大学 国家数控系统工程技术研究中心,武汉 430074;华中科技大学 国家数控系统工程技术研究中心,武汉 430074;中航飞机股份有限公司 长沙起落架分公司,长沙 410200;中航飞机股份有限公司 长沙起落架分公司,长沙 410200
【正文语种】中 文
【中图分类】TH162;TG506
【相关文献】 1.精密微切削加工系统的研制及结构动态特性分析 [J], 李晓舟;王晓冶;于化东;许金凯
2.薄壁零件铣削加工系统动态特性测试与分析 [J], 梁睿君;叶文华;黄翔
3.基于多轴机器人的浮雕加工系统设计 [J], 孙美卫
4.轴间耦合下多轴联动机床的位置维动态特性分析 [J], 王磊;刘海涛;杨啸;张俊;赵万华
5.多轴加工系统闭链刚度场建模与刚度性能分析 [J], 闫蓉;陈威;彭芳瑜;林森;李斌
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多轴数控专用机床床身动态特性的可靠性优化研究
第３１卷第３期 ２０１４年３月 机 电 工 程 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖ０１．３１ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１４
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４５５１．２０１４．０３．０１４
多轴数控专用机床床身动态特性的
可靠性优化研究 术
展晓琚 ，蒋立正 ，潘柏松
（１．浙江工业大学浙江省特种装备制造与先进加工技术重点实验室，浙江杭州３１００１４；
２．浙江机电职业技术学院机械工程分院，浙江杭州３１００５３）
摘要：针对多轴数控专用机床床身重量大、成本高的问题，将可靠性优化方法应用到床身的优化中。研究了床身的动态特性，集成 Ｐｒｏ／Ｅ、ＡＮＳＹＳ和Ｉｓｉｇｈｔ建立了可靠性优化的响应面近似数学模型，分析了设计变量对床身动态特性的影响；将床身重量最轻作为优 化目标，以床身动态特性的可靠度为性能约束，采用多岛遗传算法对床身的壁厚、加强筋的厚度和数量进行了可靠性优化设计。研 究结果表明，优化后的床身重量减小１５．２３％，动态特性的可靠度由９９．９７１％提高到９９．９９９ ９９％。 关键词：床身；动态特性；多岛遗传算法；可靠性优化；Ｉｓｉｇｈｔ 中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—４５５１（２０１４）０３—０３３４—０５
Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｆｏｒ
ｍｕｌｔｉ．ａｘｉｓ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｂｅｄ
ＺＨＡＮ Ｘｉａｏ－ｊｕｎ ，ＪＩＡＮＧ Ｌｉ—ｚｈｅｎｇ ，ＰＡＮ Ｂａｉ—ｓｏｎｇ
（１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅ＆Ｍ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ＆Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １００１４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｒａｎｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，
数控改造机床床身有限元分析及结构优化设计
1292021年第8期工程设备与材料
段 颖
辽宁装备制造职业技术学院，辽宁 沈阳 110161
摘 要：文章对经济型数控改造的床身进行了三维建模，通过ANSYS Workbench软件对数控改造机床的床身结构进行了有限元分析，获得床身的前六阶固有频率及振型。文章还对机床主轴箱内震源进行了计算分析，依据有限元分析结果，优化床身结构设计，在保证机床安全的基础上，对提高数控改造机床中的切削平稳性及新机床床身设计具有重要的意义。关键词：数控改造机床；床身；三维建模；有限元分析；优化设计中图分类号：TG659 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2021）08-0129-03
在机床的机械结构中，床身是重要的大型承载部件，
起着支承机床其余零部件的作用[1]。它的静动态性能的
优劣关乎机床整体的综合性能，尤其对机床的加工精度、
抗振性能等影响较大[2]。在经济型数控机床改造中，为
了降低改造成本，都会保留原有普通机床的床身，选择
C6140数控改造机床的床身作为分析对象，并应用ANSYS
Workbench软件对C6140床身进行固有频率、振型分析。另
外，对床身整体结构进行重新改造设计，能保证数控改造
机床的运动平稳性，优化切削加工性。
1 有限元建模关键技术
1.1 模型建立与网格划分
采用UG NX8.0软件对C6140床身创建三维模型。对
C6140车床床身进行必要的结构简化，简化后的床身模型如
图1所示。
图1 机床床身简化模型
运用UG NX8.0软件进行机床床身几何建模后，导入
ANSYS Workbench中进行网格划分。采用网格尺寸控制方法，
设置零件网格尺寸为30mm，划分后网格共有128284个节点、
69677个单元。C6140床身划分网格后的有限元模型如图2所示。
图2 划分网格后的床身模型（单位：mm）
1.2 载荷与边界条件
C6140车床床身材料选用HT200，材料属性如下：杨
氏模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3。对
关于数控机床加工中的动态研究
关于数控机床加工中的动态研究
摘要：运动的物体具有惯量，高速运动物体的惯量不仅决定了其本身的谐振频率，而且影响电动机的谐振频率和动态特性。受传统机床设计思维的影响，人们在数控机床设计中往往只重视转矩(功率)匹配，而忽视惯量匹配，从而严重影响整机性能，导致数控机床不能适应高速精密加工的要求。本文分析了惯量匹配在改善数控机床性能中的应用。
关键词：数控机床；动态分析；机械加工
机床的动态特性对于机床的加工精度和加工零件的表面质量有着重要的影响。机床在加工过程中首先要避开其共振频率，所以固有频率是机床动态特性的基本指标，而机床在一定频率变化的正弦交变载荷下所表现的动态刚度，则是衡量机床抵抗受迫振动的主要指标，特别是对于机床刀具点处，由于断续切削、材料硬度或加工余量的变化、回转零件不平衡等因素，导致刀尖相对于工件表面产生周期性振动，机床的白激振动还会诱发颤振，使加工零件的尺寸精度和表面质量急剧恶化，甚至使加工过程难以继续。因此，研究机床的动态刚度对于提高机床的加工质量至关重要。
1 转矩匹配与惯量匹配
我们知道，选择伺服电动机时，最大切削负载转矩不能超过电动机的额定转矩。折算至电动机轴的最大切削负载转矩为
式中Fmax—滚珠丝杠上的最大轴向载荷，等于进给力加摩擦力(N)；t′—丝杠导程(m)；Ч—滚珠丝杠的机械效率；Tpo—因滚珠丝杠螺母预加载荷引起的附加摩擦力矩(N·m)；Tfo— 滚珠丝杠轴承的摩擦力矩(N·m)；μ— 伺服电动机至丝杠的传动比。根据牛顿第二定律可知
式中JM—电动机本身的惯量(kg·m2)；JL—折合到电动机轴的负载惯量(kg·m2)；n—电动机的转速(r／s)；t—加减速时间(S)；M—电动机的转矩(N·m)；ML—折合到电动机轴的负载转矩(N·m)。dn／dt为角加速度，角加速度越小，则数控系统发出指令到进给系统执行完毕之间的时间越长，也就是通常所说的系统反应慢。如果角加速度变化，则系统的反应将忽快忽慢，影响加工精度。当进给伺服电动机已选定，则电动机转矩的最大值基本不变。如果希望角加速度的变化小，应使ＪＭ＋ＪＬ的变化尽量小，则最好使ＪＭ＋ＪＬ 所占比例小一些。这就是“惯量匹配” 的原则。
6-PUS并联机床的动态特性分析
第６期 ２０１３年６月 机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ １６ｌ ６－ＰＵＳ并联机床的动态特性分析 韩春胜 ，孙皆宜 （１．燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛０６６００４；２．中国煤炭科工集团唐山研究院，河北唐山０６３０１２； ３唐山学院基础教学部，河北唐山０６３０００） 摘要：叙述了模态分析的基础理论，利用有限元分析软件ＡＮｓＹｓ ｏｒｋｂｅｎｃｈ对处在初始位姿下的６－ＰＵＳ并联机床进 行模态分析，根据得到的并联机床的六个主自由度对应的共振频率和振型，总结了该机床的振动特性和刚度分布特点。 并在模态分析的基础上对其进行谐响应分析，得到了机床动平台沿 、ｙ、ｚ三个主运动方向的位移谐响应曲线，探讨了机 床的谐响应特性，进一步验证并联机床在外力作用下的抗振性能，为对并联运动机床结构的动态设计和优化设计提供了 一定的参考。 关键词：并联机床；模态；频率；谐响应 中图分类号：ＴＨ１６；ＴＧ６５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３９９７（２０１３）０６—０１６１—０４ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｎ Ａ ６一ＰＵＳ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｍａｃｈｉｎｅ ＴｏｏＬ ＨＡＮ Ｃｈｕｎ－ｓｈｅｎｇ ，ＳＵＮ Ｊｉｅ－ｙｉ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｂｅｉ Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６００４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔａｎｇｓｈａｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ，Ｈｅｂｅｉ Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３０１２，Ｃｈｉｎａ；３．Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｂａｓｉｃ Ｔｅａｃｈｉｎｇ； Ｔａｎｇｓｈａｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｂｅｉ Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｍｏｄａｌ ｔｈｅｏｒｙ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｂｙ ＡＮＳＹＳ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ｔｈｅ ６一ＰＵＳ ｐａｒａｌｌｅｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｆ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｎｄｅｒ 拈 ｉｎｉｔｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｆｏｒ ｔｈｅ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｍｏｄａｌ ｓｈａｐｅｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ ｔｏ ｓｉｘ ｍａｓｔｅｒ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆｔｈｅ ＰＴＭ ａｒｅ ｇｏｔ ａｎｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ｔｈｅｍ ｔｈｅ ＰＴＭ’Ｓ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｓｔｉｆｆ￣ｓｓ ｄ 加．６ ｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒ＆ｅｄ Ａｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ＰＴＭ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｕＦｖｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆＸ，Ｙ ａｎｄ Ｚｏｆ ｔｈｅ ＰＴＭａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ｏｎ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆｔｈｅ ＰＴＭａｒｅ ｄｉｓｃ￣ｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅ ａｎｔｉ－ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｐｅ咖丌ｎ帆ｃｅ ｏｆｔｈｅ ＰＭＴ ｕｎｄｅｒｆｏＦｃｅｓ ｉｓｆｕｒｔｈｅｒ ｔｅｓｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ Ｃａｎ ｂｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｓ￣ｎ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ｔｈｅ ＰＭＴ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ；Ｍｏｄａｌ；Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ １引言 随着工业向精密、高速的方向发展，对机床加工精度的要求 越来越高。机床构件的弹性对其加工精度的影响越来越显著。在 加工过程中，由于切削力的实时变化以及环境等因素的影响，机 床会处于振动状态，严重降低了加工精度。因此，动态特性成为了 精密机床在设计时必然要考虑的一个因素。 模态分析是机构动态特性分析和振动工程理论的基础和核 心，在对设计中的机构进行性能评估起着十分重要的作用。模态 分析的目的是使机构抑制或避开共振现象。很多学者在对并联机 构设计时都注重机构的模态分析，如文献 。 机床的谐响应分析用于确定当机床结构承受随时间按简谐 规律变化的载荷作用时的稳态响应，主要目的在于计算出机床结 构对频率的的位移响应曲线［３１，以验证机床能否克服共振及其他 受迫振动所引起的有害效果。 文献 讨论了关于并联机床的刚度矩阵、系统质量以及动 力系统的时变特征，认为在典型位姿附近的较小变化的工作空间 和一定的运行速度范围内，并联机床的运动是稳态的，可以近似 为线性时不变系统。主要针对６－ＰＵＳ机床在初始位姿时的动态 特ｌ生展开研究。 来稿日期：２０１２－０８—１４ 基金项目：河北省自然科学基金项目（Ｅ２００９０００３８７） 作者简介：韩春胜，（１９８５一），男，河北人，硕士，助工，主要研究方向：并联机床结构及理论； 孙皆宜，（１９６２）一，女，河北人，硕士，教授，主要研究方向：工业自动化与智能控制 图１ ６－ＰＵＳ并联机床 Ｆｉｇ．１ ６－ＰＵＳ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ