[发明专利]一种数控机床整机动态性能优化方法

摘要

本发明公开了一种基于结合部动力学参数的数控机床整机动力学建模、动态性能分析和优化方法及实施方案。所述方法以某型号立式加工中心为例，对螺栓结合部、导轨滑块结合部、滚珠丝杠结合部、轴承结合部进行动力学模型构建和参数辨识，并结合有限元分析软件对整机动态性能进行分析，在此基础上确立优化目标，构建多目标优化模型，求解出最优优化配置，从而优化数控机床整机动态性能。本发明成果可用于解决数控机床整机动态性能有限元分析及优化问题，为提高数控机床的加工性能提供技术支持。

主权项

一种数控机床整机动态性能优化方法，其特征包括：（1）结合部特性等效：将数控机床结合部接触特性等效为弹簧‑阻尼系统；（2）螺栓结合部动力学参数辨识：提出了一种基于不完备频率响应函数的结合部动力学参数辨识方法，基于子结构思想建立螺栓结合部的动力学模型，并推导出辨识结合部动力学参数以及构造完备频率响应函数的基本辨识公式；（3）导轨滑块结合部动力学参数辨识：提出了一种基于试验研究和仿真研究的直线导轨结合部动力学参数优化辨识方法，建立以结合部动力学参数为设计变量，有限元分析与模态试验获取的各阶固有频率及阻尼比误差为优化目标的数学模型；（4）滚珠丝杠结合部动力学参数辨识：查阅产品手册获取滚珠丝杠结合部轴向刚度；（5）轴承结合部参数辨识：查阅产品手册获取轴承结合部轴向刚度及径向刚度；（6）整机动力学建模：采用有限元分析软件，结合机床零部件有限元模型与步骤（2）、（3）、（4）、（5）中获取的各结合部动力学参数值（等效刚度和阻尼系数），建立数控机床整机有限元模型；（7）整机动态性能分析：对步骤(6)所建立的机床整机有限元模型进行模态分析和谐响应分析，获取整机固有频率、模态振型以及主轴轴端频率响应函数；（8）整机有限元模型验证：采用锤击法模态试验获取整机固有频率和主轴轴端频率响应函数，通过对比实验值和步骤（7）获取的仿真值来验证整机有限元模型的准确性；（9）整机动态性能优化方法：以主轴轴端的频率响应函数作为评价立式加工中心动态性能的重要指标，提出面向立式加工中心各典型结合部动刚度的优化配置方法，结合模态柔度理论与能量分布理论确定薄弱模态与薄弱结合部，建立以主轴轴端薄弱模态下薄弱结合部的动刚度为设计变量，薄弱模态的模态柔度为优化目标的多目标优化模型。