[發明專利]一種優化機床整機動態特性的方法

有效

• 申請號: 201810894925.3
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN108984951B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 李天箭;丁曉紅;吳晨帆
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供的一種優化機床整機動態特性的方法，用于優化機床各部件的質量和剛度，包括以下步驟：步驟1，采集各個測試點的加速度數據；步驟2，構建整機簡化模型，獲取模態數據；步驟3，依據質量靈敏度公式、剛度靈敏度公式確定機床各結構質量薄弱點和剛度薄弱點；步驟4，確定各個測試點上結構質量目標函數和結構剛度目標函數；步驟5，計算出各結構質量的優化值和結構剛度的優化值；步驟6，分別對比機床質量優化前后以及剛度優化的各階模態頻率和振幅的變化；以及步驟7，分別利用機床各結構質量優化后、剛度優化后的整機各階模態頻率進行模態置信準則MAC驗證整個方法的可靠性。

技術領域

本發明涉及機床設備領域，具體涉及一種優化機床整機動態特性的方法。

背景技術

隨著世界制造產業領域的不斷發展，現在數控機床制造業不僅要求機床制造成本低、操作方便，還需求其在加工工件時保持較高的加工精度和穩定的加工性能。因此提高數控機床的動態性能是在機械制造行業不斷追求的主要目標。質量、剛度作為機床重要結構參數之一，對整機的動特性有著直接影響，一般機床整機主要由主軸箱、立柱、滑板、工作臺和床身等大件組成，如何合理優化各大件的結構質量以及結構剛度對于提高數控機床制造技術有著深遠影響。

目前，針對機床結構動態特性提高的優化方法通常為仿真分析法，通過對機床主要大件進行每個部件單獨的仿真模態分析獲得模態振型參數，基于經驗分析，確定結構薄弱環節。雖然方法正確，但有三個缺點：一是仿真設計分析優化是針對每個結構件的單獨優化，二是設計過程中仍沿用經驗、類比的傳統方法改進機床部件動態特性；三是缺少從實際機床整機產品中測試發現動態特性薄弱環節到修改薄弱環節，形成一套能夠在整機的層面上完成機床各部件結構質量、剛度優化，從而完成機床整機動態特性提升的方法。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種能夠高效、可靠地完整優化機床整機動態特性的方法。

本發明提供了一種優化機床整機動態特性的方法，用于優化機床整機動態特性，具有這樣的特征，包括以下步驟：步驟1，采集機床上各個測試點上的加速度數據；步驟2，構建機床的整機簡化模型，獲取機床整機各階模態頻率數據與振型矩陣數據；步驟3，結合機床整機各階模態頻率數據、振型矩陣數據，分別通過質量靈敏度公式、剛度靈敏度公式確定機床各結構的質量薄弱點和剛度薄弱點，質量靈敏度公式為：

剛度靈敏度公式為：

ω_r為機床第r階固有頻率；φ_ir和φ_jr分別為機床第r階固有頻率中的測試點i和測試點j的振型向量，m_ij為機床測試點i與測試點j之間的結構質量，k_ij為機床測試點i與測試點j之間的結構剛度；步驟4，確定各個測試點上結構質量分布的目標函數以及結構剛度分布的目標函數，結構質量分布的目標函數為：

Max f(m)

變量：m＝(m₁，m₂，…m_n)

約束條件：

f_i≥[f_i]

ψ_i≤[ψ_i]

m_i-min≤m_i≤m_i-max