五轴机床运行状态下动力学特性试验方法研究

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作为一种高端的加工制造设备,五轴机床凭借着空间复杂曲面的加工能力和高效率、高精度的加工性能,被广泛的应用于航天航空、高精密加工等领域。相比三轴机床,五轴机床增加了两个旋转轴,因而五轴机床的加工空间得到拓展,且具有了加工复杂曲面的良好特性。同时由于两个旋转轴的增加,使得动力学特性与机床工作位置姿态之间的关系变得更为紧密,并且在一定程度上可能会使五轴机床动力学特性弱化,从而使五轴机床在加工性能等方面受到限制。研究五轴机床加工空间内不同位置姿态、不同运行状态下的动力学特性变化规律,可为机床加工时加工参数的优化和调整提供指导,对提加工精度和效率有着非常显著的意义。然而,目前对五轴机床动力学特性的研究主要是在机床处于静止时进行的,而五轴机床在实际的加工过程中,一些外部条件及结合面因素的变化可能会影响五轴机床动力学特性的改变。为研究更加符合实际加工条件下的动力学特性的变化规律,本文结合当前动力学特性研究中常用的一些方法的优缺点,着重于五轴机床运行状态下动力学特性试验方法的研究。本文的主要研究内容如下:(1)五轴机床动力学特性影响因素分析及试验方案规划设计。五轴机床作为一个多自由度的复杂机电传动控制系统,影响动力学特性的因素多种多样,本文从定性的角度分析了影响五轴机床动力学特性的因素。以型号为VMC0656e的五轴机床为本文研究对象,对五轴机床静态和动态下动力学试验方案进行了研究设计。(2)五轴机床运行状态下动力学特性试验测试系统搭建及验证。分析了当前动力学特性试验中常用的各种激振器及各种激振信号的优缺点;结合本课题的试验条件,确定了压电激振器和快速扫描正弦信号作为本文动力学特性试验的激振器和激振信号;自主搭建五轴机床运行状态下动力学特性试验测试系统,并通过重复性和锤击对比试验来验证测试系统的可行性、稳定性和可用性。(3)五轴机床运行状态下动力学特性试验测试及结果分析。基于自主搭建的动力学特性试验测试系统,在机床A轴处于不同位置角度下进行静态激振试验和机床处于不同运行速度下进行动态激振试验。对各试验条件下获得的频响函数进行模态参数辨识,得到了各个试验条件下的前4阶模态频率。并对静态和动态激振试验获得的动柔度和模态频率进行对比分析,得到了五轴机床在不同运行状态下的动力学特性变化规律。
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