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車銑加工中心整機的動態特性仿真分析
閱讀：81 發布時間：2020-8-12通過對車銑加工中心的動力學模型進行理論分析，可以優化機床 結構。由于該機床不確定的因素很多，很難建立其準確的動力學模型。 把理論分析和仿真研究緊密地結合起來，是機床結構優化和動態特性 測試的一種有效途徑，采用虛擬樣機技術的ADAMS軟件可以有效解 決上述問題。在設計階段，利用虛擬樣機技術進行仿真，可以對機床的 動態性能進行預評估，以便對產品進行分析，找出薄弱環節，進行修正 和優化，提出改進的建議，完善樣機。這種仿真技術一般都是從多體動 力學分析出發，利用計算機建模與仿真和運算得出結果，其模型的建立 和改進往往還需要根據對機床實測的結果來修正，以確保該模型符合 實際。
3.3.1振動系統模型的建立
ADAMS/Vibration振動激勵所用的方式有：快速正弦掃描（Swept sine);用戶自定義函數（User - defined function);不平衡質量（Rotating mass);功率譜激勵(Power spectral density)。本節采用快速正弦掃描方 式，該方式是定義一個以頻率為變量、幅值為常數的正弦函數力作用到 振動模型的激勵方式。仿真的振動系統的模型如圖3.7所示，圖中顯 示了激振器、輸入通道、輸出通道、機床振動模型。這四部分組成了激 振測試的仿真系統。表3.1中給出在振動系統模塊中各部分的作 用。振動測試仿真的機械系統是在ADAMS/View中所建立的車銑加 工中心的多柔體系統模型，而其他三個部分的建立需要ADAMS/Vi- bration模塊來完成。建立輸人通道，首先需要確定激振點，對于這里 所研究的系統，選取刀尖點作為系統的激振點。然后確定激振器的 類型和激振力大小及方向，建立輸出通道，確定輸出點，可以是多個 輸出點。
輸出的信號有位移、速度、力等，這里選取位移為輸出信號。在 ADAMS中振動模型研究的是線性系統，而實際系統是非線性的，建立 振動系統時，需要確定工作點，在這個工作點上對機械系統進行線性 化，該振動系統提供了三種可以選擇的工作點，第一種是裝配位置點， 第二種是靜態平衡點，第三種是通過編程使機械系統運動到某個工作 位置時的工作點。振動系統可以是多輸入多輸出的系統，可以選擇自 己需要研究的輸入和輸出。建立振動系統可以確定需要研究的頻率范 圍，輸出通道輸出的頻韋在這個范圍內。車銑加工中心在切削過程中 的振源對該機床的精度影響大，但由于實驗條件的限制，不能利用力 錘直接錘擊刀尖點，因此把刀柄和主軸前端作為輸人點；選擇靜平衡點 為工作點；采用快速正弦掃頻法。因車銑加工中心在切削時，在刀柄和 主軸相反位置作為響應的輸出點，機床的精度主要是其運動位置精度，故選擇輸出通道的類型為位移類型[47]。
3.3.2仿真結果分析
以車削主軸和銑刀主軸固有頻率及其激振動柔度作為加工中心的動態性能影響的指標。在工件和車削主軸前端或刀柄和銑刀主軸前端施加大約100N激振力，主軸振動對工件影響大，因此以工件和車削 主軸前端為激振點，在相同位置作為拾振點；銑刀主軸振動對刀尖的影 響大，所以在刀柄和銑刀主軸前端為激振點和拾振點。一般低頻的 振動對機床的精度影響特別大，所以選擇〇.〇1?800Hz這個頻率范圍 來研究。在施加激振力后，在后處理可以獲得出機床各點的頻響應曲線圖。
圖3. 8為工件頻響應圖，其主軸系統轉化為柔性體，對其進行激 振，圖中為機床工件和車削主軸的各個方向的位移響應。機床振動系 統受到激振后，在ADAMS后處理模塊ADAMS/Postpmcessor?中得到 0.01?800Hz頻率內的頻響應曲線。機床工件的X方向上的大響應 在頻率255 H z處，位移響應為0. 015 m m; y方向的位移大響應為 0. 0027mm，義方向的位移大響應為0. 008mm，空間方向的位移大 響應為〇. 0033mm。由于所得每階模態比較遠，之間影響不大，可以利 用單自由度系統對剛度和阻尼比進行表示。
圖3. 9為機床主軸前端頻響應圖，圖中大響應在頻率255Hz處， X方向上位移響應為〇? 0055mm J方向的位移大響應為0. 0024mm; Z方向的位移大響應為〇.〇〇65mm;空間方向的位移大響應為 0. 0028mm。在實際工程上很難獲得剛度和阻尼比，但通過上述仿真結 果可以預測。通過圖3. 8和圖3.9獲得X方向上的響應值和固有頻 率，見表3.2所列。
在X方向工件與機床主軸前端的幅值和固有頻率可以看出，他們 固有頻率相同，但機床主軸前端的大響應比工件的大響應要小，由 于離振源較遠，動柔度較小。
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