第10期 2016年10月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2016)10001205
D0I: 10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2016. 10. 004
基于试验模态的精密加工中心动态性能分析
马跃，岳文斌，黄余彬，孙清超，杨帅杰，孙新（大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024）
No.10 Oct.2016
摘要：在对模态测试原理进行分析的基础之上，通过试验模态分析法获取了某型号卧式精密加工中心的固有频率、模态振型和阻尼比。依据测试结果，结合传递函数分析，验证了被测对象具有良好的低频动态特性。同时，在将测试结果与加工中心实际使用工况进行对比后，针对影响整机动态性能的工作台与立柱进行了实际装配条件下的局部模态测试，依据理论分析和所测结果，对发现的薄弱环节提出了相应的优化设计建议以改进其动态性能。上述工作可为同类型机床的结构优化设计与相关试验提供一定的参考。
关键词：振动测试；动态特性；模态分析；MIMO；加工中心
中图分类号：TH166；TG502
文献标识码：A
Dynamic Performance Analysis of Precision Machining Center Based on
Experimental Modal Analysis
MA Yue, YUE Wen-bin, HUANG Yu-bin,SUN Qing-chao, YANG Shuai-jie,SUN Xin
(School of Mechanical Engineering,Dalian University of Technology, Dalian Liaoning 116024, China)
Abstract: On the basis of analyzing the principle of modal test, this paper obtains the natural frequency, mode shapes and damping ratio of the precision horizontal machining center, with the experimental modal a-nalysis method. The test results and the frequency response function analysis verify the good performance in low-frequency characteristics of the measurand. At the same time, on the basis of the comparison between test results and the actual use of the machining center, this paper confirms that the table and columns are the key factors to reduce the dynamic performance of machine, then makes a local mode test about the table and column on the practical constraints and puts forward some corresponding suggestions for weak parts, based on the theoretical analysis and test results, to improve its dynamic performance. And the work can provide some reference for the design and test of the same type of machine tool structure.
Key words: vibration test; dynamic characteristics; modal analysis; MIMO; machining center
0引言
数控机床是当今精密加工制造领域的重要设备，其加工精度与加工效率日益受到人们的重视。加工中心做为一种高度自动化的多功能数控机床，其自身的性能稳定性尤为重要。在实际加工过程中，振动是影响加工申心性能的一个关键因素。引起机床振动的主要原因包括回转零部件因质量不平衡引发的受迫振动，以及刀具和工件之间因相对运动引发的自激振动等。在两种类型振动的综合作用下，机床往往会产生繁多而复杂的振动形式，极大的影响其加工性能因此，机床的动态性能已成为其性能评价的重要指标[2]。对机床动态性能的研究，通常采用计算机模拟仿真与振动试验两种方法。而对诸如机床之类大型结构的模拟仿真，往往离不开振动试验的支持，如对于机床性能影响较大的结合面[34」，其仿真时模型参数一般
收稿日期：2015-12-17
$基金项目：辽宁省科技创新重大专项项目（201301002
需要结合实际的试验给定[5-7]。因此，振动试验分析方法是研究机床动态性能的重要手段。它可以验证仿真分析的准确性，可以评价机床的抗振性能，可以了解机床的薄弱环节，也可以为机床结构优化设计提供重要的参考依据[8]
振动试验包括结构的固有属性测试、动力响应测试以及动力稳定性测试。其中固有属性的测试一般由试验模态分析完成[9-10]。它通过对激励及响应信号的采集与处理，获得系统的传递函数，然后用一定的拟合方法得到结构的固有频率、模态振型和阻尼比等模态参数，从而帮助设计人员在预防共振，发现结构薄弱环节和评价减振性能方面提供数据支持[11-13]
本文以试验模态分析理论为基础，针对某型号精密卧式加工中心（下文简称测试对象），通过多点激励多点输出（MultipleInputMultipleOut，MIMO）模态分析法来获取整机及局部的固有频率、模态振型和阻尼
作者简介：马跃(1960一），男，辽宁大连人，大连理工大学副教授，硕士生导师，研究方向为面向重大装备的实时状态监测技术、复杂机械装备紧固
工艺及潜试技术，(E-mail)myue@dlut.edu.en。万方数据