面向加工过程的机床整机动力学特性分析方法研究

With the development of the advanced manufacturing technology, the machine tool structure dynamics that influence the machining progresses less in tradition process condition became the bottle neck problem which severely inhibit the improvement of the machining performance. The project aimed to the foundation theoretical and experimental research of the whole machine tool dynamics for the machining process analysis. The main content include: The multi-axes operation exciting method is proposed to get the modal parameters of the structures in the workspace considering the effects of the position and velocity. And the clustering method is then induced to reduce the volume of identified modal parameters data set. The weak link theory is proposed to express the complicated character of the whole machine tool dynamics decided by the position and velocity. Then the operation deflection shape method is built on the weak link to reveal the distribute law of the whole machine tool dynamics excited by the cutting force. So the complicated character of the whole machine tool dynamics decided by the position and velocity can be induced in processing stability analysis. The application of the project will add a new method for the whole machine tool dynamics research. It is important to realize the stability prediction and intelligent monitoring and control in machining processes.

随着先进制造技术的发展，在传统加工条件下对加工过程影响不大的机床结构动力学特性因素成为严重阻碍数控机床加工性能提高的"瓶颈"问题。项目提出一种面向加工过程的数控机床整机动力学特性分析方法，拟针对机床整机动力学特性展开基础理论和基础实验研究，主要内容包括：针对数控机床结构模态参数工作空间位置、速度相关特性，采用多轴运行自激励获取结构工作空间多维度分布的模态参数集并基于振动特性进行聚类缩减。进而提出基于模态参数集来表征整机动力学特性的薄弱环节表征算法，并针对该薄弱环节提出切削激励下结构工作变形方法，揭示机床整机结构在切削激励下的高低频响应规律。进而提出面向切削过程的整机的多部件交互作用下的变部件主导模态分析方法，从而实现将空间位置、速度相关的整机动力学特性引入机床加工过程稳定性研究。预期将为机床整机动力学特性分析理论和技术增添一种新方法，对数控机床加工过程稳定性预测及智能监控具有重要意义

随着先进制造技术的发展，在传统加工条件下对加工过程影响不大的机床结构动力学特性因素成为严重阻碍数控机床加工性能提高的"瓶颈"问题。项目提出一种面向加工过程的数控机床整机动力学特性分析方法，针对机床整机动力学特性展开了基础理论和基础实验研究，主要内容包括：.1）数控机床工作空间遍历的多轴随机激励下机床结构模态参数辨识方法研究，速度相关的运行激励设计及可动部件速度相关动力学特性自动辨识，位置相关的多轴激励设计及整机结构位置相关动力学特性自动辨识；.2）数控机床整机结构动力学特性位置、速度相关的薄弱环节判定方法及其主导模态研究，基于响应的整机动力学特性的频响函数比例因子确定方法研究，位置、速度关联下的数控机床整机模态参数分析方法，基于广义模态质量的整机结构动力学薄弱环节算法；.3）切削激励下整机结构工作变形分析方法及整机结构主导模态特性响应机理，切削激励下的整机结构工作变形分析方法，整机结构切削相关的主导模态特性响应机理，切削激励下结构主导模态特性响应的整机动力学特性表征；. 4）数控机床整机动力学特性下的切削振动特性研究，部件主导模态作用下的切削稳定性研究，切削动态过程模型和整机动力学特性模型两者之间关联特性，整机动力学特性下加工表面粗糙度分析。.项目研究解决了加工过程数控机床整机动力学特性研究中存在的理论、方法及应用层面的关键问题。.1）针对可动部件相关联的模态参数速度相关特性，提出伺服轴运动的二值进给速度随机序列设计方法，针对数控机床可动部件空间位置变化特性，提出采用随机减量方法基于结构稳态响应信号进行动力学参数的辨识；.2）针对关联的可动部件不同位置及速度参数，提出结构振动模态参数特征参数聚类降维处理方法，实现工作空间位置和速度分布的结构模态参数域类表征；.3）针对整机结构动力学特性将呈现不同的高、低频响应特征，使得加工过程振动分析复杂化，提出采用在工作空间内全速度范围内整机结构动力学薄弱环节来引出机床敏感部件主导模态，实现采用部件关键主导模态来表征位置、速度相关性整机动力学特性对加工稳定预测。