高速运动下数控机床模态参数动态变化的速度影响机制

According to the modern machine tool structure dynamics theory the structure dynamics remained unchanged when the machine tool position is fixed. However, the latest study of the applicants and scholars showed that the CNC machine tools structured dynamics changed with the changed state of motion. The mechanism of the machine running speed to it its modal parameters remained unknown. With increasingly demanding of the machining accuracy, efficiency and reliability , the dynamic characteristics produced a significant effect on the processing quality and efficiency in the processing conditions of high speed, high acceleration. It was very important to reveal the mechanism of the machine motion parameters of the modal parameters of the machine structure, and explore the dynamics response pattern of the machine structure in high-speed and high acceleration conditions. It will enhance the machine dynamics theory and the dynamic design level and equipment performance of our high-end, high-speed and high-precision CNC equipment. This project will use the "self-exciting" modal analysis method (developed by the applicant) to study the characterization of the speed related structural dynamics, the structural frequency shift mechanism and the structure modal participation factors varied mechanism. And the structure modal parameters velocity spectrum will be constructed related to the speed parameters. Then the map between the running parameters and the complex response of the structure of CNC machine tools in the running state will be developed.

现代机床动力学理论认为机床结构一定时其动力学参数（模态参数）是固有不变的，然而申请者和国内外学者最新研究发现数控机床在运动状态下其模态参数也是动态变化的，但目前机床运行速度对其模态参数的影响机制尚不清楚。随着人们对加工质量和效率的要求越来越高，在高速度、高加速度的条件下，数控装备动力学特性已成为影响加工质量和效率的重要因素，因此，揭示机床运动参数对机床结构的模态参数的影响机制，探索机床结构在高速高加速度条件下的动力学响应规律，对提升丰富机床动力学理论、提升我国高速高精高端数控装备动力学设计水平和装备性能都具有重要意义。本项目拟采用"自激励"模态分析新方法（申请者提出），研究运行速度相关的结构动力学特性的表征方法，研究速度对固有频率频移、模态参与因子变化等的影响机制，进而通过构建的数控机床结构模态参数速度谱，揭示多轴运行下机床结构复杂振动响应的运行参数相关映射关系。

目前数控机床结构动力学特性分析是在机床结构静态情况下进行的，并且认为动力学参数是不变的，然而最新研究发现，数控机床在运动状态下其结构的模态参数是动态变化的，但目前机床运行速度对其模态参数的影响机制尚不清楚。揭示机床运动参数对机床结构的模态参数的影响机制，探索机床结构在高速高加速度条件下的动力学响应规律，对提升丰富机床动力学理论、提升我国高速高精高端数控装备动力学设计水平和装备性能都具有重要意义。.在本项目中，申请者提出了一种数控机床运行速度相关的机床结构动力学特性的研究理论和方法，探究数控机床运行状态下结构模态参数动态变化的速度影响机制。主要研究内容如下①研究机床结构速度相关动力学特性辨识的模态分析方法②研究机床结构动力学特性的速度相关动力学特性③研究数控机床基于运行速度的结构模态参数谱构建方法④进行基于多模态交互作用下的机床运行过程结构复杂响应研究⑤搭建数控机床系统模态交互作用研究实验平台。.本项目按照研究计划顺利完成。本项目提出了机床结构速度相关动力学特性辨识的模态分析方法，完成了机床结构动力学特性的速度相关动力学特性研究，实现了数控机床基于运行速度的结构模态参数谱构建，完成了基于多模态交互作用下的机床运行过程结构复杂响应分析研究，最后建立了数控机床系统模态交互作用研究实验平台，揭示了机床结构在高速高加速度条件下的动力学响应规律。