基于試驗(yàn)?zāi)B(tài)的精密加工中心動(dòng)態(tài)性能分析*

馬 躍，岳文斌，黃余彬，孫清超，楊帥杰，孫 新

(大連理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116024)

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基于試驗(yàn)?zāi)B(tài)的精密加工中心動(dòng)態(tài)性能分析*

馬 躍，岳文斌，黃余彬，孫清超，楊帥杰，孫 新

(大連理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116024)

在對(duì)模態(tài)測(cè)試原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)之上，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法獲取了某型號(hào)臥式精密加工中心的固有頻率、模態(tài)振型和阻尼比。依據(jù)測(cè)試結(jié)果，結(jié)合傳遞函數(shù)分析，驗(yàn)證了被測(cè)對(duì)象具有良好的低頻動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)，在將測(cè)試結(jié)果與加工中心實(shí)際使用工況進(jìn)行對(duì)比后，針對(duì)影響整機(jī)動(dòng)態(tài)性能的工作臺(tái)與立柱進(jìn)行了實(shí)際裝配條件下的局部模態(tài)測(cè)試，依據(jù)理論分析和所測(cè)結(jié)果，對(duì)發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)提出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)建議以改進(jìn)其動(dòng)態(tài)性能。上述工作可為同類型機(jī)床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與相關(guān)試驗(yàn)提供一定的參考。

振動(dòng)測(cè)試；動(dòng)態(tài)特性；模態(tài)分析；MIMO；加工中心

0 引言

數(shù)控機(jī)床是當(dāng)今精密加工制造領(lǐng)域的重要設(shè)備，其加工精度與加工效率日益受到人們的重視。加工中心做為一種高度自動(dòng)化的多功能數(shù)控機(jī)床，其自身的性能穩(wěn)定性尤為重要。在實(shí)際加工過(guò)程中，振動(dòng)是影響加工中心性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。引起機(jī)床振動(dòng)的主要原因包括回轉(zhuǎn)零部件因質(zhì)量不平衡引發(fā)的受迫振動(dòng)，以及刀具和工件之間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)引發(fā)的自激振動(dòng)等。在兩種類型振動(dòng)的綜合作用下，機(jī)床往往會(huì)產(chǎn)生繁多而復(fù)雜的振動(dòng)形式，極大的影響其加工性能[1]。因此，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能已成為其性能評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[2]。對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的研究，通常采用計(jì)算機(jī)模擬仿真與振動(dòng)試驗(yàn)兩種方法。而對(duì)諸如機(jī)床之類大型結(jié)構(gòu)的模擬仿真，往往離不開(kāi)振動(dòng)試驗(yàn)的支持，如對(duì)于機(jī)床性能影響較大的結(jié)合面[3-4]，其仿真時(shí)模型參數(shù)一般需要結(jié)合實(shí)際的試驗(yàn)給定[5-7]。因此，振動(dòng)試驗(yàn)分析方法是研究機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的重要手段。它可以驗(yàn)證仿真分析的準(zhǔn)確性，可以評(píng)價(jià)機(jī)床的抗振性能，可以了解機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)，也可以為機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)[8]。

振動(dòng)試驗(yàn)包括結(jié)構(gòu)的固有屬性測(cè)試、動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試以及動(dòng)力穩(wěn)定性測(cè)試。其中固有屬性的測(cè)試一般由試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析完成[9-10]。它通過(guò)對(duì)激勵(lì)及響應(yīng)信號(hào)的采集與處理，獲得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，然后用一定的擬合方法得到結(jié)構(gòu)的固有頻率、模態(tài)振型和阻尼比等模態(tài)參數(shù)，從而幫助設(shè)計(jì)人員在預(yù)防共振，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)和評(píng)價(jià)減振性能方面提供數(shù)據(jù)支持[11-13]。

本文以試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析理論為基礎(chǔ)，針對(duì)某型號(hào)精密臥式加工中心(下文簡(jiǎn)稱測(cè)試對(duì)象)，通過(guò)多點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)輸出(Multiple Input Multiple Out, MIMO)模態(tài)分析法來(lái)獲取整機(jī)及局部的固有頻率、模態(tài)振型和阻尼比，進(jìn)而對(duì)加工中心進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能分析。

1 試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析原理

一個(gè)N自由度的線性定常系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)微分方程為：

(1)

式中質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣[M]、[C]、[K] 均為實(shí)對(duì)稱矩陣，其中[M]是正定的，[C]和[K]為正定或半正定的。{f(t)}為激勵(lì)力，{x(t)}為各測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)，其可以是位移、速度或加速度。

將式(1)進(jìn)行傅立葉變換，并令

(2)

這里H(ω)為傳遞函數(shù)矩陣，則式(1)可以簡(jiǎn)化為:

(3)

當(dāng)對(duì)系統(tǒng)p點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)并在l點(diǎn)測(cè)量響應(yīng)，可得傳遞函數(shù)矩陣中第l行p列元素：

(4)

式中n為識(shí)別模態(tài)的總階數(shù)，φl(shuí)i,φpi為l和p點(diǎn)處的i階振型，Mi、Ci、Ki分別為第i階模態(tài)質(zhì)量、阻尼和剛度。

由式(4)可知，式(2)的一行或一列包含了試驗(yàn)需要獲得的所有參數(shù)。本文在獲得傳遞函數(shù)后，從時(shí)域與頻域兩個(gè)方面，分別使用特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法和復(fù)頻域最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，即可獲得試驗(yàn)對(duì)象的模態(tài)參數(shù)。

試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法包含單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)輸出(Single Input Multiple Out, SIMO)和多點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)輸出(MIMO)兩種方法，其特點(diǎn)如表1所示。根據(jù)二者在四個(gè)方面的性能對(duì)比，針對(duì)大型結(jié)構(gòu)件的模態(tài)測(cè)試，MIMO具有較大的優(yōu)勢(shì)，故本文選用MIMO模態(tài)分法。

表1 SIMO與MIMO特點(diǎn)比較

2 臥式加工中心模態(tài)測(cè)試

2.1 模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)

圖1 被測(cè)對(duì)象實(shí)景圖

本文通過(guò)構(gòu)建的模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，針對(duì)重25t，床身設(shè)計(jì)剛度良好的某型號(hào)精密臥式加工中心進(jìn)行了模態(tài)測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)由激勵(lì)系統(tǒng)，響應(yīng)信號(hào)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)三部分組成。其中，激勵(lì)系統(tǒng)由YC-3型高彈性聚能力錘及1個(gè)YFF-6型力傳感器(量程為125kN，靈敏度為4.17PC/N)和YD-1袖珍型電荷放大器組成(可對(duì)幾百公斤到上百噸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì))；考慮到試驗(yàn)成本，響應(yīng)信號(hào)采集系統(tǒng)由5個(gè)YSV2303型三向加速度傳感器(量程為50g，靈敏度為100mv/g，頻響范圍為0.5～5kHz)組成；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)由YSV8116型智能信號(hào)采集儀和DASP軟件構(gòu)成。圖1是被測(cè)對(duì)象實(shí)景圖。

2.2 模態(tài)測(cè)試方案

在確定模態(tài)測(cè)試方案時(shí)，從測(cè)點(diǎn)的布置，測(cè)試方向的選取及激勵(lì)點(diǎn)的選取3個(gè)方面進(jìn)行分析。

在測(cè)點(diǎn)的布置中，考慮到測(cè)試對(duì)象的核心結(jié)構(gòu)包括主軸箱，十字滑臺(tái)，工作臺(tái)，立柱和床身等五大部分，故測(cè)點(diǎn)也集中布置在這五大部分上。在測(cè)點(diǎn)分布選擇上，充分考慮了該加工中心的幾何尺寸與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在準(zhǔn)確表達(dá)振型的情況下盡量簡(jiǎn)化測(cè)點(diǎn)的布置，對(duì)次要結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)簡(jiǎn)布，對(duì)結(jié)合面如床身與立柱結(jié)合面進(jìn)行測(cè)點(diǎn)密布，其他部位則進(jìn)行測(cè)點(diǎn)均布。依據(jù)這些原則，共用227個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，各測(cè)點(diǎn)分布如圖2所示。圖3為主軸滑軌局部測(cè)點(diǎn)圖。

圖2 各測(cè)點(diǎn)分布圖

圖3 主軸滑軌局部測(cè)點(diǎn)圖

在測(cè)試方向的選取上，依據(jù)機(jī)械振動(dòng)理論和對(duì)試驗(yàn)對(duì)象的結(jié)構(gòu)分析，確定該加工中心的主要振動(dòng)方向在x、y兩個(gè)水平方向上，垂直向受加工中心自身結(jié)構(gòu)和邊界條件限制，其振動(dòng)響應(yīng)較其他兩個(gè)方向可忽略不計(jì)，不作為本文模態(tài)測(cè)試的關(guān)心方向。

在激勵(lì)點(diǎn)的選擇上，對(duì)力錘激勵(lì)的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，根據(jù)激勵(lì)點(diǎn)及響應(yīng)點(diǎn)位置的不同，可分為單點(diǎn)拾振法和單點(diǎn)激勵(lì)法。對(duì)于加工中心等精密加工制造設(shè)備，其主軸等部位不允許進(jìn)行激勵(lì)，故本文選用單點(diǎn)激勵(lì)法。試驗(yàn)時(shí)分別在立柱和床身上選擇多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行試激勵(lì)，觀察響應(yīng)信號(hào)的頻譜分布，結(jié)合試驗(yàn)的可操作性，最終確定在立柱78點(diǎn)的X方向及床身141點(diǎn)的-Y方向進(jìn)行激勵(lì)。激勵(lì)點(diǎn)的位置在圖2中用圓圈標(biāo)注。

2.3 模態(tài)測(cè)試過(guò)程

模態(tài)試驗(yàn)中，測(cè)量信號(hào)的獲取是通過(guò)傳感器所產(chǎn)生的正比于被測(cè)對(duì)象加速度的電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。傳感器與被測(cè)對(duì)象的聯(lián)接方式包括栓接、粘結(jié)以及磁力吸附等多種方式，安裝剛性越好，所測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確度也就越高。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，考慮到機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、環(huán)境條件、被測(cè)對(duì)象的表面涂裝面及試驗(yàn)的可操作性，本文選用絕緣磁座將YSV2303加速度傳感器吸附在測(cè)點(diǎn)處。

測(cè)試時(shí)，只測(cè)量水平X、Y兩個(gè)方向的振動(dòng)。227個(gè)結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)由5個(gè)YSV2303三向加速度傳感器和 11個(gè)采集通道分成41組測(cè)完。為了減小因力錘敲擊力度不均引起的測(cè)量誤差以及測(cè)試噪聲的干擾，每組測(cè)點(diǎn)敲擊三次后再進(jìn)行平均計(jì)算。

測(cè)試對(duì)象的最高轉(zhuǎn)速為16000rpm，關(guān)心的頻率范圍在300Hz以內(nèi)。為了保證試驗(yàn)效果，準(zhǔn)確的采集激勵(lì)及響應(yīng)信號(hào)，本文采用變時(shí)基技術(shù)，響應(yīng)信號(hào)的分析頻率為500Hz，力信號(hào)的分析頻率為4kHz，變時(shí)倍數(shù)設(shè)置為8。在計(jì)算傳遞函數(shù)(Frequency Response Function ,FRF)時(shí)，對(duì)力信號(hào)加力窗，對(duì)響應(yīng)信號(hào)加指數(shù)窗。

測(cè)試時(shí)，正確的力信號(hào)及加速度響應(yīng)信號(hào)如圖4所示。

圖4 激勵(lì)及響應(yīng)信號(hào)圖

3 測(cè)試結(jié)果及動(dòng)態(tài)特性分析

3.1 整機(jī)模態(tài)測(cè)試結(jié)果分析

通過(guò)比較特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法和復(fù)頻域最小二乘法兩種擬合方法的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，本文提取了整機(jī)的固有頻率、模態(tài)振型和阻尼比。圖5為整機(jī)模態(tài)測(cè)試227個(gè)測(cè)點(diǎn)的FRF在0～160Hz的瀑布圖。表2中列出了加工中心前5階模態(tài)的固有頻率、阻尼比，并對(duì)主要振型進(jìn)行了描述。圖6為整機(jī)測(cè)試得到的1～5階模態(tài)振型圖，本文的振型分析基于振型動(dòng)態(tài)圖，由于論文表達(dá)形式所限，文中的振型圖均為靜態(tài)圖。

圖5 整機(jī)FRF在0～160Hz瀑布圖

通過(guò)對(duì)瀑布圖的分析可以看出，各測(cè)點(diǎn)的FRF在80Hz以下峰值基本為零。另外，針對(duì)整機(jī)固有頻率進(jìn)行分析，第一階固有頻率較高，為87Hz，而類似機(jī)床的一階固有頻率一般較低，如史安娜等[10]對(duì)某型號(hào)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行模態(tài)測(cè)試，得到的一階固有頻率在19.4Hz。由以上兩點(diǎn)可以確定該加工中心在低頻段的動(dòng)態(tài)性能良好。

分析整機(jī)測(cè)試各階模態(tài)振型，第一階振型為主軸箱獨(dú)立的彎曲擺動(dòng)，這是由主軸箱抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)變形能力不足以及主軸箱與滑枕連接剛度不足引起的。應(yīng)從改進(jìn)主軸箱材料與結(jié)構(gòu)，改變其與滑枕連接方式兩個(gè)方面來(lái)提高其抗振性能。而對(duì)于后四階整體振型，加工中心的整機(jī)同向晃動(dòng)對(duì)加工精度影響較小。但當(dāng)發(fā)生共振時(shí)，機(jī)床較大的振動(dòng)不利于加工作業(yè)的進(jìn)行，故應(yīng)避免轉(zhuǎn)速檔接近116Hz與139Hz。在151Hz與179Hz附近出現(xiàn)了左右兩立柱之間，工作臺(tái)與主軸之間的反向振動(dòng)，在加工時(shí)會(huì)引起刀具與工件的相對(duì)位移，從而影響加工精度，屬有害模態(tài)。

表2 整機(jī)前5階模態(tài)參數(shù)

圖6 整機(jī)模態(tài)振型

3.2 局部模態(tài)測(cè)試與結(jié)果分析

圖7 工作臺(tái)FRF瀑布圖

通過(guò)對(duì)整機(jī)模態(tài)振型的分析可知，在前5階振型中床身的變形小，剛度良好，振型主要出現(xiàn)在立柱與工作臺(tái)上。這與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員反應(yīng)的問(wèn)題相吻合，即在加工中心實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，當(dāng)?shù)侗P轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，立柱會(huì)出現(xiàn)顫振，而工作臺(tái)也存在著靜不穩(wěn)定現(xiàn)象，故可以確定工作臺(tái)與立柱為整個(gè)加工中心的薄弱環(huán)節(jié)，是影響整機(jī)動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵因素。

為了更好的觀察立柱與工作臺(tái)的振動(dòng)特性，分別對(duì)二者進(jìn)行實(shí)際裝配條件下的局部模態(tài)測(cè)試。工作臺(tái)的測(cè)試結(jié)果如圖7、圖8和表3所示，圖中坐標(biāo)系同前。

表3 工作臺(tái)局部試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)

圖8 工作臺(tái)局部模態(tài)振型

圖9 立柱FRF瀑布圖

分析工作臺(tái)各階模態(tài)振型，第一階振型與工作臺(tái)的靜不穩(wěn)定現(xiàn)象相吻合。根據(jù)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)分析可知，其兩側(cè)與立柱的結(jié)合分別由6個(gè)螺栓在四周均布完成，這樣結(jié)合面在內(nèi)部連接剛度較差，易發(fā)生變形，建議在結(jié)合面內(nèi)部增加固定螺栓以提高結(jié)合面的剛度。

圖9、圖10及表4為立柱局部模態(tài)測(cè)試結(jié)果。

表4 立柱局部試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)

圖10 立柱局部模態(tài)振型

根據(jù)立柱的局部模態(tài)振型分析，其薄弱環(huán)節(jié)表現(xiàn)在兩處，一是立柱下部與床身結(jié)合面連接強(qiáng)度較低，二是立柱上部?jī)蓚?cè)面剛度較小。分析其原因，由于床身和立柱在結(jié)合面處只由5處M16內(nèi)六角螺栓加墊片后進(jìn)行連接，約束較弱，易發(fā)生振動(dòng)，而對(duì)于立柱上部?jī)蓚?cè)面，其實(shí)際結(jié)構(gòu)間由于安裝絲杠而缺少加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，易發(fā)生變形。本文建議在結(jié)合面處加大連接螺栓的直徑以提高連接強(qiáng)度，在立柱兩側(cè)面加入加強(qiáng)筋來(lái)改善結(jié)構(gòu)剛度，減小振動(dòng)變形。

3.3 整機(jī)與局部模態(tài)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

對(duì)于加工中心等大型設(shè)備，因其產(chǎn)品特征導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往會(huì)存在大量的結(jié)合面。結(jié)合面在受到外力后，表現(xiàn)為既有阻尼，又有彈性，既消耗能量，又存儲(chǔ)能量的特性，這會(huì)使得模態(tài)測(cè)試結(jié)果發(fā)生復(fù)雜的變化。

表5 整機(jī)與局部模態(tài)測(cè)試固有頻率對(duì)比

將整機(jī)與局部模態(tài)測(cè)試所得固有頻率按頻率段劃分可得表5，對(duì)其進(jìn)行分析可知，實(shí)測(cè)整機(jī)一階固有頻率要高于局部的一階固有頻率。由模態(tài)分析理論可知，隨著試驗(yàn)對(duì)象質(zhì)量與結(jié)合面數(shù)目的增加，整機(jī)的固有頻率會(huì)降低。但該加工中心床身本身具有良好的剛度，整機(jī)質(zhì)量又達(dá)到25t，激勵(lì)能量無(wú)法使床身產(chǎn)生較大振幅。此外，從設(shè)計(jì)圖紙對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知，立柱與床身處的結(jié)合部動(dòng)態(tài)特性差，對(duì)能量的消耗大，最終使得某些局部模態(tài)難以得到有效激勵(lì)。所以整機(jī)模態(tài)測(cè)試并沒(méi)有得到某些局部低階模態(tài)。

另外，對(duì)于加工中心的同一部件，如立柱，在整機(jī)與局部的模態(tài)測(cè)試結(jié)果中振型相差較大，難以吻合，其原因主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，由于加工中心整機(jī)中存在的大量結(jié)合面導(dǎo)致對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大。整機(jī)模態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)受全部結(jié)合面的影響，得到的立柱振型是所有結(jié)合面共同作用的結(jié)果，而立柱的局部模態(tài)測(cè)試結(jié)果只受與立柱有關(guān)的結(jié)合面的影響，排除了其他結(jié)合面的干擾；其次，在進(jìn)行整機(jī)測(cè)試時(shí)，往往由于激勵(lì)能量的不足，某些局部模態(tài)并不能有效的激勵(lì)出來(lái)，而在進(jìn)行局部模態(tài)測(cè)試時(shí)，激勵(lì)點(diǎn)及激勵(lì)方向的改變，對(duì)振型影響很大。因此，在本次試驗(yàn)中，整機(jī)與局部模態(tài)才會(huì)出現(xiàn)較大的差異。

通過(guò)以上分析可以看出，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型設(shè)備，其整機(jī)模態(tài)測(cè)試并不能很準(zhǔn)確的得到每一個(gè)部件本身的動(dòng)態(tài)特性。要想對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析，有必要對(duì)其進(jìn)行實(shí)際裝配條件下的局部模態(tài)測(cè)試。

4 結(jié)論

本文以試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析理論為基礎(chǔ)，針對(duì)某型號(hào)精密臥式加工中心，通過(guò)MIMO模態(tài)分析法，獲得了整機(jī)及局部的模態(tài)參數(shù)，并以此為依據(jù)進(jìn)行了加工中心的動(dòng)態(tài)性能分析，完成的研究工作具體包含以下幾個(gè)方面：

(1)在對(duì)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析理論研究的基礎(chǔ)之上，利用激勵(lì)系統(tǒng)，響應(yīng)信號(hào)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)三部分搭建了試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試系統(tǒng)。

(2)利用試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)整機(jī)及局部(工作臺(tái)和立柱)進(jìn)行了模態(tài)測(cè)試，獲取了整機(jī)及局部的固有頻率、模態(tài)振型和阻尼比。

(3)通過(guò)整機(jī)模態(tài)測(cè)試結(jié)果的分析，驗(yàn)證了整機(jī)具有良好的低頻特性。同時(shí)，將測(cè)試結(jié)果與機(jī)床實(shí)際使用情況相比較，確定了工作臺(tái)與立柱是影響整機(jī)動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵因素。據(jù)此，在實(shí)際裝配條件下對(duì)二者進(jìn)行了局部模態(tài)測(cè)試。依據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)提出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)建議以改進(jìn)其動(dòng)態(tài)性能。

(4)通過(guò)對(duì)比整機(jī)與局部的模態(tài)測(cè)試結(jié)果，得出對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型設(shè)備，除進(jìn)行整機(jī)模態(tài)分析外，有必要結(jié)合實(shí)際裝配條件下的局部模態(tài)測(cè)試，才能更好的分析其動(dòng)態(tài)特性的結(jié)論。

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(編輯 李秀敏)

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)

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 analysis 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.

vibration test; dynamic characteristics; modal analysis; MIMO; machining center

1001-2265(2016)10-0012-05

10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.10.004

2015-12-17

遼寧省科技創(chuàng)新重大專項(xiàng)項(xiàng)目(201301002)

馬躍(1960—)，男，遼寧大連人，大連理工大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槊嫦蛑卮笱b備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)、復(fù)雜機(jī)械裝備緊固工藝及測(cè)試技術(shù)，(E-mail)myue@dlut.edu.cn。

TH166;TG502

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