[发明专利]一种机床运动平台结构设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床设计领域，尤其涉及一种机床运动平台结构的设计方法。

背景技术

机床结构的动态特性是指机床结构系统能否满足高精度、高效率和高稳定性加工的要求，而机床的动态性能测试则是分析机床动态特性的首要环节，典型的，机床结构系统的振动测试是非常重要的动态性能测试内容，振动测试能够能真实、充分地再现并揭示影响机床实际加工过程的结构动力学本质。振动测试是通过模拟实际工况，进行单点相对激振、多点同时拾振，或者单点相对激振、依次单点拾振，并获取识别全部模态参数所需的频响数据，从而测定机床结构的动态特性，用测得的模态参数来对机床的动态特性进行分析、预测、评价并且为后续的再设计提供指导建议，这是提高机床整体动态特性的重要步骤。

发明内容

本发明的目的是提供一种准确、高效、便捷的机床运动平台结构设计方法。

本发明提供的机床运动平台结构设计方法包括以下步骤：

步骤a，对机床零件和部件模态进行分析；

步骤b，进行机床工作状态下的振动测试；

步骤c，对比分析模态振型和工作变形数据，找出对机床动态性能影响较大的不利模态；

步骤d，利用模态修改方法，对零件或部件结构进行修改，抑制不利模态。

进一步的，所述执行步骤d之后进一步执行一步骤e：修改零件和部件结构后，判断是否达到设计目标，如果未达到设计目标，则重新执行步骤a。

进一步的，所述步骤a进一步包括：对机床运动平台的主要零件和部件进行锤击模态试验，得到零件和部件的各阶模态频率及其对应的模态振型。

进一步的，所述步骤b进一步包括：通过测量平台各零件和部件的振动响应，得到机床平台零件和部件的工作变形图。

进一步的，步骤d所述的修改包括修改零件的刚性或重新设计零件的布局。

本发明提供的机床运动平台结构设计方法具有以下有益效果：

1、具有通用性，可精准的进行不同部件及装配体的动态设计。

2、能够实时反映零件和部件结合部刚度变化对整机运动性能的影响。

3、避开了重复试验的缺点，缩短了设计时间、加快了设计、生产周期。

4、同传统的有限元分析方法对比，避免了结构、各结合部连接条件及其等效动力学参数、阻尼假设、各种边界条件的近似及简化，以及近似计算等带来的误差，故所得试验模型与现有机械结构的实际工况有较高精度的吻合，因而模型及其动态特性对机械结构的模拟精度较高。本发明具有描述问题准确、模型修改快速、分析问题便捷等优点，有效的提高设计效率和设计准确性。

附图说明

图1是本发明机床运动平台结构设计方法的流程图；

图2是数控钻孔机床的工作台结构示意图；

图3是对主要零件和部件进行模态分析得到的各阶模态振型图；

图4是数控钻孔机工作台的工作变形示意图；

图5是改进前后的数控钻孔机工作台架模型图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的机床运动平台结构设计方法的核心是应用振动分析理论进行机床运动平台结构设计，在计算机内构造机床运动平台结构模型，利用振动测试手段进行模态分析和动态特性分析，针对动态特性出现的问题，利用模态修改方法，重新设计机床运动平台的结构件，从而修改结构的动态特性。

参见图1所示，本发明提供的机床运动平台结构设计方法具体包括以下几个主要步骤：

步骤10，在确定设计目标后，对机床零件和部件模态进行分析。此过程中，可以对机床运动平台的主要零件和部件进行锤击模态试验，得到零件和部件的各阶模态频率及其对应的模态振型。

步骤11，进行机床工作状态下的振动测试，在此过程中，通过测量平台各零件和部件的振动响应，得到机床平台零件和部件的工作变形图。

步骤12，对比分析模态振型和工作变形数据，找出对机床动态性能影响较大的不利模态。

步骤13，利用模态修改方法，修改零件的刚性或重新设计零件的布局，达到抑制不利模态的目的。

步骤14，修改零件和部件结构后，判断是否达到设计目标，如果未达到设计目标，则进入步骤10，重新进行以上测试及分析，如果已经达到设计目标，则设计完毕。