基于响应面方法的数控机床空间动态特性研究

发布时间：2018-09-04 18:29

【摘要】：机床运动部件位置姿态在加工空间的变化,造成机床质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵随之变化,导致机床动态特性预测具有复杂性和不确定性。针对加工空间机床动态特性的准确预测问题,提出一种基于响应面理论的数控机床空间动态特性研究方法。该方法以数控机床固有频率这一关键动力学性能指标为例,分析机床整机动态特性与机床位置姿态之间的数学关联关系;基于正交试验设计和响应面方法理论,构建预测广义加工空间数控机床动态性能变化的响应面模型,揭示机床动态特性在加工空间的演化规律;并在该响应面模型基础上提出机床动态特性影响因子概念,计算各方向运动部件的位移变化对机床动态特性的影响程度,共同确定机床最优加工位姿和加工路线。将该方法应用于1台3轴立式加工中心,采用正交试验设计确定移动部件的不同位置组合作为计算样本点,在ANSYS仿真软件中计算每个样本点的前5阶固有频率,建立反映位置特征与固有频率数值的2次多项式响应面模型;并通过计算响应面模型质量评价指标验证了该模型的有效性,以此分析机床前5阶固有频率在加工空间的分布规律及其对x、y、z向位移变化的灵敏度,阐明机床空间位姿对机床动态特性有较大的影响,为机床工艺规划和优化设计提供了新的分析方法及技术支持。
[Abstract]:The change of position and attitude of moving parts in machining space results in the change of machine tool mass matrix, stiffness matrix and damping matrix, which leads to the complexity and uncertainty of machine tool dynamic characteristic prediction. In order to accurately predict the dynamic characteristics of machining space machine tools, a research method of spatial dynamic characteristics of NC machine tools based on response surface theory is proposed. Taking the key dynamic performance index of CNC machine tool natural frequency as an example, this method analyzes the mathematical relation between the dynamic characteristics of the machine tool and the position and attitude of the machine tool, based on the theory of orthogonal test design and response surface method. The response surface model for predicting the dynamic performance of NC machine tools in generalized machining space is constructed to reveal the evolution law of the dynamic characteristics of machine tools in machining space, and based on the response surface model, the concept of influence factor of dynamic characteristics of machine tools is put forward. The influence of the displacement of moving parts in different directions on the dynamic characteristics of machine tools is calculated, and the optimal machining position and route are determined together. The method is applied to a 3-axis vertical machining center. The orthogonal experimental design is used to determine the different position combinations of moving parts as the calculation sample points. The first five natural frequencies of each sample point are calculated in the ANSYS simulation software. The quadratic polynomial response surface model reflecting the position characteristic and the natural frequency value is established, and the validity of the model is verified by calculating the quality evaluation index of the response surface model. Based on the analysis of the distribution of the first five natural frequencies in the machining space and its sensitivity to the variation of the xyyzdirection displacement of the machine tool, it is shown that the spatial orientation of the machine tool has a great influence on the dynamic characteristics of the machine tool. It provides a new analytical method and technical support for machine tool process planning and optimization design.
【作者单位】：重庆邮电大学先进制造工程学院;四川大学制造科学与工程学院;成都大学机械工程学院;
【基金】：国家科技支撑计划资助项目(2015BAF27B01) 重庆市教委科学技术研究资助项目(KJ1704087;KJ1600422)
【分类号】：TG659

【参考文献】

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【二级参考文献】

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