车铣加工中心整机的动态特性仿真分析
通过对车铣加工中心的动力学模型进行理论分析，可以优化机床 结构。由于该机床不确定的因素很多，很难建立其准确的动力学模型。 把理论分析和仿真研究紧密地结合起来，是机床结构优化和动态特性 测试的一种有效途径，采用虚拟样机技术的adams软件可以有效解 决上述问题。在设计阶段，利用虚拟样机技术进行仿真，可以对机床的 动态性能进行预评估，以便对产品进行分析，找出薄弱环节，进行修正 和优化，提出改进的建议，完善样机。这种仿真技术一般都是从多体动 力学分析出发，利用计算机建模与仿真和运算得出结果，其模型的建立 和改进往往还需要根据对机床实测的结果来修正，以确保该模型符合 实际。
3.3.1振动系统模型的建立
adams/vibration振动激励所用的方式有：快速正弦扫描（swept sine);用户自定义函数（user - defined function);不平衡质量（rotating mass);功率谱激励(power spectral density)。本节采用快速正弦扫描方 式，该方式是定义一个以频率为变量、幅值为常数的正弦函数力作用到 振动模型的激励方式。仿真的振动系统的模型如图3.7所示，图中显 示了激振器、输入通道、输出通道、机床振动模型。这四部分组成了激 振测试的仿真系统。表3.1中给出在振动系统模块中各部分的作 用。振动测试仿真的机械系统是在adams/view中所建立的车铣加 工中心的多柔体系统模型，而其他三个部分的建立需要adams/vi- bration模块来完成。建立输人通道，首先需要确定激振点，对于这里 所研究的系统，选取刀尖点作为系统的激振点。然后确定激振器的 类型和激振力大小及方向，建立输出通道，确定输出点，可以是多个 输出点。
输出的信号有位移、速度、力等，这里选取位移为输出信号。在 adams中振动模型研究的是线性系统，而实际系统是非线性的，建立 振动系统时，需要确定工作点，在这个工作点上对机械系统进行线性 化，该振动系统提供了三种可以选择的工作点，第一种是装配位置点， 第二种是静态平衡点，第三种是通过编程使机械系统运动到某个工作 位置时的工作点。振动系统可以是多输入多输出的系统，可以选择自 己需要研究的输入和输出。建立振动系统可以确定需要研究的频率范 围，输出通道输出的频韦在这个范围内。车铣加工中心在切削过程中 的振源对该机床的精度影响大，但由于实验条件的限制，不能利用力 锤直接锤击刀尖点，因此把刀柄和主轴前端作为输人点；选择静平衡点 为工作点；采用快速正弦扫频法。因车铣加工中心在切削时，在刀柄和 主轴相反位置作为响应的输出点，机床的精度主要是其运动位置精度，故选择输出通道的类型为位移类型[47]。
3.3.2仿真结果分析
以车削主轴和铣刀主轴固有频率及其激振动柔度作为加工中心的动态性能影响的指标。在工件和车削主轴前端或刀柄和铣刀主轴前端施加大约100n激振力，主轴振动对工件影响大，因此以工件和车削 主轴前端为激振点，在相同位置作为拾振点；铣刀主轴振动对刀尖的影 响大，所以在刀柄和铣刀主轴前端为激振点和拾振点。一般低频的 振动对机床的精度影响特别大，所以选择〇.〇1?800hz这个频率范围 来研究。在施加激振力后，在后处理可以获得出机床各点的频响应曲线图。
图3. 8为工件频响应图，其主轴系统转化为柔性体，对其进行激 振，图中为机床工件和车削主轴的各个方向的位移响应。机床振动系 统受到激振后，在adams后处理模块adams/postpmcessor?中得到 0.01?800hz频率内的频响应曲线。机床工件的x方向上的大响应 在频率255 h z处，位移响应为0. 015 m m; y方向的位移大响应为 0. 0027mm，义方向的位移大响应为0. 008mm，空间方向的位移大 响应为〇. 0033mm。由于所得每阶模态比较远，之间影响不大，可以利 用单自由度系统对刚度和阻尼比进行表示。
图3. 9为机床主轴前端频响应图，图中大响应在频率255hz处， x方向上位移响应为〇? 0055mm j方向的位移大响应为0. 0024mm; z方向的位移大响应为〇.〇〇65mm;空间方向的位移大响应为 0. 0028mm。在实际工程上很难获得刚度和阻尼比，但通过上述仿真结 果可以预测。通过图3. 8和图3.9获得x方向上的响应值和固有频 率，见表3.2所列。
在x方向工件与机床主轴前端的幅值和固有频率可以看出，他们 固有频率相同，但机床主轴前端的大响应比工件的大响应要小，由 于离振源较远，动柔度较小。
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输出的信号有位移、速度、力等，这里选取位移为输出信号。在 adams中振动模型研究的是线性系统，而实际系统是非线性的，建立 振动系统时，需要确定工作点，在这个工作点上对机械系统进行线性 化，该振动系统提供了三种可以选择的工作点，第一种是装配位置点， 第二种是静态平衡点，第三种是通过编程使机械系统运动到某个工作 位置时的工作点。振动系统可以是多输入多输出的系统，可以选择自 己需要研究的输入和输出。建立振动系统可以确定需要研究的频率范 围，输出通道输出的频韦在这个范围内。车铣加工中心在切削过程中 的振源对该机床的精度影响大，但由于实验条件的限制，不能利用力 锤直接锤击刀尖点，因此把刀柄和主轴前端作为输人点；选择静平衡点 为工作点；采用快速正弦扫频法。因车铣加工中心在切削时，在刀柄和 主轴相反位置作为响应的输出点，机床的精度主要是其运动位置精度，故选择输出通道的类型为位移类型[47]。
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图3. 8为工件频响应图，其主轴系统转化为柔性体，对其进行激 振，图中为机床工件和车削主轴的各个方向的位移响应。机床振动系 统受到激振后，在adams后处理模块adams/postpmcessor?中得到 0.01?800hz频率内的频响应曲线。机床工件的x方向上的大响应 在频率255 h z处，位移响应为0. 015 m m; y方向的位移大响应为 0. 0027mm，义方向的位移大响应为0. 008mm，空间方向的位移大 响应为〇. 0033mm。由于所得每阶模态比较远，之间影响不大，可以利 用单自由度系统对刚度和阻尼比进行表示。
图3. 9为机床主轴前端频响应图，图中大响应在频率255hz处， x方向上位移响应为〇? 0055mm j方向的位移大响应为0. 0024mm; z方向的位移大响应为〇.〇〇65mm;空间方向的位移大响应为 0. 0028mm。在实际工程上很难获得刚度和阻尼比，但通过上述仿真结 果可以预测。通过图3. 8和图3.9获得x方向上的响应值和固有频 率，见表3.2所列。
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