研究生（选题）报告
立式铣车床性能测试与仿真优化
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院 (系、所):
华中科技大学研究生院
一课题的来源、目的、意义，国内外概况和预测 (3)
1.1课题来源 (3)
1.2课题研究背景，目的及意义 (3)
1.3国内外研究现状 (4)
二预计的研究内容和达到的要求、技术指标，预计的关键技术、技术方案 (5)
2.1预计的研究内容 (5)
2.2 拟达到的技术指标 (6)
2.3 预计关键技术 (6)
2.4 预计技术方案 (6)
三前期工作 (9)
四参考文献 (10)
五课题的研究进展计划 (12)
六现有的条件、人员（姓名、职称）及主要设备情况 (13)
6.1人员配置 (13)
6.2主要设备情况 (13)
七指导教师评语、教研室审查意见 (14)
一课题的来源、目的、意义，国内外概况和预测
1.1课题来源
与武汉重型机床集团有限公司合作的技术开发项目。
1.2课题研究背景、目的及意义
当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随着微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，四大国际机床展早己成为各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。
随着世界科技进步和机床工业的发展，数控机床作为机床工业的主流产品，己成为实现装备制造业现代化的关键设备，是国防军工装备发展的战略物资。数控机床的拥有量及其性能水平的高低，是衡量一个国家综合实力的重要标志。加快发展数控机床产业也是我国装备制造业发展的现实要求。根据中国机床工具工业协会组织用户调查表明，航天航空、国防军工制造业需要大型、高速、精密、多轴、高效数控机床;汽车、摩托车、家电制造业需求高效、高可靠性、高自动化的数控机床和成套柔性生产线;电站设备、造船、冶金石化设备、轨道交通设备制造业需求高精度、重型为特征的数控机床;制造业、生物工程等高技术产业需求纳米级亚微米级超精密加工数控机床;工程机械、农业机械等传统制造行业的产业升级，特别是民营企业的蓬勃发展，需要大量数控机床进行装备。国民经济可以被看成是一部巨型的从资源到产品及服务的转化器，生产这个转化器的就是机械制造业，机械制造业为国家重点建设提供成套技术设备，是关系国计民生、涉及国家经济安全的产业。各个工业化国家经济发展的历史表明，没有强大的机械制造业，就不可能实现国民经济的工业化、现代化和信息化。
当今数控机床的发展，除了要求机床重量轻、成本低、使用方便和具有好工艺可能性外，还着重要求机床具有愈来愈高的加工性能。所谓机床的加工性能，主要是指机床的加工精度、加工质量和切削效率等方面的指标。为了提高机床的加工性能，在设计上除了合理配置机床部件和控制系统以外，还应尽可能提高机床的静刚度和动态性能。机床的动态性能包括机床在运转状态下的振动、噪声及热变形情况.对于普通数控机床而言，其切削过程中的抗振性和稳定性是最受用户关注的。
机床在加工过程中的振动, 无论是强迫振动还是自激振动过大, 都会降低机床加工的精度和表面质量, 影响机床加工效率的发挥。因此, 现代机床的发展, 越来越重视对机床结构动态特性的研究。
机床结构的动态特性主要包括振动固有频率、阻尼比和振型。由于机床结构是多自由度系统, 必然存在多个具有特定固有频率、阻尼比和振型的模态。试验模态分析是一种在频域内研究结构动态特性的方法, 其特点是理论分析与测试实验密切结合, 运用模态参数识别技术得到机床结构的模态频率、阻尼比和振型, 从而为机床动态特性的深入研究、分析机床动态薄弱环节及机床结构优化设计提供科学的依据。
1.3国内外研究现状
国内对机床整体动态特性的研究的现状：
1、对整机进行机床静刚度试验，机床抗振性即动刚度试验
（1）昆明理工大学杜弈试验方法对MSY7115平面磨床的动态性能研究，用相对激振法激振和稳态正弦共振激励法，分别得到砂轮与工件接触点处的幅频特性图和磨床的各阶模态振型。
（2）广西大学陈文锋，毛汉领对MXBS-1320型高速外圆磨床的动态性能使用脉冲激振法进行了试验研究，得到磨床前几阶模态的频率和振型图，寻找出机床振动的薄弱环节和主要振源，并提出一些机床改造的措施。
2、对主要零部件进行有限元分析，优化零部件结构的设计
（1）东南大学和无锡机床股份有限公司对内圆磨床M2120A床身结构进行有限元分析，得到床身前几阶的固有频率和振型，分析床身的内部筋板布置对结构动态特性的影响。
（2）上海理工大学李晓燕对MK7150平面磨床的床身用有限元法进行静刚度分析，找出影响机床加工精度的床身发生最大变形的部位。
国外，机床结构的动力学修改和动态优化设计等方面的研究发展很快，普
遍采用有限元法对机床部件及整机进行动态特性分析，并已用于高速机床的开发和研究中。
西班牙M.Zatarain用有限元对立柱移动式铣床进行模态分析。采用Nastrain 和T-deas两种商用软件，建立包括床身、立柱、头架及它们之间的滚动导轨结合部在内的整机模型，并进行了模态分析，可以通过几种方案的比较，选择其中较合理的结构。
韩国科学技术高级学院Jung Dong Suth和Dai Hill Lee用有限元法分析高速机床的主轴外壳的阻尼特性，并用有限元法对高速铣床的滑块结构进行分析，得到一种新型的夹层复合结构，不仅减轻质量，还提高了它的阻尼系数。
综上所述：
（1）要准确的预测机床的动态性能，就必须对机床部件进行动力学分析。（2）用有限元方法是研究机床动态性能的有效手段。因此用有限元法机床的动态性能是开发和设计机床的趋势。
目前，由于对机械系统动态性能研究的理论分析方法和试验方法均有一定的局限性，故可将两种方法结合起来，相互取长补短，形成理论和试验相结合的分析计算法，是当前机床动态性能分析与研究中较为经济有效的途径。利用试验模态分析结果校验，补充和修正原始有限元动力学模型。利用修正后的有限元模型计算结构的动力特性，再进行优化设计。用这种方法可以在机床及图样设计阶段通过建模，仿真，分析，修改，优化，就能准确预测其动态性能。
二预计的研究内容和达到的要求、技术指标，预计的关键技术、技术方案
2.1预计的研究内容
(1)采用有限元方法对主轴、主轴箱进行模态分析，得到主轴、主轴箱的模态频率和振型，为进一步理论分析得到有效数据；
(2)采用有限元法对主轴和立柱等主要部件进行静力分析，得到主轴和立柱静态特性；
(3)应用模态试验测试软件LMS https://www.doczj.com/doc/cd6528533.html,b，对铣床关键部件如主轴、主轴箱等进行模态实验分析，得到其固有频率和阻尼比，并与计算结果进行对比分析，证明建立的有限元模型是合理的。并根据分析的结果，提出几种改进方案；
(4)利用ANSYS工程分析软件对铣床立柱部分进行结构参数化优化设计，根据优化分析结果，改进原立柱的结构，对改进后的立柱结构进行静、动态分析，并通过对比分析得出最佳方案，以达到提高机床的加工性能的目的。
2.2拟达到的技术指标
(1)消除结构对振动的薄弱环节；
(2)算出主轴最佳转速，避开共振转速；
(3)通过优化设计尽量减轻关键部件的重量，降低体积；
(4)为该型铣车床的设计提供定量的仿真数据和理论依据，促进机床开发周期的缩短和性能可靠性的提升。
2.3预计关键技术
(1)测试试验中传感器与拾振器的布置；
(2)数据的处理分析；
(3)建立反映实际结构的计算模型；
(4)确定结构载荷条件和边界条件；
(5)机械结构的优化设计。
2.4预计技术方案
2.4.1铣床主轴、主轴箱的计算模态分析
为了从理论上得到主轴、主轴箱的固有频率，利用软件对其进行模态分析，得到箱体的固有频率和振型，为后面的结构改进打下基础。
模态分析过程由4个主要步骤组成，即建模、加载和求解、扩展模态，以及查看结果和后处理。
（1）建立模型。即指定单元类型、定义单元实常数、输入材料属性、建立几何模型和有限元模型等。
（2）加载和求解。它完成的主要工作包括定义分析类型、指定分析选项、施加边界条件、设置载荷选项、进行固有频率求解等。
（3）扩展模态。再次进入求解器、激活扩展处理及相关选项、制定载荷选项、开始扩展处理、退出求解器。
（4）查看结果和后处理。模态分析的结果，即模态扩展的结果写到结果文件
中，其结果数据包括结构的固有频率、已扩展的振型、相对应力和力分
析等。
对主轴、主轴箱进行计算模态分析，得到其理论上的固有频率。由于低阶是主要动力学分析的重点，拟只截取前十阶，与之后的模态实验得到的结果进行对比分析。
2.4.2铣床主轴模态实验分析
实验采用https://www.doczj.com/doc/cd6528533.html,b软件进行数据采集。
（1）预实验
其目的是检验各种实验方案的有效性，以便选取最合适的实验方案，同时验证动力特性的预算结果，以便合理地布置测点，选择比较理想的激励点。
（2）激励方式、激振点与拾振点位置的确定
激励方式：
对于任何能够引起系统结构振动的信号都可以作为信号。对系统结构进行动态模态分析，激励设备一般为激振器和力锤。力锤激励测试系统具有设备少、试验效率高，测试设备简单，不会带来附加质量，不会影响系统的动态性能等优点。但由于力锤信号的激励能力主要集中在短时间内，容易引起连击、过载以及非线性问题，一般只适用于零件、轻型、小型机械结构的激振试验。对于主轴箱等大型机械结构则采用激振器与信号发生器相结合来进行激励。为了能够顺利的进行模态参数识别并获得较高精度的频响函数，一般对激励信号有以下要求：激励信号应该包含足够的频率成分，有足够的幅值水平；在结构存在微小非纯属因素时，有一定的抗干扰能力。正弦激励信号作为至今最有使用价值也是最经典的一种测试信号，在进行测试时，给机械振动结构施以一定的稳态正弦激振力，激振力的频率精确可调，在激振力的作用下，系统产生振动，然后精确地测量不同频率下的激振力信号及各测点响应的信号，通过分析软件进行分析得出系统的模态参数。稳态正弦激励可分为单点激励和多点激励两种方法。单点激振所用的设备少，测试方便；多点激振所用的设备多，测试时要调节各点的激振力，使其按一定的规律变化，因而测试工作比较困难。
综上，本实验拟采用单点激励，多点拾振，即单输入多输出法，利用正弦函数信号对主轴箱进行单点激励。
激励点：
关于激励点的选择主要考虑两个原则：a，应尽可能避开各阶模态的节点和节线位置，从而能够激起尽可能多的模态；b，应使各测点响应信号足够大，使各测点信号有良好的信噪比。
拾振点：
拾振点的选择也应遵循两个原则：a，各拾振点的连线能勾勒出主轴箱的轮廓形状；b，对于感兴趣的结构部件可以将拾振点布置得更密一些。
（3）采集前设置
根据传感器布点位置，在测试软件上通过建立节点、线、面建立几何模型。在通道设置页设置通道，使各传感器与通道一一对应，输入各传感器灵敏度。将几何模型中各节点导入到其对应的通道。激振，根据显示结果设置各通道量程。设置触发时间、带宽，选择窗函数。
（4）数据采集
以上各项都设置好后，对选定的激振点进行激振，同时进行数据采集。同一方案，采集多组数据。
（5）实验结果分析
打开模态分析板块，对采集的数据进行模态分析。选择感兴趣的带宽，设置分析阶次进行计算，通过自动选择极点功能选择极点。再应用软件计算出各阶振动模型。最后计算各阶模态相关性，以判断数据的有效性。
机床动态特性中起主要作用的是少数低阶模态，只要能精确地测试和识别出这些模态参数，就可较精确地反映机床结构的动态特性。识别出主轴的模态参数后，建立模态模型，用图形显示结构的振动形态，根据结构的实际使用情况，找出薄弱的环节，为结构动力修改提供可靠的信息。同时，根据共振频率，计算出其临界转速，为机床的转速设置提供理论依据。
2.4.3铣床主轴箱实验模态分析
对主轴箱采用同样的方法进行模态实验。
2.4.4铣床主轴和立柱等主要部件的静力分析
主轴和立柱的静刚度是数控机床重要的参数之一。在静刚度值低的情况下，会出现挠度增加，变形加大，影响加工精度等问题。因此，对主轴和立柱进行静力分析，得到主轴和立柱静刚度，掌握其静态特性是十分必要的。
2.4.6铣床立柱的优化设计
首先，根据立柱的结构，运用Pro/E软件对立柱进行三维建模，然后输入ANSYS进行有限元分析；其中在建模过程中，为了避免造成在有限元风格划分时出现过密风格，从而导致计算速度缓慢，可以将模型中的一些小结构，如小孔、小凸台等简化。
前处理：创建实体模型以及有限元模型。包括创建实体模型，定义单元属性，划分有限元风格，修正模型等。
加载并求解；在求解前进行分析数据检查，包括单元类型和选项、材料性质
参数、同一的单位；材料类型的设置，质量特性等等。通过这些设置，计算机即可进行处理分析数据，从而得出立柱的动态特性和静态特性。
后处理：可以通过它来观看整个模型在某一时刻的结果，或在不同阶段、子步上的结果。根据分析的结果进行一定的结构优化，从满足频率约束以及刚度约束的结构中系统地删除低效率材料来获得结构的基频约束，刚度约束，重量最小化等。
三 前期工作
2012年8月2日，与项目组一起赴广州东方电气公司，对一重型龙门钻床进行模态实验。测得其前七阶固有频率及对应阻尼比。分析了钻床振动的薄弱环节及需改进的地方。如图为软件自动拾取极点位置。
0.00
399
Linear Hz
1.36e-6
159e-6
A m p l i t u d e
g /N o o o o o v
o o o v o o o o v o v s o s o v o s o o o o v v s v o
v v v v v v o v v s o v v v v s s v v v v s s v o o o v v v o o v o o v v v s v s s o v s o s
o s o o o o v o o o v v v v s s o s v o o v o v v v o o v v o v v o v v v v v v s v s o s o v v o s v s v v s o o o v s s v o v v s o s s v s v s s s v v v v o s v v v s v v s vv o v s s v v s o o
o s v v o o v v v o v v v v v o v o o o v o s v o s o o s v v v v v v s v s v v s v v s o o o s v v o v v o o s v o o o o v s v o v v v s v o v oo s s v s s v s s v v v o v v v s s v v s v v v v s v v o o v v v s o s v o v s s o v v s o s v v s v v o v o v v o o o o s o s v v v v v v o s o s s v v o v v v v v v v v v v o v o o v v v v s s s o s o v o v s s o s vv s s v v vv v v s o o o o s v s o o o s v v v o v v v v s o v s o v s v v v s v v v s s s v s o v o v s s v s s s s s v s v s v vv v s s s v v s v v o v o o s s s o s o s s v s s o v v s s s s v v v v o s s s v v s s v o v o o s o o s o v o v s v s v o v v v v v s o v v s s o v s v v s s o o o o v o o v o o s s v v o s v o v v v v o v o v v v s s v v s o v v o v o o v s v s s s v o s v v s o s v s v v s v s v v v v o v s v v v v v v o s o o o v v o s v v v s v
s o v s s o v v s s v v v v v s v v s v s v s s v
19
202122232425262728293031323334353637383940
下图为所获取的前七阶固有频率及其阻尼比。
模态阶数 固有频率(Hz)
阻尼
1 61.338 6.39%
2 87.979 4.22%
3 170.637 4.55%
4 188.178 3.17%
5 256.662 2.03%
6 360.742 3.09%
7 386.301
1.29%
四参考文献
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五课题的研究进展计划
起止时间学习内容
1、模态分析与实验的学习；
2012年9月-10月
2、ANSYS软件的学习使用；
2012年11月主轴、主轴箱的模态实验分析；
1、主轴、立柱的静刚度分析；
2012年12月-2012年1月
2、主轴、主轴箱的模态计算分析；
2013年2月立柱的优化设计；
2013年3月-2013年5月对整个研究过程进行总结，完成硕士毕业论文；
六现有的条件、人员（姓名、职称）及主要设备情况6.1人员配置
6.2主要设备情况
计算机1台压电式加速度传感器15个
信号采集仪1台小力锤箱1只
大力锤箱1只软件LMS https://www.doczj.com/doc/cd6528533.html,B
七指导教师评语、教研室审查意见
研究生签字：
指导教师签字：
院(系、所)领导签字：
年月日
第31卷第1期福州大学学报(自然科学版)Vol.31No.1 2003年2月Journal of Fuzhou University(Natural Science)Feb.2003 文章编号:1000-2243(2003)01-0069-04大型机床动态特性的整机有限元分析 林有希1,高诚辉1,高济众2 (1.福州大学机械工程系,福建福州350002;2.合肥工业大学机械学院,安徽合肥 230009) 摘要:用静态凝聚法和子结构技术,大幅度缩减机床整机有限元分析的计算规模,保证了工程研究感兴趣 的低阶频率范围的精度.结合1台大型机床整机的有限元建模,在微机上对其进行动态性能分析,判别薄 弱环节,提出设计修改方向和建议. 关键词:大型机床;模态分析;有限元;静态凝聚 中图分类号:TH113文献标识码:A Dynamic finite element analysis of heavy-duty machine tool LIN You-xi1,GAO Cheng-hui1,GAO Ji-zhong2 (1.Department of Mechanical Engineering,Fuzhou University,Fuzhou,Fujian350002,China;2.College of Me- chanical Engineering,Hefei University of Technology,Hefei,Anhui230009,China) A bstract:Stiffness and mass matrices is effectively r educed by static condensation and sub-str ucture method.The finite element analysis for complex mechanical structure can be performed in personal c om- puter.The result and discussion of the dynamic analysis is presented for a heavy-duty machine tool, with pr ogram AMTPOS. Keywords:heavy-duty machine tool;dynamic analysis;finite element method;static c ondensation 机床是工作母机,其动态特性将直接影响加工精度和质量.对于机床这种复杂而庞大的结构,其动态有限元分析将导致成千上万个自由度的特征值问题,尤其拓展到在微机上进行的高频度分析计算,巨大的计算规模使计算机容量和计算时间难以承受.因此,有效缩减计算规模是机床整机有限元分析面临的关键问题之一.虽然子空间迭代法或P-W等方法[1,2]充分计及矩阵[M]和[K]的稀疏或带状性质,但也难以用来克服上述困难.在机床整机动态分析与参数优化程序系统AMTPOS①中,利用凝聚降阶技术解决计算规模问题,实现微机上对设计阶段的机床进行静动态性能分析预测,在多台机床分析实践中取得了成效.本文将详细讨论1台重型立式镗铣床的动态分析过程. 1 静态凝聚法 对于大型特征值问题,Guyan R J[3]提出一种矩阵降阶的办法,称为静态凝聚或特征值节化.其基本思想是保留一小部分未知的结点位移作为“主”自由度(保留),通过静态凝聚变换,消去另一部分称为“副”自由度(内部)的位移,从而使得动力矩阵的尺寸得到减缩.其基础是假设在低频段上惯性力对副自由度的影响比静力效应小,略去副自由度上惯性的作用.由副自由度上的位能极值条件: [K lb]{U b}+[K ll]{U l}=0(1)其中:{U b}为主自由度上的位移向量;{U l}为副自由度上的位移向量;[K]和[M]也相应分块,得到约束方程: {U l}=-[K ll]-1[K lb]{U b}(2) 收稿日期:2002-08-26 作者简介:林有希(1967-),男,在职博士,高级工程师. ①AMTPOS系统能在图纸设计阶段对机床整机静动态性能进行分析预测,判别薄弱环节,提出修改方向.由合肥工业大学和北京机床研究所合作研制.
目录 一、零件的分析 (2) （一）零件的生产纲领 (2) （二）零件的作用 (2) （三）零件的形状及其具体尺寸、公差 (2) （四）零件的工艺分析 (2) 二、工艺规程设计 (4) （一）确定毛坯的制造形式 (4) （二）基面的选择 (4) （三）制定工艺路线 (4) （四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (5) （五）确定切削用量及基本工时 (8) 三、夹具设计 (17) （一）切削力及夹紧力计算 (17) （二）定位元件的选定 (17) （三）夹具设计及操作的简要说明 (17) 四、总结 (19) 五、参考文献 (20)
一、零件的分析 （一）零件的生产纲领 此零件为小批量生产，所以工序要集中，步骤尽量简单。见后面零件图。 （二）零件的作用 拨叉零件主要用在操作机构中，比如改变车床滑移齿轮的位置，实现变速；或者应用于控制离合器的啮合、断开的机构中，从而控制横向或纵向进给。通过φ40mm的孔安装在轴上，拨叉顶部开有5mm宽的通槽。Φ40mm的孔上开有8mm宽的键槽，拨叉一端开φ20mm的轴孔中间穿一小轴，通过拨块拨动。 （三）零件的形状及其具体尺寸、公差 如后面零件图所示。 （四）零件的工艺分析 由零件图可知，其材料为45钢，具有较高强度，耐磨性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。拨叉共有多组加工表面，现分述如下： 1、以φ40mm孔为中心的加工表面： 这一组加工表面包括：与φ40+0.0390 mm相垂直的两端面B、C，在φ40+0.0390 mm孔中宽8mm键槽，其中主要加工表面为φ40+0.0390 mm的孔。 2、以φ20孔为中心的加工表面： 这一组加工表面包括一个φ20+0.0250mm的孔及倒角，尺寸为35mm与φ20+0.0250mm相垂直的两个平面D、E，其中主要加工表面为φ20+0.0250mm的孔。 3、以φ18mm为中心的加工表面 这一组加工表面包括：一个φ18mm的孔，尺寸为φ35mm的沉头孔，以及与孔φ35mm相垂直的轴向宽5mm的槽。 4、以M12mm孔为中心的加工表面
筋板布置型式对机床动态性能的影响 Ξ 毛海军① 孙庆鸿① 陈 南① 陈 新① 何 杰① 张建润① 郑文友② 王建平② (①东南大学 ②无锡机床股份有限公司) 摘要 以M2120A 内圆磨床为对象,比较了采用不同筋板型式后各主要零件及整机的动态性能。分析结果 表明,依据零件的振型特点选用相宜的筋板型式可明显提高其动刚度,而且由改进后的各零件组合而成的整机磨床比原磨床具有更好的动态特性。 关键词 内圆磨床 动态特性 筋板型式 本文借助三维CAD 软件Pro/E 与有限元分析软件ANSYS ,分析了M2120A 内圆磨床主要零件的筋板布置型式对其动态特性的影响,比较了由改进后的各零件组合而成的整机磨床与原磨床的动态特性。 1 X 型筋板对零件动态性能的影响 在M2120A 内圆磨床的主要零件中,床身、桥板、床头箱滑板与磨架支座滑板可视作同一类零件,均属于长宽高为同一数量级的实体结构。原结构设计全部采用了井字型筋板。现以桥板为例分析说明筋板布置型式对其动态性能的影响。经分析原桥板的第一阶扭转频率为2791115Hz (见图1a )。现将原桥板的井字型筋板分别改为X 型与米字型,而其它结构保持不变,则有限元分析结果显示:X 型桥板的第一阶扭转频率为3241631Hz ,比原桥板提高了16131%;而米字型桥板的第一阶扭转频率为3121631Hz ,比原桥板提高了12%。图1b 、c 所示分别为对应的扭转振型图 。 图1 桥板第一阶扭转振型图 由以上分析可知,采用X 型筋板的结构比采用井字型筋板的结构具有更高的抗扭能力。同时,通过比较米字型桥板与X 筋板的桥板还可以看出,尽管前者比后者多设置了两根筋板,但桥板的扭转频率不仅没有提高反而降低了12Hz 。这说明按传统的经验设计方法,盲目设置多条筋板对提高结构本身的动刚度并 不一定有利。 对床身、床头箱滑板与磨架支座滑板也按以上方式改变筋板型式,经分析其第一阶扭转频率也均有显著提高,可得到与桥板分析相同的结论。 2 井字型筋板对零件动态性能的影响 M2120A 内圆磨床工作台是属于长度远大于截面 的宽度与高度的类似于梁式杆的结构。原设计采用米字型筋板。经有限元分析可知,工作台的第一阶振型为弯曲,其频率为91125Hz (见图2a )。现将米字型筋板改用井字型,而仍保持其它结构不变,则经有限元分析得到其第一阶弯曲频率为126187Hz (见图2b ),比原工作台提高了39104%。这表明采用米字型筋板的结构与采用井字型筋板的相比,前者的抗弯曲能力不如后者高 。 (a )米字型筋板工作台 (b )井字型筋板工作台 弯曲振型图(f =91125hz ) 弯曲振型图(f =126187hz ) 图2 工作台第一阶弯曲振型图 3 磨床整机动态特性的比较 通常,单个零件动刚度的高低可以通过比较相应 的第一阶频率的大小来评定,而对于由各零件组合而成的磨床整机就不是如此简单,常常需要通过计算才 设计与研究 Ξ江苏省九五重大工业攻关项目(B G98006—2)
文章编号:100122354(2000)1020024203 机床整机的动态特性分析Ξ 覃文洁1,左正兴1,刘玉桐1,文占科1,丁庆新2 (11北京理工大学车辆工程学院CAD/CAM室,北京 100081; 21北京第一机床厂) 摘要:采用用户自定义矩阵单元来处理机床结合部的接触问题,在商品化软件平台上建立了机床整机的有限元模型,并对其进行了动态特性的分析。运用该方法来进行结构的性能预测,已用于工厂对机床的结构改进设计中。 关键词:机床;有限元;动态特性 中图分类号:TH122 文献标识码:A 1 引言 机床是机械制造工业中最基本的设备。随着国民经济的发展,人们对机床提出了越来越高的要求,其中最基本的问题就是要提高机床的工作性能,而机床的工作性能是与其动态性能紧密相关的。随着现代设计方法的广泛运用,对机床进行动态特性分析,用动态设计取代静态设计已成为现代机床设计发展的必然趋势。 机床是由多个零部件组成的复杂组合结构,仅对个别零部件进行分析,无法全面反映机床整体的性能,特别是在动态分析中,各零部件之间结合部的接触参数对动态性能的解析计算精度影响很大,因此,要准确地预测机床的动态性能,就必须对整机进行动力学分析。 在进行结构动力学分析的实际运用中,通常采取的方法是将连续系统离散化为只有有限个自由度的系统,由此求出连续系统的近似解。这些离散化的方法中有集中质量法、假设模态法、模态综合法和有限元法。集中质量法虽然做法简单,但如何选取各个集中点以及如何配置各点的质量,才能使所得结果比较接近于实际情况,这都需要经验或实验的启示,缺乏一般的理论指导。假设模态法和模态综合法的精度在很大程度上取决于所选择的结构或子结构的假设模态,对于复杂结构,这种假设模态难以找到,并且对于不同的结构没有通用性。而有限元法则是对每个单元取假设模态,由于单元的数目通常比较大,假设模态就可以取得非常简单;而且它以节点位移作为系统的广义坐标,可以降低系统微分方程的耦合程度,给用计算机求解 无间隙机构运转情况。另外,从考虑有阻尼和无阻尼对比情况来看,阻尼对弹性连杆变形是有一定影响的,由图4、图5可以看出计入阻尼可以减弱弹性杆件的变形,并且使得运动具有一定的规律性,提高了机构的稳定程度,所以可以采用具有一定阻尼的智能减振材料对含间隙弹性机构实行主动控制。 5 结论 本文在牛顿法建立的含间隙刚性机构二阶段模型的基础上,引入瞬时结构假设,建立了含间隙弹性连杆机构的动力学模型,分析了运动副间隙和结构阻尼对弹性连杆机构动态特性的影响,计算结果表明,间隙使得弹性连杆机构动态响应明显加大,而结构阻尼的存在减弱了杆件的弹性变形运动,并且使得变形运动具有一定的规律性,提高了机构的稳定程度,所以可以采用具有一定阻尼的智能减振材料对含间隙弹性机构实行主动控制。总之,在进行高速、精密机构动力分析时计入间隙和杆件弹性是完全必要的。 参考文献 [1] Winfrey R C,Anderson R V,Gnilda C W.Analysis of elastic ma2 chinery with clearances[J].ASME Journal of Engineering for Indus2 try,1973,95:695-703. [2] Dubowsky S,G ardner T N.Design and analysis of multilink flexible mechanisms with multiple clearance connections[J].ASME Journal of Engineering for Industry,1977,99:88-96. [3] 李哲,含间隙弹性平面连杆机构动力分析[J].机械工程学报, 1994,30(Supp):134-139. [4] 冯志友,孙序梁,张策.多运动副间隙的平面四杆机构动力分析 [J].佳木斯工学院学报,1991,9(2). [5] 张策.弹性连杆机构的分析与设计(第二版)[M].北京:机械工 业出版社,1997. 42 计算机辅助设计专题论文《机械设计》2000年10月№10 Ξ收稿日期:2000203224 基金项目:863资助项目(952064500) 作者简介:覃文洁(19682),女,讲师,工学硕士。主要研究方向:机械结构分析、机械系统多体动力学仿真等。
测试装置动态特性仿真实验 班级：7391 学号：2009301828 姓名：张志鹏 一、实验目的 1、加深对一阶测量装置和二阶测量装置的幅频特性与相频特性的理解； 2、加深理解时间常数变化对一阶系统动态特性影响； 3、加深理解频率比和阻尼比变化对二阶系统动态特性影响； 4、使学生了解允许的测量误差与最优阻尼比的关系。 二、实验原理 1、 一阶测量装置动态特性 一阶测量装置是它的输入和输出关系可用一阶微分方程描述。一阶测量装置的频率响应函数为： 式中：S S 为测量装置的静态灵敏度；τ为测量装置的时间常数。 一阶测量装置的幅频特性和相频特性分别为： 可知，在规定S S =1的条件下，A （ω）就是测量装置的动态灵敏度。 当给定一个一阶测量装置，若时间常数τ确定，如果规定一个允许的幅值误差ε，则允许测量的信号最高频率ωH 也相应地确定。 为了恰当的选择一阶测量装置，必须首先对被测信号的幅值变化范围和频率成分有个初步了解。有根据地选择测量装置的时间常数τ，以保证A （ω）≥1-ε 能够满足。 2、二阶测量装置动态特性 二阶测量装置的幅频特性与相频特性如下： 幅频特性202220)/(4))/(1(/1)(ωωξωωω--=A 相频特性2200))/(1/()/(2()(ωωωωξφ--=arctg w Α（ω）是ξ和ω/0ω的函数，即具有不同的阻尼比ξ的测试装置当输入信??????ωτ+ωτ-ωτ+=ωτ+=ω22s s )(1j ) (11S j 11S )j (H ()()2 11 A ωτ+=ω()ωτ -=ωφarctan
号频率相同时，应具有不同的幅值响应，反之，当不同的频率的简谐信号送入同一测试装置时它们的幅值响应也不相同，同理具有不同的阻尼比ξ的测试装置当输入信号频率相同时，应有不同的相位差。 (1).当ω=0时，Α（ω）=1;(2).当ω→∞，A （ω）=0;(3).当ξ≥0.707时随着输入信号频率的加大，Α（ω）单调的下降, ξ＜0.707时Α（ω）的特性曲线上出现峰值点;(4)如果ξ=0，))/(1/(1))/(1(/1)(202 20ωωωωω-=-=A ，显然，其峰值点出现在ω=0ω处。其值为“∞”，当ξ从0向0.707变化过程中随着的加大其峰值点逐渐左移，并不断减小。 对以上二阶环节的幅频特性的结论论证如下： (1).当ω=0时A(ω)=1 (2).当ω→∞时,A(ω)=0 (3).要想得到A(ω)的峰值就要使202220)/(4))/(1(/1)(A ωωξ-ωω-=ω 中的202220)/(4))/(1(ωωξωω--取最小值。 令:t=20)/(ωω t t t f 224)1()(ξ+-= 对其求导可得t=1-22ξ时,f(t)取最小值.由于t=20)/(ωω≥0,所以1-22ξ≥0, 2ξ必须小于1/2时,f(t)才有最小值,即ξ>2/2时，A(ω)不出现峰值点;当ξ＜2/2时4244)(ξξ-=t f ,f(t)对ξ求导得)21(82ξξ-，可以看出f(t): ξ属于[0， 2/2]时单调递增，于是得A(ω)的峰值点A 为4244/1)(/1ξξ-=t f ; 在ξ属于[0，2/2]递减。 (4).当ξ=0时 A=∞，t=20)/(ωω，ω/0ω=1,即ξ=0时A(ω)的峰值为∞，且必出现在ω/0ω=1时，当ξ=2/2时,t=0→ω=0，A(ω)=1. 还可以看出，在ξ属于[0，2/2]增大时t=1-22ξ就减小，即f(t)的峰值左平移。 （二）阻尼比的优化 在测量系统中，无论是一阶还是二阶系统的幅频特性都不能满足将信号中的所有频率都成比例的放大。于是希望测量装置的幅频特性在一段尽可能宽的范围内最接近于1。根据给定的测量误差，来选择最优的阻尼比。
组合机床毕业设计开题报告 毕业设计(论文)开题报告 理工类 题目: 载重汽车主传动轴万向节叉端面钻孔组合 机床设计学院: 机械工程学院 专业班级: 机械设计制造及其自动化机械000 学生姓名: 000 学号: 0000 指导教师: 000,教授, 2012年 04 月 1日 淮海工学院毕业设计,论文,开题报告 1.课题研究的意义，国内外研究现状、水平和发展趋势 随着社会的不断进步～机械加工技术的不断发展～传统的机床已不能完全适应新形势的要求。传统的机床只能对一种零件进行单刀～单工位～单轴～单面加工～生产效率低且加工精度不稳定～为了克服传统机床的弊端～工程技术人员相应地设计出了专用机床。但由于专用机床是根据某一工艺要求专门设计制造的～且它的组成部件均是专门设计制造的～因此相对于传统机床而言～专用机床的造价过于昂贵～设计制造周期长。为了解决传统机床与专用机床之间的矛盾组合机床便应运而生了～组合机床兼有低成本和高效率的优点～在大批、大量生产中得到广泛应用～在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削、磨削等工序～生产效率高～加工精度稳定～引起了越来越多工程人员的关注。本课题针对载重汽车主传动轴万向节叉端面钻孔组合机床设计～有利于提高大批量生产的生产效率～提高加工精度稳定性～节约各方面的资源。
最早的组合机床于1911年在美国制成～用于加工汽车零件之后便广泛应用于大批量生产的机械工业中～并且随着机械工业的发展而逐步完善。我国的组合机床的发展已有28年的历史～其科研和生产都具有相当的基础～应用也深入到很多行业～它是提高生产效率和实现高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用～因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制～它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件,近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额,～完成钻孔、扩孔、铰孔～加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台～在孔内镗各种形状槽～以及铣削平面和成形面等。随着技术的不断进步～一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐～它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动 淮海工学院毕业设计,论文,开题报告更换～配以可编程序控制器,PLC,、数字控制,NC,等～能任意改变工作循环控制和驱动系统～并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外～近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机,清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线,等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后～国内所需的一些高水平组合机床几乎都从国外进口。第21届日本国际机床博览会上来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进的机床设备中～超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。该届博览会上展出的加工中心中～主轴转速10000-20000r/min～最高进给速度可达20-60m/min,复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时～加工的形状却日益复杂。在工程机械快速发
第4章测试系统的特性 一般测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。测试过程中传感器将反映被测对象特性的物理量（如压力、加速度、温度等）检出并转换为电信号，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对电信号用硬件电路进行处理或经A/D变成数字量，再将结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。测试系统见图4-1所示。 根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中每个环节又可由多个模块组成。例如，图4-2所示的机床轴承故障监测系统中的中间变换装置就由带通滤波器、A/D变换器和快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，简称FFT）分析软件三部分组成。测试系统中传感器为振动加速度计，它将机床轴承振动信号转换为电信号；带通滤波器用于滤除传感器测量信号中的高、低频干扰信号和对信号进行放大，A/D变换器用于对放大后的测量信号进行采样，将其转换为数字量；FFT分析软件则对转换后的数字信号进行快速傅里叶变换，计算出信号的频谱；最后由计算机显示器对频谱进行显示。 要实现测试，一个测试系统必须可靠、不失真。因此，本章将讨论测试系统及其输入、输出的关系，以及测试系统不失真的条件。 图4-1 测试系统简图 图4-2 轴承振动信号的测试系统
4.1 线性系统及其基本性质 机械测试的实质是研究被测机械的信号)(t x （激励）、测试系统的特性)(t h 和测试结果)(t y （响应）三者之间的关系，可用图4-3表示。 )(t x )(t y )(t h 图4-3 测试系统与输入和输出的关系 它有三个方面的含义： （1）如果输入)(t x 和输出)(t y 可测，则可以推断测试系统的特性)(t h ； （2）如果测试系统特性)(t h 已知，输出)(t y 可测，则可以推导出相应的输入)(t x ； （3）如果输入)(t x 和系统特性)(t h 已知，则可以推断或估计系统的输出)(t y 。 这里所说的测试系统，广义上是指从设备的某一激励输入（输入环节）到检测输出量的那个环节（输出环节）之间的整个系统，一般包括被测设备和测量装置两部分。所以只有首先确知测量装置的特性，才能从测量结果中正确评价被测设备的特性或运行状态。 理想的测试装置应具有单值的、确定的输入/输出关系，并且最好为线性关系。由于在静态测量中校正和补偿技术易于实现，这种线性关系不是必须的（但是希望的）；而在动态测量中，测试装置则应力求是线性系统，原因主要有两方面：一是目前对线性系统的数学处理和分析方法比较完善；二是动态测量中的非线性校正比较困难。但对许多实际的机械信号测试装置而言，不可能在很大的工作范围内全部保持线性，只能在一定的工作范围和误差允许范围内当作线性系统来处理。 线性系统输入)(t x 和输出)(t y 之间的关系可以用式（4-1）来描述 )()(...)()()()(...)()(0111101111t x b dt t dx b dt t x d b dt t x d b t y a dt t dy a dt t y d a dt t y d a m m m m m m n n n n n n ++++=++++------ （4-1） 当n a ，1-n a ，…，0a 和m b ，1-m b ，…，0b 均为常数时，式（4-1）描述的就是线性系统，也称为时不变线性系统，它有以下主要基本性质： （1）叠加性 若 )()(11t y t x →，)()(22t y t x →，则有
数控机床的动态特性概述 李凯旋
研究机床动态特性的重要性和必要性现代机床正向高速，大功率，高精度的方向发展， 除了要求机床重量轻，成本低，使用方便和具有良 好的工艺性能外，对机床的加工性能要求也愈来愈 高。机床的加工性能与其动态特性紧密相关。 由于受到理论分析和测试实验手段落后的限制，传统的机床设计 的主要依据是静刚度和静强度，对机床的动态特性考虑较少。结 果常常是以较大的安全系数加强机床结构。导致机床结构尺寸和 重量加大。并不能从根本上改观机床的动态特性。
机床的动态特性的基本概念 机床的动态性能是指机床运转之后振动、噪声、热变形与磨损等性 能的总称。但长期以来主要指的是机床的振动性能，即主要指机床 抵抗振动的能力。【1】????? ??????===振型）振型（一阶振型，二阶变形大小）动态柔度变形的能力。动刚度：动载荷下抵抗变形的能力。静刚度：静载荷下抵抗为临界阻尼系数为阻尼系数，阻尼比）（固有角频率固有频率(/1r r ,r/r 2/f f co co n n n n d k ωξπωω机床结构的动态特性参数主要参数包括固有频率，阻尼比，振型，动刚度等。机床的动态分析主要是研究抵抗振动的能力，包括抗振性和切削稳定性，【2】??? ?????????切削自激振的能力）切削稳定性（机床抵抗主要零件的固有频率阻尼特性机床的结构刚度振动的能力）抗振性（机床抵抗受迫激振力：由回转的不平衡质量作为振动系统的振动源产生的周期性简谐振动。【1】诸乃雄，机床动态设计原理与应用[M]上海：同济大学出版社，1987:1-3 【2】陈雪瑞，金属切削机床设计[ M ] 太原: 山西科学教育出版社, 1988.147-151 主要指标外力的激励频率与物体的固有频率相等时，物体的振动形态成为主振型或一阶振型。外力的激励频率是物体固有频率二倍时，物体的振动形态为二阶振型，以此类推.......
数控车床 控制系统：SIEMENS 801S 加工性能：可车削内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、公、英制螺纹等；配有四工位刀架，可满足不同需要的加工；可开闭的防护门及各种安全警示标牌确保了操作者的安全。适用于多品种、批量加工，对复杂、高精度零件更能显示其优越性。 数控车床 控制系统：GSK 980TD—a 加工性能：可车削内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、公、英制螺纹等；配有四工位刀架，可满足不同需要的加工；可开闭的防护门及各种安全警示标牌确保了操作者的安全。适用于多品种、批量加工，对复杂、高精度零件更能显示其优越性。 数控车床 控制系统：FANUC0i—T 加工性能：可车削内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、公、英制螺纹等；配有四工位刀架，可满足不同需要的加工；可开闭的防护门及各种安全警示标牌确保了操作者的安全。适用于多品种、批量加工，对复杂、高精度零件更能显示其优越性。 数控车床 控制系统：华中世纪星系统 加工性能：可车削内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、公、英制螺纹等；配有四工位刀架，可满足不同需要的加工；可开闭的防护门及各种安全警示标牌确保了操作者的安全。适用于多品种、批量加工，对复杂、高精度零件更能显示其优越性。 数控铣床 控制系统：FANUC 0 i—M 技术性能：本机布局为立式主轴、十字型床鞍工作台，结构紧凑、加工范围广泛，一次装夹后可完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种工序的加工。主轴采用交流主轴电机同步齿形带传动，噪声低。主要应用于机械零件和模具加工，与同类产品相比，性能出众。 结构特点：强力切削、低速高扭矩、恒功率范围宽（FANUC交流主轴电机）。主要构件刚度高、床身立柱床鞍均为稠筋、封闭式框架结构。无齿轮传动、噪声低、振动小、热变形小。 数控立式加工中心 控制系统：SIEMENS 802D
本科毕业设计（论文）开题报告 题目： 学生姓名： 院（系）：机械工程学院 专业班级 指导教师： 完成时间：2012 年 5 月31 日
1.课题的意义 机械加工工艺及夹具设计是毕业前对专业知识的综合运用训练。在独立进行课题设计时，将对本专业知识加深理解，也将了解到暧通专业在国内外的最新发展状况和技术的发展趋势。制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段，所有国家都在寻求、获得、开发和利用它。它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。 机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现。而机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义 2.国内外现状 目前，我国机床工业进入了一个关键的发展时期，必须科学地结合工业发展的需求，有组织有节奏地进行产业结构的调整，这个过程是建立实事求是、讲究实效、科学态度的基础上的复杂的系统工程。从政府相关部门到企业，都应将有序、稳步的进行。领导者应定下目标并定期检查，阶段性的进行总结，切实改进转型中所遇到的问题，那种走过场的做法，将贻误战机。在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。他的特征是高效、高质、经济、实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、绞孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数字组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高科技专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。 从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速10000～20000r/min，最高进给速度可达20～60m/min；复合、多功
科学技术学院 毕业设计（论文）开题报告 题目：卧式双面24轴组合钻床总体设计及左主轴箱设计（双级圆锥-圆柱齿轮减速器箱体底座) 学科部：理工学科部 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机制103班 学号：7011210138 姓名：徐伟龙 指导教师：永平 填表日期：2013 年12 月20 日
一、选题的依据及意义： 组合机床（如图1所示）是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配之以少量的专用部件和按工件形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动的专用机床。组合钻床一般用于加工箱体类或特殊形状等零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔等加工。 图1 组合机床具有如下的优点：(1)主要用于棱体零件和杂件等的孔面加工。(2)生产率高。因为工序集中，可以多面、多工位、多轴、多刀同时进行加工。(3)加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来确保加工精度的一致。(4)研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本较低。因为通用化、系列化、标准化程度高，通用件可组织批量生产进行预先制造或外购。(5)自动化程度高，劳动强度较低。(6)配置灵活。因结构是横块化、组合化。可按照工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种
类型的组合机床和自动线；机床便于改装：产品或工艺发生变化时，通用部件一般还可以重复使用。 作为机械设计制造专业的学生，通过《金属切削机床》这门课程对组合钻床的了解，结合《机械设计》、《机械原理》等专业课程的学习，对组合钻床有了一定的感性和理性认知，特别是对多面、多工位、多轴、多刀同时加工产生的浓厚的兴趣，组合钻床的设计对我们机械专业学生对本人也是比较大的挑战，所以我才选择组合钻床的设计作业我的毕业设计，这是对我大学四年所学知识的综合运用，也是对我大学四年来的综合考验和考量。 二、国外研究现状及发展趋势（含文献综述）： 1、国组合机床现状 在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有一定的基础，应用也已深入到许多行业，是当前机械行业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度比较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效率、高质量、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、家电等行业。特别是在中国加入WTO以后，制造业所面临的并存机遇与挑战、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极向上的应对策略，出现了生产、销售两旺的良好势头，截至2005年，组合机床行业企业仅组合机床一项，据统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%，另外组合机床行业增加值、产品销售率、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年都有较大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。 近些年来，由于国家加大了基础设施的投入，工程机械需求呈现了增长势头，生产厂家呈现出一年翻一番的良好发展形势，虽然国家因出现局部经济过热而采取对钢材、建材等行业进行调控，但许多重点工程都陆续开工，工程机械可能不
目录 一、设计题目 (1) 二、设计任务 (1) 三、所需器材 (1) 四、动态特性测量 (1) 1.振动系统固有频率的测量 (1) 2.测量并验证位移、速度、加速度之间的关系 (3) 3.系统强迫振动固有频率和阻尼的测量 (6) 4.系统自由衰减振动及固有频率和阻尼比的测量 (6) 5.主动隔振的测量 (9) 6.被动隔振的测量 (13) 7.复式动力吸振器吸振实验 (18) 五、心得体会 (21) 六、参考文献 (21)
一、设计题目 简支梁振动系统动态特性综合测试方法。 二、设计任务 1.振动系统固有频率的测量。 2.测量并验证位移、速度、加速度之间的关系。 3.系统强迫振动固有频率和阻尼的测量。 4.系统自由衰减振动及固有频率和阻尼比的测量。 5.主动隔振的测量。 6.被动隔振的测量。 7.复式动力吸振器吸振实验。 三、所需器材 振动实验台、激振器、加速度传感器、速度传感器、位移传感器、力传感器、扫描信号源、动态分析仪、力锤、质量块、可调速电机、空气阻尼器、复式吸振器。 四、动态特性测量 1.振动系统固有频率的测量 （1）实验装置框图：见（图1-1） （2）实验原理： 对于振动系统测定其固有频率，常用简谐力激振，引起系统共振，从而找到系统的各阶固有频率。在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过振动曲线，我们可以观察到在某一频率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，这就是机械振动系统的某阶固有
频率。 （图1-1实验装置图） （3）实验方法： ①安装仪器 把接触式激振器安装在支架上，调节激振器高度，让接触头对简支梁产生一定的预压力，使激振杆上的红线与激振器端面平齐为宜，把激振器的信号输入端用连接线接到DH1301扫频信号源的输出接口上。把加速度传感器粘贴在简支梁上，输出信号接到数采分析仪的振动测试通道。 ②开机 打开仪器电源，进入DAS2003数采分析软件，设置采样率，连续采集，输入传感器灵敏度、设置量程范围，在打开的窗口内选择接入信号的测量通道。清零后开始采集数据。 ③测量 打开DH1301扫频信号源的电源开关，调节输出电压，注意不要过载，手动调节输出信号的频率，从0开始调节，当简支梁产生振动，且振动量最大时（共振），保持该频率一段时间，记录下此时信号源显示的频率，即为简支梁振动固有频率。继续增大频率可得到高阶振动频率。
编号: 毕业论文(设计) 题目机床夹具设计 指导教师侯晓霞 学生姓名刘文举 学号200801703095 专业机械设计制造及其自动化 教学单位德州学院机电工程系（盖章） 二O一二年五月十日
目录 摘要及关键词 (2) 1 引言 (2) 1.1 机床夹具设计 (2) 1.2 选题目的和意义 (2) 1.3 国内外的研究现状和发展趋势 (2) 2 机床夹具概述 (3) 2.1 工件装夹与夹具 (3) 2.2 夹具的分类 (5) 2.3 夹紧装置的作用 (6) 2.4 机床夹具设计的一半步骤 (7) 3 夹具总体方案设计 (8) 3.1 定位原理及其实现 (8) 3.2 误差分析 (9) 3.3 夹紧方式 (12) 3.4 夹紧力的数值计算 (12) 3.4 夹紧点的数目及位置 (14) 4 铣床夹具 (15) 4.1 铣床夹具的分类 (15) 4.2 铣床通用夹具的结构 (15) 4.3 铣床夹具的设计特点 (16) 4.4 典型数控机床夹具 (16) 4.5 数控铣床夹具 (17) 参考文献 (18) 谢辞 (19)
机床夹具设计 刘文举 （德州学院机电系，山东德州253023） 摘要：制造业中广泛应用的夹具，是产品制造各工艺阶段中十分重要的工艺装备之一，生产中所使用夹具的质量、工作效率，及夹具使用的可靠性，都对产品的加工质量及生产效率有着决定性的影响。首先对夹具的概念进行了解，再进行机床夹具的设计，从定位到误差分析再到确保加工精度，然后计算出加紧力确定加紧点位数等细节计算。 关键词：定位；机床夹具；加工精度；定位点；夹紧力 1 引言 1.1 机床夹具的设计 在机床上对工件进行加工时，为了保证加工寿面相对其它表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在机床上占有准确的位置，井在加工过程中能承受各种力的作用而始终保持这一准确位置不变。前者称为工件酌定位，后者称为工件的夹紧，这一整个过程统称为工件的装夹。在机床上装夹工件所使用的工艺装备称为机床夹具(以下简称夹具)。 1.2 选题目的和意义 夹具最早出现在18世纪后期，随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。 1.3 本题在国内外的研究现状和发展趋势 随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中
简述系统动态特性及其测定方法 系统的特性可分为静态特性和动态特性。其中动态特性是指检测系统在被测量随时间变化的条件下输入输出关系。一般地，在所考虑的测量范围内，测试系统都可以认为是线性系统，因此就可以用一定常线性系统微分方程来描述测试系统以及和输入x (t)、输出y (t)之间的关系。 1) 微分方程：根据相应的物理定律（如牛顿定律、能量守恒定律、基尔霍夫电 路定律等），用线性常系数微分方程表示系统的输入x 与输出y 关系的数字方程式。 a i 、 b i (i=0,1,…)：系统结构特性参数，常数，系统的阶次由输出量最高微分阶次决定。 2) 通过拉普拉斯变换建立其相应的“传递函数”，该传递函数就能描述测试装 置的固有动态特性，通过傅里叶变换建立其相应的“频率响应函数”，以此来描述测试系统的特性。 定义系统传递函数H(S)为输出量与输入量的拉普拉斯变换之比，即 式中S 为复变量，即ωαj s += 传递函数是一种对系统特性的解析描述。它包含了瞬态、稳态时间响应和频率响应的全部信息。传递函数有一下几个特点： （1）H(s)描述系统本身的动态特性，而与输入量x (t)及系统的初始状态无关。 （2）H(S)是对物理系统特性的一种数学描述，而与系统的具体物理结构无关。H(S)是通过对实际的物理系统抽象成数学模型后，经过拉普拉斯变换后所得出的，所以同一传递函数可以表征具有相同传输特性的不同物理系统。 （3）H(S)中的分母取决于系统的结构，而分子则表示系统同外界之间的联系，如输入点的位置、输入方式、被测量以及测点布置情况等。分母中s 的幂次n 代表系统微分方程的阶数，如当n =1或n =2 时，分别称为一阶系统或二阶系统。 一般测试系统都是稳定系统，其分母中s 的幂次总是高于分子中s 的幂次(n>m)。
机床夹具设计 机自0802 郑顺欣 摘要：零件在工艺规程制定后，要按工艺规程的顺序进行加工。加工中除了需要机床，刀具，量具外，成批生产时还需要机床夹具。他们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床或刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。夹具在机床应用中占很高的地位.夹具最早出现在18世纪后期。 关键词：机床夹具车床铣床加工零件定位原理： 1．机床夹具的现状 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。中国国际模具网 现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20％左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（fms）等新加工技术的应用，对机床手轮夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； 2）能装夹一组具有相似性特征的工件； 3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；
6）提高机床夹具的标准化程度。 2．现代机床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。 （1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：gb/t2148~t2259－91以及各类通用夹具、手轮、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 （2）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。 （3）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。 （4）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间