数控机床的动态特性概述

基于SAMCEF平台的机床整机动态特性分析机床的动态性能决定了机床的加工能力。

为分析优化机床的动态特性，研发人员在SAMCEF平台下，建立了机床的动力学模型，对该模型进行模态分析，同时采用LMS设备对该机床进行模态测试。

对比发现有限元计算振型与实验基本一致，计算得到的固有频率与实验得到的频率误差在16%之内，验证了该模型的可靠性。

利用该有限元模型，把所有部件作为柔性体建立动力学模型，进行多体动力学分析，研究载荷作用下导向部件及结构部件的动态应力变化情况，分析结果为机床优化设计提供方向。

机床作为生产的重要工具和设备，也被称为工作母机，其动态性能与其加工性能紧密相关，并直接影响所加工零件的精度。

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机床设计发展的必然趋势。

在设计中，仅对机床部件进行动态分析无法全面反映机床的整体性能。

因此，要对机床性能进行准确的预测，必须对机床整机进行动力学分析。

伴随着计算机计算速度的飞速提升，有限元分析成为分析计算复杂结构的一种极为有效的数值计算方法，为机床整机的振动模态理论分析提供了有力的工具。

本文利用SAMCEF动力学仿真平台和模态实验相结合的方式，对机床进行有限元计算和模态实验分析，为新产品研发设计提供了参考。

一、模态分析的基本理论振动现象是机械结构经常需要面对的问题之一。

由于振动会造成结构的共振或疲劳，从而破坏结构，所以必须通过模态分析了解模型的各阶固有频率和振型，避免在实际工况中因共振因素造成结构的损坏。

模态分析可以用来确定模型或结构的振动特性，对复杂结构进行精确的模态分析，将为评价现有结构的动态特性，诊断及预报结构系统的故障，新产品动态性能的预估及优化设计提供科学的依据。

三、机床模态实验本次试验是与LMS公司中国区技术支持工程师共同合作完成，针对VMC0540d立式加工中心进行模态实验，确定该机床的结构动力学参数，如图4所示。

同时，此次试验采用了LMS提供的测试设备及相应的分析软件：LMS SC310前端、PCB 333B30单向加速度计、激振器及功率放大器（3台）以及LMS Test Lab 9B模态测试分析软件等。

数控机床主轴加工过程中的动态特性控制方法数控机床主轴是数控机床中的关键组成部分，其加工过程中的动态特性控制方法对于保证加工质量和提高加工效率至关重要。

本文将介绍数控机床主轴加工过程中的动态特性，并探讨几种常用的动态特性控制方法。

首先，让我们了解数控机床主轴的动态特性是什么。

在数控机床加工过程中，主轴的动态特性主要包括振动、松动、热变形等问题。

振动是主轴加工过程中最常见的问题，会导致加工表面粗糙度增加、加工精度降低等质量问题。

松动是指主轴的连接件松动，造成主轴与机床的配合间隙增大，也会导致加工质量下降。

热变形是由于主轴在高速运转时会产生较大的摩擦热量，导致主轴变形，进而影响加工精度。

为了解决上述问题，可以采取一些动态特性控制方法。

首先，合理的刀具安装和主轴平衡是控制振动的重要方法。

在刀具安装过程中，要保证刀具与主轴的连接紧固，减少刀具的偏心，避免因刀具偏心引起振动。

同时，在主轴的制造和装配过程中，进行动平衡调整，以减小主轴在高速运转时的振动。

在实际应用中，还可以通过定期检查和校正来保持刀具安装的准确性和主轴平衡的状态。

其次，采用合适的切削参数和工艺策略也可以有效控制主轴的动态特性。

通过合理选择切削速度、进给速度和切削深度等切削参数，可以减小主轴的振动和噪音。

此外，采用合理的工艺策略，如切削过程中的半径补偿和切削力控制等，也能减小主轴的振动，提高加工质量和效率。

此外，还可以利用各种传感器来监测主轴的动态特性，并通过反馈控制方法进行控制。

例如，可以通过在主轴上安装加速度传感器来实时监测主轴的振动情况，并通过反馈控制方法来调整切削参数和工艺策略，从而实现主轴的动态特性控制。

最后，定期维护和保养主轴也是保证主轴动态特性稳定的重要手段。

定期清洗和润滑主轴的连接件，检查主轴的工作状态，及时更换磨损的零部件，可以延长主轴的使用寿命，保持其稳定的动态特性。

总结起来，数控机床主轴的动态特性控制方法包括合理的刀具安装和主轴平衡、采用合适的切削参数和工艺策略、利用传感器进行监测和反馈控制以及定期维护和保养主轴。

综述数控机床检测技术综述数控机床检测技术1.引言数控机床是现代制造业中不可或缺的关键设备，其精度和性能的稳定性直接影响着工件的加工质量和生产效率。

为了确保数控机床的正常运行和高精度加工，数控机床检测技术起到了重要的作用。

本文将综述数控机床检测技术的发展和应用，探讨其在制造业中的重要性。

2.数控机床检测技术的发展历程2.1 传统机床检测技术传统机床检测主要依靠人工操作和直观经验，存在检测不准确、效率低下和主观因素影响等问题。

由于制造工艺的特殊性，传统机床检测无法满足数控机床高精度加工的要求。

2.2 数控机床检测技术的出现随着计算机技术和传感器技术的进步，数控机床检测技术得到了快速发展。

通过在数控机床上安装传感器，实时采集机床的各项参数，再通过计算机进行数据处理和分析，可以实现对机床性能、加工精度和稳定性的准确评估。

3.数控机床检测技术的分类3.1 几何误差检测技术几何误差是数控机床加工精度的重要影响因素，几何误差检测技术主要通过测量数控机床各轴移动的精度和定位误差，来对几何误差进行评估和调整。

3.2 动态特性检测技术动态特性检测技术主要通过测量数控机床在加工过程中的振动、冲击和动态特性，来评估机床的稳定性和工作状态。

3.3 加工质量检测技术加工质量检测技术主要通过检测加工后的工件精度、表面质量和尺寸等指标，来评估数控机床的加工性能和加工质量。

4.数控机床检测技术的应用领域4.1 精密加工领域在需要高精度加工的领域，如航天器械、光学仪器和精密模具制造等，数控机床检测技术能够确保加工精度和稳定性，提高产品质量。

4.2 自动化生产领域数控机床检测技术与自动化生产相结合，能够实现生产过程的智能化和自动化，提高生产效率和工作安全。

4.3 故障诊断与维护领域数控机床检测技术可以实时监测机床的工作状态和健康状况，及时发现故障和异常，减少机床维护和停机时间。

5.数控机床检测技术的挑战与展望5.1 多参数综合评估技术目前数控机床检测技术主要以单一参数为基础进行评估，如何将多种参数综合评估，更全面地反映数控机床的性能和加工质量，是亟待解决的问题。

数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性分析与研究1. 数控机床直线电机进给伺服系统概述随着科技的不断发展，数控机床在工业生产中扮演着越来越重要的角色。

为了提高数控机床的加工精度和效率，近年多的研究者开始关注直线电机进给伺服系统的研究与应用。

直线电机进给伺服系统是一种采用直线电机作为驱动源的高精度、高速度、高可靠性的伺服系统，广泛应用于数控机床、机器人、自动化生产线等领域。

直线电机进给伺服系统具有很多优点，如结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、转矩大等。

这些优点使得直线电机进给伺服系统在数控机床中的应用越来越广泛。

由于直线电机本身的特点以及伺服系统的复杂性，对其进行动态特性分析与研究具有很大的挑战性。

本文将对数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性进行深入研究，以期为实际应用提供理论依据和技术支撑。

1.1 研究背景随着现代制造业的快速发展，数控机床在各个领域的应用越来越广泛。

数控机床的性能和精度对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。

直线电机进给伺服系统作为数控机床的关键部件之一，其动态特性直接影响到数控机床的加工精度、速度和稳定性。

研究数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性，对于提高数控机床的整体性能具有重要的现实意义。

传统的数控机床进给伺服系统主要采用步进电机驱动，虽然在一定程度上满足了加工需求，但其动态特性较差，如速度响应慢、加速度范围窄、负载能力有限等。

这些问题限制了数控机床在高速、高精度加工方面的应用。

随着直线电机技术的不断发展，直线电机进给伺服系统逐渐成为数控机床领域的研究热点。

直线电机具有功率密度高、加速度响应快、速度快、转矩大等优点，可以有效提高数控机床的性能。

由于直线电机进给伺服系统涉及到多个学科领域，如电机学、控制理论、机械设计等，因此对其动态特性的研究具有较高的难度。

本论文旨在对数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性进行分析与研究，以期为提高数控机床的性能和稳定性提供理论依据。

数控车床主轴单元动特性分析
刘晶;虎恩典
【期刊名称】《宁夏工程技术》
【年(卷),期】2003(002)001
【摘要】在对某型数控车床进行切削动态试验的基础上,建立了机床主轴组件的有限元动力学模型,并对主轴单元的动特性进行了计算和分析,提出了改进意见.文中有限元计算结果与试验数据的误差小于5%.
【总页数】2页(P43-44)
【作者】刘晶;虎恩典
【作者单位】宁夏大学,机械工程系,宁夏,银川,750021;宁夏大学,机械工程系,宁夏,银川,750021
【正文语种】中文
【中图分类】TH502
【相关文献】
1.数控管螺纹车床主轴单元动态特性分析 [J], 杨威;张伟;李运生
2.数控机床主轴单元基本动特性的研究与预测 [J], 赵相松;徐燕申
3.数控智能车床主轴液压变挡控制及典型故障分析 [J], 张秀印
4.数控车床主轴单元结构节能性优化设计 [J], 何吉祥;李聪波;吕岩;李娟
5.数控车床主轴系统热特性分析与验证 [J], 陈维范;薛丹
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关于数控机床模态分析的综述数控机床模态分析是一种对数控机床进行动态特性分析和优化的方法。

模态分析可以帮助工程师了解和改进机床的刚性、自振频率、模态阻尼等参数，以提高机床的加工精度和稳定性。

数控机床模态分析方法包括理论分析、有限元分析和实验测试等。

理论分析是利用工程力学理论和振动理论推导机床的自振频率和振型分布等参数。

有限元分析则是将机床建模为有限元模型，通过有限元软件计算模态参数。

实验测试方法通常需要用到加速度传感器、传动器和数据采集系统等设备进行振动信号采集和分析。

数控机床模态分析可以揭示机床的动态性能问题，指导机床的设计和改进。

通过模态分析，可以方便地了解机床各模态的自振频率、振型和消能能力，从而为机床的优化设计提供参考。

此外，模态分析还可用于检验机床的加工稳定性和动态刚性情况，评估机床的工作性能。

数控机床模态分析的应用范围非常广泛。

首先，在机床的设计阶段，模态分析可以帮助工程师了解机床的固有频率，并对其激振频率进行避免和设计。

其次，在机床的改进和优化过程中，模态分析可以帮助确定改进措施、指导改进方向，提高机床的精度和稳定性。

再次，在机床故障诊断和维护中，模态分析可以用于检测机床的振动异常情况，快速定位故障和精确定位问题所在。

然而，数控机床模态分析仍然存在一些挑战和局限性。

首先，模态分析涉及到大量的振动信号采集和分析，需要专业的设备和技术支持。

其次，机床的振动特性受到多种因素影响，如机床结构、切削过程、刀具、工件材料等。

因此，模态分析结果需要结合实际情况进行综合分析和判断。

最后，随着机床的不断更新和演变，模态分析方法和技术需要不断发展和改进，以适应新型机床的需求。

总的来说，数控机床模态分析是一种重要的机床动态性能分析方法，可以为机床的设计、改进和维护提供有力的支持。

随着模态分析技术的不断发展，相信它会在数控机床行业中得到越来越广泛的应用。

数控机床组成、工作原理以及特点第一节数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。

数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，见图2-1。

图2-1数控机床组成一、控制介质数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。

在普通机床上加工零件时，由工人按图样和工艺要求进行加工。

在数控机床加工时，控制介质是存储数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置等信息的信息载体，它记载着零件的加工工序。

数控机床中，常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘或其他可存储代码的载体，至于采用哪一种，则取决于数控装置的类型。

早期时，使用的是8单位（8孔）穿孔纸带，并规定了标准信息代码ISO（国际标准化组织制定）和EIA（美国电子工业协会制定）两种代码。

二、数控装置数控装置是数控机床的核心。

其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。

一般由输入输出装置、控制器、运算器、各种接口电路、CRT 显示器等硬件以及相应的软件组成。

数控装置作为数控机床“指挥系统”，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。

它具备的主要功能如下：1）多轴联动控制。

2）直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补。

3）输入、编辑和修改数控程序功能。

4）数控加工信息的转换功能：ISO/EIA代码转化，米英制转换，坐标转换，绝对值和相对值的转换，计数制转换等。

5）刀具半径、长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能。

6）实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择。

7）在CRT上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。

数控车床主传动系统的特点
数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床，它的机械部分较普通机床有更高的要求，如高精度、高刚度、高速度、低摩擦等。

因此，无论是从机床布局、基础件结构设计，还是轴承的选择与配置，都十分注意提高它们的刚度；零部件的制造精度和精度保持性都比普通机床提高很多，基本上按精密或高精密机床考虑，如主轴轴承都采用C级或超C级轴承，传动丝杠采用高精度的滚珠丝杠螺母副。

主传动和进给传动都广泛采用高性能的交、直流伺服电动机驱动。

此外为提高数控机床的灵敏度，改善摩擦特性，数控机床普遍采用了滚珠丝杠螺母副、滚动导轨、贴塑导轨以降低摩擦损失，减少动、静摩擦系数之差，以避免爬行。

为了防止不灵敏区产生，在进给传动系统中普遍采用消除间隙和预紧的措施。

数控车床是基于数字控制的它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：
1．由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。

2．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。

3．更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。

CNC装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。

第1章数控机床概述学习目标：数控机床是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。

本章主要讲述数控机床的基本概念、数控机床的分类以及数控机床的技术与发展水平等。

本章要求理解并掌握数控机床的基本概念和分类，了解数控技术的发展趋势以及以数控机床为基础的自动化生产系统的发展。

1.1 数控机床的基本概念1.1.1 数控机床及其特点数控（Numerical Control，NC）——数字控制，用数字和符号构成的数字化信息自动控制机床运转的技术。

数控机床（Numerically Controlled Machine Tool ）——采用了数控技术的机床。

数控机床是一种高效、新型的自动化机床，具有广泛的应用前景。

它与普通机床相比具有以下特点：（1）适应性、灵活性好（2）精度高、质量稳定（3）生产效率高（4）劳动强度低、劳动条件好（5）有利于现代化生产和管理（6）使用、维护技术要求高1.1.2 数控机床的组成数控机床的种类很多，但任何一种数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统和机床主体四部分组成，如图1-1所示。

此外数控机床还有许多辅助装置，如自动换刀装置，自动工作台交换装置自动对刀仪，自动排屑装置及电、液、气、冷却、润滑、防护等装置。

图1-1 数控机床的组成（1）控制介质是指将零件加工信息传送到控制装置中去的程序载体。

（2）数控系统是数控机床的核心。

（3）伺服系统是数控系统的执行机构之一，执行由CNC装置输出的运动指令。

（4）机床主体也称主机，它包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。

（5）辅助装置是数控机床在实现整机的自动化控制中，为了提高生产效率、加工精度、还需要配备许多辅助装置，如液压和气动装置、自动换刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。

1.1.3 数控机床的工作过程如图1-2所示，数控机床的加工，首先要将被加工零件图样上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将加工程序输入到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过处理与计算后，发出相应的控制命令，再通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而完成零件的加工。

1、数控机床及其加工特点：①自动化程度高：数控机床在加工过程中，能按照数控系统的指令自动进行加工、变速及完成其他辅助功能②高的加工精度及切削效率：数控机床的主轴转速和进给速度比传统机床大为提高，电动机功率也变大，数控机床的定位精度和重复定位精度也相当高③多工序和多功能集成：数控机床上工件一次装夹后能完成多道工序的加工，而且功能集成化还体现在工件自动定位、机内对刀、刀具破损监控、精度检测和补偿上④高的可靠性和精度保持性：数控机床常在高负荷下长时间地连续工作2、数控机床的特点：①加工零件的适应性强，灵活性好：由于数控机床具有多坐标轴联动的功能并可变换加工程序所以能加工普通机床不可能加工的复杂型面的零件②加工精度高，产品质量稳定：数控机床按照预定的程序自动加工，不受人为因素的影响，其加工精度由机床保证且可利用软件校正和补偿误差③生产率高：数控机床加工能合理选用切削用量，机加工时间短，又且定位精度高，停机检测次数减少，加工准备时间也因采用通用夹具大大缩短④减少工人劳动强度：数控机床是自动加工，其大部分操作不需人工完成改善了劳动条件，由于操作失误减少，也降低了废品率和次品率⑤生产管理水平提高：在数控机床上，能准确地计算零件加工时间，加强零件的计时性便于实现生产计划调度。

由于具有通信接口，可实现计算机间的联接，实现生产过程的计算机管理与控制3、CNC装置工作流程：①输入：输入到CNC控制器的通常有零件的加工程序，机床参数，刀补参数等②译码：以程序段为单位将零件的几何信息，工艺信息等按一定的语法翻译成计算机能够识别的数据形式并且存放在指定的存储器内③刀具补偿：包括刀具半径补偿和刀具长度补偿，将零件轮廓轨迹数据转换为刀具中心轨迹数据④进给速度数据：将合成进给速度（给定的）分解成各进给运动坐标方向的分速度，为插补计算时各进给坐标的行程量作准备。

⑤插补：CNC在一条已知起点和终点的曲线上自动地进行“数据点的密化”，即“插入中间点，补上中间拟合线段”⑥位置控制：在每个采样周期内，将插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用差值控制进给电动机，进而控制刀具的位移，加工出所需要的零件⑦I/O 处理：处理CNC装置与机床之间来往信号的输入输出，控制是CNC与机床之间信息传递和变换的通道。

数控机床动态特性优化发布日期：2014-04-29 来源：《金属加工世界》浏览次数：66摘要：考虑了滚动结合面和主要固定结合面的影响，对机床进行模态分析和谐响应分析，找出了其薄弱模态；通过分析可知改变各结合面刚度对整机动态特性的影响，识别出对整机动态特性影响较大的结合面，并对这些结合面刚度值进行优化，提高了整机的动态特性。

随着数控机床向高速、精密及复合化方向的发展，要求机床具有较好的抵抗切削颤振的性能，因此，对机床的动态性能提出了越来越高的要求。

建立机床结构准确的动力学模型，研究其动态特性，对于了解机床的薄弱环节、进行结构优化、提高机床的加工精度和稳定性具有重要意义。

机床是由多个零部件组成的复杂组合结构，各零部件之间结合部对动态性能的影响很大。

许多研究表明，机床上出现的振动问题有60%以上是源自结合面，机床的静刚度中30%～50%决定于结合面的刚度特性，其阻尼值的90%以上来源于结合面的阻尼。

因此建立考虑结合面的机床动力学模型，对于准确预测机床的动态性能具有重要意义。

机床整机特性预测的分析方法主要有3种：集中参数法、均质梁法、有限元法。

其中前两种方法在建模时机床结构过于简化，计算精度低；有限元法计算量大，但计算结果精确，目前已成为主要分析方法。

在考虑结合面参数的机床整机建模中，日本学者吉村允孝建立了双柱立式车床的分布质量梁动力学模型，识别了20个结合面，其中2个为导轨结合面，其余为固定结合面。

由于考虑了结合面特性，因而计算所得结果比较接近实验值。

国内西安理工大学的黄玉美、张广鹏等比较系统地研究了考虑结合面特性的机床动力学建模方法，他们基于结合面基础特性参数，研究了机床导轨结合部特性的建模方法，并将其用于机床整机特性分析的有限元模型中，由于同时考虑了固定结合面和导轨结合面的影响，分析结果与实验值较接近。

中国石油大学的赵宏林等从理论上推导出各种结合部的建模融入方法，并应用在XK712B立式镗铣床的建模计算中，得到了比较准确的计算结果。