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前言：

隨著工業技術的發展，加工中心曰益向高速化,高精度化的方向發展。加工中心在加工時因為振動而引起的加工速度不高，加工精度不夠的問題越來越嚴重。在加工中心的設計過程中，越來越多的研究人員開始考慮加工中心加工時的振動特性¹^s。

楊亞明等2011年對某一小型車銑復合加工中心進行了實驗模態分析，得到了其低階模態振型⁶。褚志剛等2012年某加工中心床身進行模態試驗，并且利用最小二乘復頻域法和最小二乘復指數法對其模態參數進行了識別。周莉等2014年以一臥式加工中心的立柱為研究對象，利用MFd«_ipe軟件對其進行了實驗模態分析⁰。曹力等²1〇5年利用ANSYS Workbench軟件對床身材質對一高精度磨床動態特性的影響做了分析¹。劉成穎等2016年利用有限元法對一臥式加工 ^{^[1]}^{^[2]}

中心進行了整機計算模態分析^。Wd₍m等在非穩態情況下對某一加工中心主軸進行了模態分析^S。TnmTI)等對_加工中心進行了實驗模態分析，并將其應用在其傳動系統的調試中^:14。

從以上可以看出針對加工中心類復雜的機械結構，研究者大多以加工中心的某個關鍵部件進行動態特性研究。有些研究者對整機的動態特性進行計算模態分析或是實驗模態分析，但是很少有研究者將計算和實驗得到的結果進行比較。

本文針對某_CNC加工中心，首先利用計算模態分析的方法對某_加工中心進行了整機計算模態分析。然后利用實驗模態分析的方法對加工中心進行了整機模態測試。并將計算模態分析和實驗模態分析結果進行比較，驗證了計算模態分析結果的正確性。分析了該加工中心動態特性設計中的薄弱環節。本文的方法對加工中心的動態特性設計具有一定的指導意義。

1加工中心的計算模態分析

加工中心的振動特性主要可以用模態分析的方法進行研究。目前模態分析的方法主要有計算模態分析方法和實驗模態分析方法兩種。其中計算模態分析方法首先利用三維建模軟件，對加工中心進行實體建模。然后將模型導入有限元分析軟件，進行適當的邊界條件設置后劃分網格，進行計算。求出加工中心的各階固有頻率、阻尼比和振型。

本文研究對象為_立式的CNC加工中心，其主要由床身，立柱，主軸箱，拖板，工作臺等部件構成，如圖1所示。因加工中心是大型復雜結構綜合考慮后采用NAS-TRAN有限元分析軟件對其進行分析。因在NAS-TRAN軟件中直接建模較為復雜，所以采用UG三維建模軟件進行建模組裝后導入NASTRANR軟件中進行分析。在處理CNC加工中心結合面時均采用彈簧阻尼單元法進行處理。加工中心的材料主要為鑄鐵，參數為:泊松比〇. 28,彈性模量1 lOGPa密度為7200kg/m³。在實體建模時對細小的零部件進行省略。進行網格劃分后得到具有610023個單元和1246990個節點的有限模型。進行求解后得到其前三階模態的固有頻率，阻尼比與振型。

計算模態分析的方法，在計算的過程中不需要實體加工中心，在加工中心設計之初即可對加工中心的動態特性進行預估。但是因為加工中心的結構復雜，加工中心實體建模的精度^幾床各部件結合面的處理，以及邊界條件的預設等都會影響計算結果的精度。計算模態分析的方法的結果往往需要實驗來進行驗證。

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結束語：

本文分別利用計算模態分析和實驗模態分析的方法對一加工中心整機的動態特性進行了研究,，主要結論可歸納如下：

(1) 在低頻段（1501 [_z以內，前三階），計算模態分析和實驗模態分析結果基本一致。但在高頻段兩者相差較大，無可比性。

(2) 發現該加工中心整機的前三階模態分別為立柱的前后擺動，左右擺動與扭轉擺動，對應的固有頻率均在150Hz以內。

(3) 該加工中心的切削激勵最高頻率為1501 l_z,在此頻段內加工中心均有可能發生顫振，其薄弱環節為其立柱,，

文中的計算模態分析方法和實驗模態方法可應用于加工中心的設計開發過程中。計算和實驗得到的結果對改進加工中心動態特性具有一定的指導意義。

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某加工中心計算模態分析及其實驗驗證

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