机床动力学建模与仿真

12沈磊, 丁晓红

1.机械工程学院，上海理工大学，上海市

2.机械工程学院，上海理工大学，上海市

简介:针对某机床(如图1)动态性能不足，对整机进行结构结果:优化后得到结合部的刚度值，并将实验测试的优化，首先需要建立准确、有效的机床有限元动力学模型。

模态振型与COMSOL软件仿真的模态振型进行比较(如据文献统计[1]，60%-80%的刚度、90%左右的阻尼由各种结

图3)，其振型较为一致，同时仿真与实验的固有频率合部决定。因此建立机床动力学模型的难点在于确立结合较为接近(如表1)，因此建立的有限元动力学模型较部的特性。利用整机模态测试数据，借助Solid为准确。

Mechanics模块和Optimization模块可以很好地完成机床的建模仿真。

模态阶次Comsol仿真模态测试1图1. 机床结构示意图

计算方法:借助SolidMechanics模块进行机床的动力学建模，将整机的结合部简化(如图2)，添加一致对来模拟各个结合部，并给定初始的弹簧基础的刚度值Ki。然后利用Optimization模块建立优化数学模型，将简化结合部的刚2度值作为设计变量，优化目标是让COMSOL软件得到的整机固有频率接近于实验得到的固有频率，以此得到机床结合部准确的刚度值。

MX+CX+KX=F(t)图3.仿真与实验前2阶模态振型对比

模态阶次实验/Hz仿真/Hz误差/%137.439.3 5.0%2.3.4 0.1%398.399.7 1.4%4134132.0 1.5%5160.8147.8 8.1%表1. 仿真与实验前5阶固有频率对比

•结论:借助COMSOL软件并结合实验测试数据，建立了

图2.整机动力学建模

较为准确和有效的机床整机动力学模型，并得到了准确的各结合部刚度值，为后续机床的分析和优化建立了很好的基础。参考文献：

1.

G.P. Zhang, Y.M. Huang, W.H. Shi, W.P. Fu, Predicting dynamic behavioursof awhole machine tool structure based on computer-aided engineering,

International Journal of Machine Tools & Manufacture, 43 (2003) 699-706.

31