OC曲面活塞数控加工系统动态特性研究及动力修改

　　中凸变椭圆活塞简称OC曲面活塞(Operating Characteristic Curved Surface Piston),其形状在纵截面内显中凸状,横截面为变椭圆.OC曲面活塞的裙部是一种复杂曲面,而且精度较高,活塞裙部轮郭精度一般为±0.01 mm～±0.005 mm .

　　为了实现OC曲面活塞的加工,我们采用了振动与数控技术相结合的方法[1].机床,特别是数控机床,其动态性能对加工精度的影响举足轻重,特别是本加工系统是实现一种位移激振,机床的抗振性问题尤为突出.系统的主要振源有两个:

　　(1)椭圆形成部分的周期性运动x=x0sinωt;

　　(2)周期性变化的切削力p=p0sinωt

　　1　系统动态性能的测试及其分析^[1,2]

　　1.1　系统动力学模型的建立

　　系统是一个多自由度的离散系统.根据系统的具体结构,经多次修改,特别是要满足系统模态参数与物理参数的对应关系,最终建立了图1所示系统的动力学模型.按图1所确定的动力学模型,其动力学方程式为

　　1.2　测试系统

　　测试系统如图2所示.图3是在1点激振、2点拾振时所测得的传递函数曲线.

　　1.3　系统动态特性测试结果和动态性能分析[3]

　　按图2的测试系统分别在1、2、3、5、6、7点处激振,在2点处拾振测得系统的直接动柔度和交叉动柔度,综合各次实验结果,然后进行数据处理,可得如下结论.

　　(1)固有频率分析.从表1的计算结果可以看出,系统的一、二阶固有频率正好落在工作频

　　率范围23Hz～80 Hz之内.

　　对摆杆进行有限元分析,可以得出摆杆的一阶固有频率均在400 Hz以上,远远高于系统的工作频率.从摆杆的抗振性角度看这是好的,不必担心工作频率和摆杆固有频率相等或接近时的共振.另外,当改变摆杆厚度L时,摆杆的固有频率也发生变化.L1=26 mm时,ω11=409.49 Hz;L2=20 mm时,ω21=440.53 Hz;L3=15mm时,ω31=474.79 Hz.由此可以判定摆杆存在多余质量.

　　(2)从表2的振型可以看出,各阶振型中结构上7点的振幅都是同一振型中的较大者,二阶和三阶振形的振幅是最大者,说明7点受系统动态性能的影响较大.另外,各阶模态振型的数值也验证了前面对摆杆的刚性梁假设.

　　图4是当机床主轴以n=1 120 r/min空运转时7点的振动频谱.从图中可以看出,由于受低阶固有频率的影响,7点的振动是明显的.

　　(3)椭圆度线性变化分析.用于验证加工性能的零件图所规定的椭圆度线性方程为

　　y= 153.121 + 0.635 88x

　　加工一批零件对椭圆度进行分析,椭圆度线性回归方程为

　　比较可知,两方程的斜率不相等.在排除了调整误差的影响后,斜率不相等是与系统的动态性能有关的.具体分析系统的结构可以发现,因为摆杆是一简支梁,由于在其长度方向刀架移动系统的动态性能不一致,从而造成斜率的不一致.因此,在系统结构修改中应设法保证系统沿摆杆长度方向的动态性能一致.