主轴系统建模与刀尖点频响函数预测研究  

Modeling of Spindle Dynamics and Tool Point Frequency Response Function Prediction

作　　者：刘成颖[1,2] 刘巍 郑烽[3] 张智 张洁[1,2] 

机构地区：[1]清华大学机械工程系,北京100084 [2]清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室,北京100084 [3]电子科技大学机械电子工程学院,成都611731

出　　处：《组合机床与自动化加工技术》2017年第11期11-15,共5页Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique

基　　金：国家科技重大专项(2013ZX04001-021)

摘　　要：为了获取稳定性叶瓣图所需要的刀尖点频响函数,基于响应耦合子结构分析法(RCSA)提出一种主轴系统建模方案。根据电主轴系统在实际使用过程中变化与不变化的部分将系统划分成主轴-刀柄基座、刀柄悬伸部分-刀具夹持部分和刀具悬伸部分三个子结构,并利用锤击实验、有限差分法、逆RCSA方法以及Timoshenko梁模型仿真获取各子结构的频响函数。这种模型不仅避免了复杂的结合面建模与参数识别过程,而且能简单、快速、准确地通过刚性耦合预测出不同刀柄-刀具组合下的刀尖点频响函数。以170XDS20Z11型电主轴系统为研究对象,对以上建模方法进行了实验研究,验证了本方法的实用性与准确性。To obtain the tool point frequency response function （FRF） for constructing a stability Lobe diagram, a new spindle system model based on receptance coupling substructure analysis （RCSA） method was presented. Spindle-holder-tool assembly was divided into three substructures according to practical application： the spindle-holder base; the extended holder-tool holding part; and tool overhang part. And substructures＇ frequency functions were obtained by impact test; finite difference method; inverse RCSA method and Timoshenko beam model. This method avoided the modeling and parameter identification of interface, which could predict tool point RFR with different holder-tool combination simply and accurately. Experiments were carried out on 170XDS20Z11 spindle system, the results showed a good agreement with prediction.

关 键 词：响应耦合 频响函数 子结构 预测 

分 类 号：TH113[机械工程—机械设计及理论] TG113.25[金属学及工艺—物理冶金]