机床结构的研究现状概况

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机床的特性包括静态特性和动态特性。机床系统在受到静态的、不变的载荷作用时，结构或部件产生位移、应变和应力的状态就是机床的静态特性反映。在同样的载荷下，位移、应变、应力愈小，则表示机床静态特性越优秀。一般可以用静刚度表示机床的静态特性。与之对应，机床系统受到动态变化的载荷作用时，其结构或部件产生的振动和振型的状态就是机床的动态特性反映。在一个频率的动载荷作用下，机床的振型越小，表示机床的动态特性越好，即机床结构的抗振能力越好。常用动刚度来反映机床的动态特性，车床结构中产生的单位振幅所需的激振力在数值上大概和动刚度相等；越大的动刚度，那么在一定激振力的作用下使车床姐都产生很小的振幅，那么抗振能力也越好，相反会让车床的抗振能力变得很差 [3]。52343

有限元分析方法、数值解法、试验方法都是进行静态分析和动态分析的方法。运用一般的结构力学，材料力学、理论力学、弹性力学的知识对模型来分析求解就是平常所说的数值解法。这种方法往往有很高的求解精度，在小型和简单模型中都会用到这种最原始的方法。有限元方法分析现在都用在大型的很复杂模型中，因为大型复杂模型有很多的小部件构成。随着现代计算机辅助技术的发展，有限元分析方法的解析精度已经和数值解法没有很大区别，并且具有很高的效率，已经成为在结构静态分析和动态分析中的主要方法。试验法一般都和有限元分析方法互相配合使用，可以有效的验证有限元分析法的结果的准确性；但是这种方法一般都会受到各种条件的限制，应用并不怎么广泛。

国外在动态特性和静态特性的研究上投入很大，这也是他们能飞速发展的原因，有限元分析方法、试验方法对高速机床的设计和研究开发有着很大的影响论文网，有许多国外学者都在对车床的结构进行研究，希望能够改善它的结构，取得的成果当然也是相当大的[4、5]。Padmanabhan为减振设计花了很大的功夫，用到了减少曲面的响应方法，建立结合面的切向阻尼模型，识别了阻尼系数 [6]。M.Zatarain 等人用有限元分析软件 Nastran 建立了立式高速铣床的整体有限元的三维模型，通过进行模态分析后，获得了整体的振型和固有频率，并以此为基础进行了相应的改进，得到了较为理想的结构 [7]。M.A.Elbestawi 用实验的方法在测试中得到了高速铣、磨、削、复合的加工中心整体的阻尼特性以及在结合面上的动刚度，使有限有分析方法有了重要的根据[8]。Sun-Min Kim 等人在研究磨床砂轮的振动特性是否受到螺栓预紧力的影响，分别用有限元分析（ANSYS）法和试验方法得到砂轮的模态分析的结果，两者误差对比在5%以内[9]。Feinauer和Heisel用仿真分析了高速铣、削时的不平衡的振动、切削力、加速度对车床的动态特性有怎么样的影响，并提出补偿性不平衡的振动和避免震动来减少对加工工件质量差的影响因素 [10]。

车床的静态特性、动态特性等方面在国内的的研究的起步相对较晚，但也有很长的历史了，并且在最近的十多年来随着我国科学技术的发展取得了飞速发展，有了长足的进步也得到了应有的成果 [11、12、13]。王飞月[14]在分析车床的振源与振型的特点，研究静刚度、动刚度还有阻尼对车床动态特性有什么样的影响，结合面上的刚度与阻尼分别占到了整个机床的刚度、阻尼的60%和90%以上。张广鹏等人利用均质的梁、集中的质量、结合面上的单元建立整个机床的动力学的模型，他们预测整个机床的动态特性，还编写了软件，实验进一步说明这个方法拥有较高准确性和速度 [15]。王立华等人用有限元分析方法和实验模态分析方法对XK8150数控铣床的导轨结合面进行参数的识别，研究了整个机床的动态特性受到刚度和结合面上的阻尼的怎样的影响，并且尝试进行优化设计 [16]。卢熹等人用有限元分析方法对CK1416型数控车床床身进行动态分析，分析它的动态特性，用模态分析方法并进行实验验证了模型是否有效[17]。魏建中等人研究机床的铣削力在不同工况条件下的变化，研究机床的铣削力与机床的动态特性有怎样的关联，这是为了能够更好的选择加工参数 [18]。魏海燕等人采用定时采样的锤击法测试了卧式加工中心的低阶模态，这个方法具有简便、广泛使用，在现实中能够广泛使用，也说明了它具有很高的价值 [19]。方英武等人用边界元法建立机床整体结构的动力学方程并计算它的动态特性，这种方法有相当高的效率，计算也很精确 [20]。边界元法吸收了解析法和数值法的一部分优点，相信发展前景不错，但在实践中如何使用等着人们去探索。有限元分析方法在现阶段还是最主要的方法，不仅拥有的无与伦比的软件基础，还有强大的理论基础，也是在研究静态特性和动态特性中第一个被考虑到。