本文摘要：

数控机床的动力学特性是影响机床加工精度和效率的重要因素，结合面刚度变化及机床加工空间位置变化等因素会导致机床的动力学参数发生改变，影响机床的加工性能。为了探究五轴加工中心和五轴钻攻中心的动态特性及其影响因素，本文围绕转台轴承结合面刚度和加工空间位姿对双转台五轴机床的工作台回转系统及整机的动力学特性进行了相关研究，预测了机床在不同加工空间的模态场，并对机床的薄弱环节进行了辨识，最后结合实验验证了有限元分析的正确性。主要结论如下：

（1）通过赫兹接触理论建立了机床滚珠丝杠副结合部和直线滚动导轨副结合部以及机床转台轴承结合部刚度模型，数值分析了转台轴承刚度的影响因素。当转台轴承螺钉拧紧力矩T及外载aF和,xyM的增大使得轴向游隙||aG增大时，aK和MK都随之增大，当||aG增大至20μm后aK增大变缓；径向刚度rK随径向游隙||rG的增大先显著增大后趋于平缓。

（2）建立了双转台五轴加工中心的工作台回转系统以及整机的有限元模型，仿真分析了机床工作台回转系统在不同摆台摆角和不同转台轴承刚度下的动态特性，建立了机床一阶固有频率模态场，分析了不同加工空间位置下机床动力学特性参数变化的敏感性。研究结果表明，工作台回转系统的动态特性受摆台摆角位置变化的影响较大，其一阶固有频率随着摆台角度的增大而减小，且在摆台摆角为0°时其固有频率达到；相比与转台轴承的轴向刚度变化，工作台回转系统的动态特性对转台轴承径向刚度的变化更为敏感，工作台回转系统前六阶固有频率随着转台轴承径向刚度的增大而增大；该双转台五轴机床的一阶固有频率对其加工空间Z方向上的变化敏感，对X、Y方向上的敏感度较小，对X方向上的敏感度最小；机床一阶固有频率随摆台角度的变化率不足2%，摆台角度变化对机床整机的动态特性影响不大。

（3）提出了一种振型法和模态质量分布矩阵法相结合的机床薄弱环节辨识方法。通过机床模态仿真的振型图及模态质量分布曲线辨识了机床的薄弱环节，而后根据有限元分析结果，进行了机床的模态实验测试，得出了机床各部件实验模态质量分布曲线，验证和进一步辨识了机床的薄弱环节。研究结果表明，该双转台五轴机床一阶和三阶模态的薄弱环节是主轴及其结合部，二阶模态的薄弱环节是主轴和主轴箱及其结合部。

（4）搭建了双转台五轴机床模态实验的实验测试系统，通过模态实验测试的方法获得了机床低阶固有频率和对应的振型。研究结果表明，实验的前三阶综合固有频率与仿真值的误差均在15%以内，主要振型基本一致，验证了整机有限元模型及模态仿真的准确性，相关实验数据支持了机床薄弱环节辨识部分。

本文的创新点主要在于完成了五轴加工中心和五轴钻攻中心转台轴承刚度建模及影响因素分析，并考虑转台轴承结合部等运动结合部完成了机床工作台回转系统的动态特性分析；分析了不同转台轴承刚度及不同机床加工空间对工作台回转系统的动态特性影响，并基于三维Kriging预测模型对整机加工空间模态场进行了预测，完成了机床动态特性参数变化的方向敏感性分析；提出了一种振型法和模态质量分布矩阵法相结合的机床薄弱环节辨识方法，辨识了该机床的薄弱环节。

本文虽然在对双转台五轴加工中心的工作台回转系统及整机的动态特性分析方面取得了一定的研究成果，但是受限于个人能力及研究时间的限制，总结有以下不足之处：只是对机床整机进行了模态实验，对相关运动结合面的刚度建模及分析只是建立在理论和仿真分析上；只是完成了机床一种加工空间下的薄弱环节辨识，后续可以研究该机床在不同加工空间下的薄弱环节变化情况，并将该辨识方法扩展于其他机床的薄弱环节辨识研究。

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