KDP晶体超精密加工加工中心主轴系统模态分析
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kdp ( potassium dihydrogen phosphate，简称kh2p04)晶体是一种性能优良的非线性光学材料。具有较高的激光损伤阈值、较宽的透光波段、易于生长大尺寸的单晶体等优点，所以kdp晶体目前是大型固体激光器和强激光武器等现代高科技领域能被用作电光调制器、激光变频器、光电快速开关等元件的光学晶体材料[14]。kdp晶体虽具有优良光学性能，但其质软、脆性高、易潮解、易开裂等一系列不利于光学元件加工的特点，这使得传统光学元件通常采用的研磨、抛光加工方法不适用于加工kdp晶体，必须采用超精密加工技术。
目前，超精密飞刀切削是kdp晶体等大尺寸、高精度的软脆光学元件的加工方法[4]。然而飞刀切削加工的大质量刀盘在高速旋转时由于小幅振动或偏转，会影响被加工零部件表面质量，而kdp晶体加 工表ifn对中频波纹要求十分严格-w此，寻找飞刀l刀削加_ 1:中频波纹的来源并加以抑制对惯忡约束核聚变工程的成功实施j l有屯要的现实意义。对主轴振动问题，国内外学者己经做了大量研究工作。lee [5]和cheung?对单点金刚石车削加工中心振动进行了全面而深入的分析，他们将k轴工件系统等效为-维肌尼系统，分析了切削参数、材料各向异性等对主轴振动的影响，井述立了表面形貌模拟模型；悦浆铭7将主轴系统等效为6个弹簧阻尼的二维系统，发现了主轴不平衡质量以及偏载力矩会导致轴线倾斜的现象;安成辉等[8:利用刚体运动的欧拉动力学方程分析主轴的运动状况，发现了主轴振动中存在一个大小约为主轴旋转频率1/6的低频振动信号，并将该频率信号认为是飞刀切削表面中频波纹的来源。
所以本文针对kdp晶体超精密加工加工中心的加工稳定性、精度难以保证的问题，以加工中心主轴系统为研究对象，运用三维建模软件solidworks建立了主轴系统模型，应用ansys workbench软件建立了主轴系统有限儿分析校甩并求解出主轴系统的模态参数，通过lms锤击实验法进丨/?校态试验予以验证有限儿建模及模态分析结果的准确性，并对主轴系统的薄弱环节提出优化方案。
1加工中心结构尚介
kdp晶体超精密加工加工中心，如图1所示，圆弧刃金刚石刀具通过角度调整装置和刀盘安装在加工中心主轴t，并以设定好的工作半径随着主轴高速旋转，同时，加工中心主轴沿z向进给;kdp晶体零件通过真空吸盘和支架固定在工作台上，工作台沿x向进给，从而实现高速旋转的飞刀对kdp晶体零件的切削加工b]。
备注：为保证文章的完整度，本文核心内容都pdf格式显示，如未有显示请刷新或转换浏览器尝试！
结束语：
由以上对主轴系统进行模态分析、模态试验，得到以下结论：
(1) 利用solidworks软件对主轴系统进行三维建校，通过axsys wmibem.h有限元分析软件对主轴系统进行模态分析，后通过实验模态分析，两者得出的结果相比较大误差为4.9%，验证了有限元分析结果的可靠性，为kdp晶体超精密加工加工中心主轴系统的优化设计以及轻量化研究奠定了基础。
(2) 主轴系统的一、二阶固有频率接近，主轴系统的大位移发生在刀盘i:刃架z向位置，三阶同有频率对应振型大位移也发生在刀盘上刀架z向位置，表明刀盘为主轴系统的薄弱环节。改进方案为：刀盘厚度不变，在刀盘背面刀架位置处加设十字加强筋增加刀盘的刚度，减小刀盘变形。
(3) 对比分析了主轴系统的固有频率与外部激振频率之间的关系，一阶固有频率252. 6hz与油泵和气栗的激振频率48hz ~ 60hz相差很大，不会引起主轴系统差生共振。
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目前，超精密飞刀切削是kdp晶体等大尺寸、高精度的软脆光学元件的加工方法[4]。然而飞刀切削加工的大质量刀盘在高速旋转时由于小幅振动或偏转，会影响被加工零部件表面质量，而kdp晶体加 工表ifn对中频波纹要求十分严格-w此，寻找飞刀l刀削加_ 1:中频波纹的来源并加以抑制对惯忡约束核聚变工程的成功实施j l有屯要的现实意义。对主轴振动问题，国内外学者己经做了大量研究工作。lee [5]和cheung?对单点金刚石车削加工中心振动进行了全面而深入的分析，他们将k轴工件系统等效为-维肌尼系统，分析了切削参数、材料各向异性等对主轴振动的影响，井述立了表面形貌模拟模型；悦浆铭7将主轴系统等效为6个弹簧阻尼的二维系统，发现了主轴不平衡质量以及偏载力矩会导致轴线倾斜的现象;安成辉等[8:利用刚体运动的欧拉动力学方程分析主轴的运动状况，发现了主轴振动中存在一个大小约为主轴旋转频率1/6的低频振动信号，并将该频率信号认为是飞刀切削表面中频波纹的来源。
所以本文针对kdp晶体超精密加工加工中心的加工稳定性、精度难以保证的问题，以加工中心主轴系统为研究对象，运用三维建模软件solidworks建立了主轴系统模型，应用ansys workbench软件建立了主轴系统有限儿分析校甩并求解出主轴系统的模态参数，通过lms锤击实验法进丨/?校态试验予以验证有限儿建模及模态分析结果的准确性，并对主轴系统的薄弱环节提出优化方案。
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备注：为保证文章的完整度，本文核心内容都pdf格式显示，如未有显示请刷新或转换浏览器尝试！
结束语：
由以上对主轴系统进行模态分析、模态试验，得到以下结论：
(1) 利用solidworks软件对主轴系统进行三维建校，通过axsys wmibem.h有限元分析软件对主轴系统进行模态分析，后通过实验模态分析，两者得出的结果相比较大误差为4.9%，验证了有限元分析结果的可靠性，为kdp晶体超精密加工加工中心主轴系统的优化设计以及轻量化研究奠定了基础。
(2) 主轴系统的一、二阶固有频率接近，主轴系统的大位移发生在刀盘i:刃架z向位置，三阶同有频率对应振型大位移也发生在刀盘上刀架z向位置，表明刀盘为主轴系统的薄弱环节。改进方案为：刀盘厚度不变，在刀盘背面刀架位置处加设十字加强筋增加刀盘的刚度，减小刀盘变形。
(3) 对比分析了主轴系统的固有频率与外部激振频率之间的关系，一阶固有频率252. 6hz与油泵和气栗的激振频率48hz ~ 60hz相差很大，不会引起主轴系统差生共振。
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