機(jī)床動力學(xué)，包括主機(jī)結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性、驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)特性、切削系統(tǒng)動態(tài)特性，本次討論的是主機(jī)結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，并且想基于材料或者主動隔振的方向達(dá)到減振的目的，嚴(yán)格來講這是兩個課題，一是基于對主機(jī)結(jié)構(gòu)的動、靜態(tài)特性，甚至熱態(tài)特性系統(tǒng)計(jì)算優(yōu)化的前提下，對某些主要部件的材料提出新的需求，例如減振、低的熱膨脹系數(shù)等，進(jìn)而從材料方向出發(fā)，例如研究國外已經(jīng)普及的米漢納鑄鐵，或基于米漢納鑄鐵技術(shù)的其它鑄鐵合金；而是主動減振技術(shù)，例如減振鏜桿、高層建筑都有減振機(jī)構(gòu)，這個課題也是基于主機(jī)結(jié)構(gòu)有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算。

未來的機(jī)床必須是高動態(tài)系統(tǒng)，以維持所需的生產(chǎn)率、精度和可靠性. 機(jī)床系統(tǒng)（機(jī)床/刀架/刀具/工件/夾具）和加工工藝都需要優(yōu)化其可用性、切削性能或工藝能力，以滿足最終用戶的生產(chǎn)率、精度和可用性要求。此外，機(jī)器動力學(xué)和加工過程動力學(xué)是優(yōu)化機(jī)器系統(tǒng)時必須同時考慮的兩個不可或缺的集成部分，如圖1.1所示。

在機(jī)床系統(tǒng)中，加工動力學(xué)和機(jī)床動力學(xué)應(yīng)該被充分了解，因?yàn)樗鼈兙哂幸韵轮苯佑绊懀?/span>

• 它們可能會降低加工精度和加工表面紋理和表面連續(xù)性。
• 它們可能導(dǎo)致顫振和不穩(wěn)定的切削條件。
• 它們可能導(dǎo)致刀具的加速磨損和破損。
• 它們可能導(dǎo)致機(jī)床的加速磨損，并損壞機(jī)器和零件。
• 因?yàn)轭澱窈驼駝?，他們可能會在車間里制造令人不快的噪音和聲音。

影響工件表面質(zhì)量有四個方面，見下圖1.2。

他們分別是加工過程、機(jī)床性能、工件材質(zhì)屬性和刀具幾何特性。

因此我們設(shè)計(jì)高精度機(jī)床，必須同時考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)動力學(xué)和加工過程動力學(xué)。高精度機(jī)床屬于技術(shù)密集型產(chǎn)品, 其動力學(xué)集成如下圖1.3。

基于加工動力學(xué)的切削建模、仿真和表面質(zhì)量預(yù)測, 考慮的因素關(guān)系圖如下1.4 。德國的亞琛工業(yè)大學(xué)已經(jīng)編過軟件。

機(jī)床的串、并聯(lián)靜剛度如下圖。

線性靜力分結(jié)構(gòu)分析是用來分析結(jié)構(gòu)在給定靜力載荷作用下的響應(yīng)。一般關(guān)注結(jié)構(gòu)的位移、約束反力、應(yīng)力以及應(yīng)變等參數(shù)。由經(jīng)典力學(xué)理論知道物體的動力學(xué)通用方程是：

(3-1)

式中[M]是質(zhì)量矩陣；[C]是阻尼矩陣；[K]是剛度系數(shù)矩陣；{x}是位移矢量；{F}是力矢量。

在線性靜力結(jié)構(gòu)分析中，所有與時間相關(guān)的選項(xiàng)都被忽略，于是從上式得到以下方程式：

(3-2)

并且在分析中應(yīng)當(dāng)滿足以下假設(shè)條件：必須是連續(xù) 的，材料需要滿足線彈性材料和小變形理論（如果是大變形，屬于非線性分析范疇）。{F}是靜力載荷，同時不考慮隨時間變化的載荷，也不考慮慣性（如質(zhì)量、阻尼等）影響。在線性靜力分析中，假設(shè)是前提基礎(chǔ)，很重要，必須牢記。至于非線性分析和動力學(xué)分析以后討論。

本文著重論述它的動態(tài)的回路剛度和變形。

(2.2)  (2.3)  

而Q為動力放大因子，可以參考《機(jī)床動力學(xué)》，

(2.4)    

其中， 為自然頻率， 為阻尼比。

因此

(2.5)

這方面理論很系統(tǒng)，計(jì)算過程有如下幾個方面：

1）整機(jī)靜剛度分析。

2）整機(jī)動態(tài)特性分析，包括模態(tài)分析，復(fù)模態(tài)頻率響應(yīng)。

3）如果是精密機(jī)床，還得計(jì)算熱特性分析。

以上三個方面詳細(xì)分析了，就可以對結(jié)構(gòu)詳細(xì)地優(yōu)化分析，優(yōu)化分析最好學(xué)習(xí)一下《operation research》。