机床动态特性的研究包括了动力分析和动态设计两个主要部分的内容[7]: 动力分析就是在己知系统的动力学模型、外部激振和系统工作条件的基础上 分析研究系统的动态特性。对机床而言，其动力分析主要指机床抵抗振动的能力。 和其他的机械结构一样，机床振动也是结构弹性体振动问题，研究内容包括机床 结构的自由振动频率（固有频率)及其相应的振型和强迫振动时的响应等静、动态 特性的计算。动力分析问题进行了多年的研究，己经形成了比较完整的理论，山 现了能适用于不同情况的各种分析计算方法，即使是比较复杂的系统，其动力分 析也可以得到比较准确的结果。
确定试验分析频段前先进行预试验，发现机床结构的主要模态主要集中在 1000Hz以内，高阶模态对机床结构的动态特性影响很小，几乎可以忽略。通过经 验可以判断不同重量的机床前几阶段模态的模态频率范围，也这能指导我们进行 中心频率和采样频率的选择[501。大量工程实践经验证明机床自重和其共振频率有 相对关系，在查得VMC1060立式加工中心重约5吨后我们也就知道了前几阶模 态应该在250Hz以内，最后我们选择1024Hz作为中心频率，这样既可减少数据 采集和分析的工作量，又可提高模态参数辨识的精度。为了避免发生频率混叠， 按照采样定理，信号的采集频率不得低于欲分析最高频率的2倍。对于响应信号， 按照不发生频率混叠的要求，以2048Hz的采样频率进行采集；对于锤击产生的 脉冲力，同样采用2048Hz的高采样频率。同时，力信号加力窗，加速度信号加 Exponentia丨窗，以减少泄漏误差。同时对响应信号进行多次采集，并进行平均处 理，以减少噪音的干扰。本次试验采取3次平均。
加工中心盘式刀库换刀系统的故障率较高，但故障模式较为单一。通过实验室连 续试验激发故障，对所采集的故障前后信号特征进行处理分析，获取故障特征值，从 而实现故障预警，即在故障信号出现而故障未发生时发出报警提示。本文旨在提出一 种有效的故障预警方法，并在实验室条件下验证其可行性。
该系列盘式刀库采用减速电机带动分度机构实现刀盘的运转，选刀动作快速、平 稳。分度机构由圆柱凸轮与凸轮轴承组合而成，分度精度高，噪音小；刀库刀套采用 工程塑料ABS制作，具有重量轻、运转平稳、冲击小等优点，因此在进行信号采集时 能将干扰降到最低，有效地降低了故障误报率。上述减速电机在运转时带动副链轮、 副链条运转，通过副链条带动刀库外部带有接近传感器的轴转动，实现对刀盘运动的 精确控制。机械手的换刀动作由减速电机带动链条、链条带动滚子式蜗型弧面复合凸 轮来完成。
故障预警系统主要包括电气控制环节、数据采集环节和PLC控制环节，只有三个 环节协同工作才能完成盘式刀库换刀系统的状态监测和故障预警功能。本章设计任务 为设计电气控制环节控制刀库的正常动作、设计数据采集环节采集刀库工作时的状态 信号和设计PLC控制环节控制故障预警机构的动作。
利用丹麦B&K测试系统，采用单点激励多点响应，对KVC800立式加工中心主要部件工作台、床 身、立柱和主轴箱开展了模态测试，从试验方案、测试系统、参数设置和结果分析几方面探讨了试验过程的开展，获取了各主要部件的模态参数。2) 利用B&K测试系统对加工中心整个升速过程的振动信号予以记录，并进行了瀑布图分析，并从中 获取模态信息，与试验模态测试结果进行了对比验证。3) 通过模态测试分析与升速过程瀑布图分析，获知50Hz和64Hz为加工中心整机固有频率，实际使 用过程中应避开3000r/min和3840r/min的主轴工作转速，为加工中心的优化运行提供了可靠依据。
在精工机床使用过程中，会遇到一些突发情况， 例如机械运动部分超过运动极限位置时、工人看到主轴 刀具与夹具快要撞到时，此时机床可以立刻进入紧急急 停状态，切断所有进给电机和主电机的动力电以保护机 床[1];当机床正在自动加工时，如果防护门被打开了， 所有的进给轴应该立即锁住，停止移动，以免出现人身 伤害事故；正常加工时，如果刀库不在最左面，严禁Z 轴移动，否则会将刀库或主轴撞坏。因此精工机床的 急停与安全保护功能的设计至关重要，本文详细介绍 VMC3016L加工中心急停与过行程硬件控制电路设计；
该加工中心采用安装刀具的主轴沿X、Y、Z等3轴移动，而 工作台沿A轴转动（倾斜）并沿C 轴旋转的构造。其工作台采用接 近悬臂式的耳轴工作台，使耳轴 工作台绕A轴旋转的驱动装置位 于机身后侧，而前侧则采用仅有 支撑部件的简单设计，更加方便 操作人员靠近机身的加工部位。 其还配备了易用性较高的NC装置 “MAX5”，增加了可在屏幕上 显示的功能按钮，方便进行功能 选择。此外，该NC装置还采用 了对话型编程功能。比如，选择 “开孔”，就会提示“钻头”、 “丝锥”、“铰刀”等刀具，可 从中选择所需刀具；选择“钻 头”，就会询问打孔的位置、孔 底的位置，以及刀具的转速等， 并可依次输人数字。由于采用提 问方式来编程，因此，该加工中心的操作更为简单。
应用Simulation有限元分析软件，对所设计的 高效立式加工中心立柱进行了静、动态特性分析， 获得了立柱在不同方向上的受力变形，通过对立柱 的固有频率及振型的分析，获得了立柱的动态特性 参数。综合运用正交试验设计、模糊数学和有限元 分析理论，对立柱的结构参数进行了多目标模糊优 化。分析表明，通过Soildworks Simulation有限元分析方法对加工中心立柱进行静、动态特性分析，可以 快速有效地确定立柱结构参数的最优方案，缩短产 品的试验周期以及大量的试验和计算工作，为机床 结构优化设计提供了一种新的途径。
1) 为满足机床高速高精的加工要求，设计了直线电 机驱动高速立式加工中心的整体结构，在方案设计中，充 分考虑结构布局、电机选型、功能部件选择，利用直线电 机作为立式加工中心进给系统驱动单元可以提高立式加工 中心的切削进给速度和控制精度，提高生产效率。2) 对设计的直线电机驱动高速立式加工中心整机 基于有限元的静动态特性分析，结果显示：整机具有良 好的强度、刚度和抗振特性，满足粗加工及加减速对机 床结构的刚性、强度及抗振特性要求，达到设计要求。