專利名稱：一種數(shù)控裝備切削激勵(lì)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控裝備結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)控裝備實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法。
背景技術(shù)：
實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是目前數(shù)控裝備動(dòng)態(tài)特性辨識(shí)的通用方法，是基于同時(shí)測(cè)量輸入激勵(lì)和輸出響應(yīng)信號(hào)，從而基于模態(tài)分析理論識(shí)別出結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。但對(duì)于輸入激勵(lì)無法實(shí)施的裝備結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)辨識(shí)，如對(duì)于重、大型機(jī)床等結(jié)構(gòu)，則該實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法無法應(yīng)用。故只利用結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)辨識(shí)的工作模態(tài)辨識(shí)方法開始得到應(yīng)用，但該法必須假設(shè)未知的輸入激勵(lì)為白噪聲激勵(lì)；而對(duì)于數(shù)控裝備的切削工作狀態(tài)，該假設(shè)條件很難滿足，如果該假設(shè)未能滿足，則未知輸入激勵(lì)某些頻域特征將直接反映在辨識(shí)得到的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)中，引起辨識(shí)結(jié)果的畸變或者得到錯(cuò)誤的結(jié)果，故這種基于響應(yīng)信號(hào)分析的工作模態(tài)分析方法的工程應(yīng)用受到很大的局限性。如何實(shí)現(xiàn)未知輸入激勵(lì)的白噪聲前提假設(shè)條件，從而正確應(yīng)用基于響應(yīng)模態(tài)分析理論，實(shí)現(xiàn)對(duì)重、大型數(shù)控裝備工作模態(tài)下的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)辨識(shí)是目前急需研究的一種方法。機(jī)床結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的識(shí)別在本領(lǐng)域中已有成熟的方法，屬于現(xiàn)有技術(shù)，如《LMS公司用戶培訓(xùn)資料理論基礎(chǔ)》中提出了一種基于多參考最小二乘復(fù)頻域法(LSCF)，可以很好地識(shí)別出機(jī)床模態(tài)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種數(shù)控裝備實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法， 其目的是基于設(shè)計(jì)的機(jī)床寬帶白噪聲切削，并且切削加工過程影響對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的反饋，從而基于響應(yīng)信號(hào)辨識(shí)得到機(jī)床結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，獲得機(jī)床結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)辨識(shí)。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)所采用的具體技術(shù)方案為一種數(shù)控裝備實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法，它包括如下步驟1)通過仿真完成隨機(jī)序列生成生成隨機(jī)點(diǎn)序列，選擇采樣率，得到關(guān)心的頻帶范圍(頻帶范圍根據(jù)數(shù)控機(jī)床的感興趣模態(tài)確定)。2)制作凸臺(tái)試件按確定好采樣率的隨機(jī)序列在試件表面加工溝槽寬度，得到加工試件凸臺(tái)切寬長(zhǎng)度分布序列，從而使得加工后的試件表面生成的斷續(xù)切削寬度滿足隨機(jī)序列，得到加工過程中隨機(jī)切寬產(chǎn)生的隨機(jī)沖擊力激勵(lì)。3)布置傳感器，完成響應(yīng)信號(hào)提取數(shù)控機(jī)床各部件布置加速度傳感器對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)拾取。4)加工凸臺(tái)試件，完成結(jié)構(gòu)模態(tài)激勵(lì)由機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)信噪比和分析數(shù)控機(jī)床感興趣模態(tài)范圍，選擇滿足結(jié)構(gòu)激勵(lì)能量的試件切削深度，使得在切削試件時(shí)，對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)足夠能量和寬帶的白噪聲切削激勵(lì)。5)選擇基準(zhǔn)點(diǎn)，完成模態(tài)參數(shù)辨識(shí)選定振動(dòng)響應(yīng)幅值較大的測(cè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，按基于多參考最小二乘復(fù)頻域法 (LSCF)辨識(shí)得到機(jī)床結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)。在本發(fā)明中，其中步驟1)所述二值序列特征是針對(duì)數(shù)控機(jī)床加工切削方式提出， 使得數(shù)控機(jī)床在銑削和車削方式下能夠產(chǎn)生隨機(jī)切削沖擊力序列。所述數(shù)值序列采樣率的采樣時(shí)間間隔針對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)G代碼編程中的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給位移和進(jìn)給速度三個(gè)變量提出，從而實(shí)現(xiàn)滿足確定時(shí)間采樣點(diǎn)的序列頻帶以覆蓋感興趣數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的頻帶范圍。從而基于主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給部件移動(dòng)距離和移動(dòng)速度編程實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)隨機(jī)數(shù)值序列的切削力沖擊實(shí)現(xiàn)。所述對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨機(jī)沖擊力激勵(lì)是指數(shù)控機(jī)床刀具和試件的之間的切削力對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)隨機(jī)切削力沖擊激勵(lì)序列。機(jī)床結(jié)構(gòu)加速度傳感器布置是指滿足測(cè)點(diǎn)布置滿足結(jié)構(gòu)辨識(shí)固有頻率的空間分辨率，或者滿足結(jié)構(gòu)振型空間觀察要求。切削深度的選取是指由機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)信噪比，確定序列激勵(lì)能量能否激勵(lì)感興趣模態(tài)，從而確定能滿足結(jié)構(gòu)激勵(lì)能量的試件切削深度，并不改變隨機(jī)激勵(lì)序列的頻帶分布特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)能量足夠的寬帶白噪聲的切削力激勵(lì)。本發(fā)明可以很好的在無需外加激勵(lì)條件下，通過加工特定試件即可完成對(duì)數(shù)控機(jī)床激振，完成模態(tài)測(cè)試?？梢源蟠蠼档湍B(tài)實(shí)驗(yàn)的激振成本和減小激振所造成的損失。


圖1為本發(fā)明流程示意圖。圖2為本發(fā)明詳細(xì)流程圖。圖3為所述數(shù)控裝備設(shè)計(jì)切削激勵(lì)時(shí)域和頻域圖。圖4為本發(fā)明所述試件壁厚分布示意圖。圖5為測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖1-2為本發(fā)明流程示意圖，下面以分析實(shí)例XHK5140立式加工中心的機(jī)床結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)分析為例進(jìn)行說明。設(shè)計(jì)試件激勵(lì)可以針對(duì)車床、銑床等具體機(jī)床加工方式設(shè)定，對(duì)于XHK5140立式加工中心來說加工方式以銑削為主，選擇以銑削凸臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)脈沖切削，以周銑方式進(jìn)行加工，切削試件設(shè)計(jì)成多個(gè)隨機(jī)壁厚的凸臺(tái)實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)脈沖切削，刀具選用盤銑刀，均勻安裝三個(gè)刀片，保證每次切削過程僅有一個(gè)刀齒切削。參考銑削力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，考慮試件凸臺(tái)設(shè)計(jì)和加工參數(shù)的設(shè)定
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法，包括如下步驟1)通過仿真生成隨機(jī)值序列利用仿真軟件生成隨機(jī)值序列，并選擇采樣率以獲得感興趣的頻帶范圍，其中該頻帶范圍根據(jù)數(shù)控機(jī)床的感興趣模態(tài)確定；2)制作凸臺(tái)試件加工凸臺(tái)試件，使得試件表面生成的斷續(xù)切削寬度符合上述隨機(jī)值序列，從而得到對(duì)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生結(jié)構(gòu)隨機(jī)沖擊的激勵(lì)；3)布置傳感器，完成響應(yīng)信號(hào)提取在數(shù)控機(jī)床的各部件上布置傳感器，以獲取機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)。4)切削凸臺(tái)試件，完成結(jié)構(gòu)模態(tài)激勵(lì)根據(jù)所述機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的信噪比和數(shù)控機(jī)床的模態(tài)范圍，選擇滿足結(jié)構(gòu)激勵(lì)能量的試件切削深度，使得對(duì)設(shè)計(jì)寬度序列的試件在該切削進(jìn)行切削時(shí)，以實(shí)現(xiàn)激勵(lì)機(jī)床結(jié)構(gòu)足夠能量的寬帶白噪聲切削力激勵(lì)；5)選擇基準(zhǔn)點(diǎn)，完成模態(tài)參數(shù)辨識(shí)選定振動(dòng)響應(yīng)幅值較大的測(cè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，按基于多參考最小二乘復(fù)頻域法(LSCF) 辨識(shí)得到機(jī)床結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法，其特征在于，所述采樣率的采樣時(shí)間間隔根據(jù)機(jī)床的G代碼中的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給位移和進(jìn)給速度確定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法，包括1)利用仿真軟件生成隨機(jī)值序列，并選擇采樣率以獲得感興趣的頻帶范圍；2)加工凸臺(tái)試件，使得試件表面生成的斷續(xù)切削寬度符合上述隨機(jī)值序列，從而得到對(duì)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生結(jié)構(gòu)隨機(jī)沖擊的激勵(lì)；3)在數(shù)控機(jī)床的各部件上布置傳感器，以獲取機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)；4)切削凸臺(tái)試件，完成結(jié)構(gòu)模態(tài)激勵(lì)；5)選定振動(dòng)響應(yīng)幅值較大的測(cè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，按基于多參考最小二乘復(fù)頻域法(LSCF)辨識(shí)得到機(jī)床結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)。本發(fā)明可以在無需外加激勵(lì)條件下，通過加工特定試件完成對(duì)數(shù)控機(jī)床激振，完成模態(tài)測(cè)試，大大降低模態(tài)實(shí)驗(yàn)的激振成本和減小激振所造成的損失。
文檔編號(hào)G01M7/02GK102507119SQ20111035955
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者劉洪奇, 李斌, 毛新勇, 白向賀, 黃俊斌 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)