[实用新型]数控机床加工动力学特性测试分析系统

说明书

(一)技术领域：

本实用新型是一种数控机床加工动力学特性测试分析系统(DynaCut)，具体涉及数控机床加工动力学特性研究，属于数控加工技术领域。

(二)背景技术：

近几年，数控加工在中国的机械加工行业中所占据的比例越来越重，数控加工代替普通机械加工已经成为不可逆转的趋势。为了提高我国武器装备的研制水平，我国引进了大量的数控设备，但是这些设备所发挥的作用只有国外的几分之一。数控加工效率低下已经成为一个普遍的问题，不仅严重制约了我国国防工业的发展，而且造成了巨大的经济损失和资源浪费。

数控加工应用技术水平低下的主要原因之一是：缺乏数控工艺参数及其选择和优化方法。选用合理的切削参数是提高数控机床应用技术水平和综合效率最为直接的方法，数控加工过程仿真和优化技术是获取最优切削参数数据的最佳途径，而数据采集和分析处理系统是进行数控加工过程仿真和优化的基础，它提供数控加工过程方针和优化所需要的一系列的参数。数控加工过程中，切削力、振动情况、工件变形和表面粗糙度等都是衡量切削过程优劣与否的重要标志。由于实际铣削过程的加工品质与“机床-刀具-工件”构成的工艺系统的动力学特性密切相关，因此对数控机床铣削过程动力学特性的测试与分析可以有效的改善机床的切削性能，一直是众多的理论研究者和工艺人员不遗余力的一个研究方向。

(三)实用新型内容：

本实用新型一种数控机床加工动力学特性测试分析系统，其目的是：通过现场进行数控机床加工动力学特性的测试分析，获得“机床-刀具-工件”工艺系统的频率特性及模态参数，作为数控加工过程仿真及参数优化的基础。

本实用新型一种数控机床加工动力学特性测试分析系统，硬件平台和软件系统两部份组成；

该硬件平台，包括有：数控机床刀具1、力锤2、加速度传感器3、电荷放大器4、具有通用串行总线(USB接口)的数据采集器7、麦克风12和便携式计算机11；硬件结构图如图1所示。

该加速度传感器3采用胶泥粘在数控机床刀具1的末端，该力锤2和加速度传感器3通过信号线与电荷放大器4相连，电荷放大器4与数据采集器7通过电缆线相连，数据采集器7与计算机11通过USB数据线实现数据传输；

该数据采集器7是系统的硬件部分的核心部件，所必须满足的性能指标：量程±5v，通道数为4路并行，模数(AD)转换精度为12位，每通道最高采样频率50kHz，麦克风12与计算机声卡的麦克风12接口相连，负责采集加工过程中的噪声信号。

该软件系统，包括有下述模块，其总体结构框架及各功能模块具体说明如下：

1.主界面提供进入各功能模块的入口和主要的人机交互界面；(图2)；

2.数据采集模块：将传感器所传输的数据不失真的进行采集，并将采集的数据按照十进制数字的形式存储在计算机中；

3.数据回放模块：读取已存储的数据文件，将数据以波形形式或者数组形式显示给用户查看，进行后期离线统计分析；

4.锤击实验模块：对机床系统进行锤击实验，采集力与响应信号，显示时域波形，对时域信号作快速傅立叶(FFT)变换，得到频域特性，并保存时域信号数据；

5.传函分析模块：对锤击实验采集得到的数据作功率谱分析并求平均，计算出系统的传递函数并保存，显示幅频图、相频图，并计算得到相干系数判断传递函数的可靠性；

6.模态参数辨识模块：对系统的传递函数进行模态拟合，在拟合的基础上计算固有频率、阻尼比、刚度等模态参数并保存；

7.噪声测试与分析模块：采集机床加工过程中的声音信号并作FFT分析，得到噪声频域特性，判断加工过程中的振动情况。

该软件系统各功能模块的功能具体描述如下：

1.人机交互界面：

系统运行之后，会首先调用软件启动动界面，然后出现人机交互主界面，如图3所示，选择所需要调用的功能模块，点击相应的功能模块按钮，就会弹出相应的功能模块的前面板图形；其程序流程是：首先初始化-下一步执行显示软件动画-下一步执行询问状态机的值-是否告等于零？，若等于零则执行调用数据采集模块；否则询问是否等于1，若等于1则执行调用数据回放模块，否则询问是否等于2，若是则执行进行锤击实验；否则询问是否等于3，若是执行调用传函分析模块；否则询问是否等于4，若是执行调用模态参数辨识模块；否则询问是否等于5，若是执行调用噪声测试与分析模块；否则执行退出-若不退出则返回到执行询问状态机的值，若是退出则执行停止；如图4所示；

2.数据采集模块：