[发明专利]一种基于切削激励的数控机床频响函数获取方法有效

申请号：	201410168213.5	申请日：	2014-04-24
公开（公告）号：	CN103970065B	公开（公告）日：	2016-11-30
发明（设计）人：	李斌;毛新勇;蔡辉;闫睿智;罗博;张译寒;刘响求;潘大为;彭芳瑜	申请（专利权）人：	华中科技大学
主分类号：	G05B19/18	分类号：	G05B19/18
代理公司：	华中科技大学专利中心 42201	代理人：	梁鹏
地址：	430074 湖北***	国省代码：	湖北;42
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摘要：
搜索关键词：	一种基于切削激励数控机床函数获取方法
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【说明书】：

技术领域

本发明属于数控装备结构的动力学分析领域，尤其涉及一种基于切削激励的数控机床频响函数获取方法。

背景技术

机床的动力学特性对于改善其加工性能和结构设计至关重要。目前获得机床结构动力学特性主要是基于强迫振动的实验模态分析法。该方法的主要特点是对机床结构施加特定的激励力，并同时测量该激励力和机床结构的振动响应以获得频响函数，用频响函数来表征机床结构的动力学特性。

然而，上述方法只能获得结构处于静止状态下的频响函数。大量研究证明，机床结构在工作状态下的动力学特性会发生变化，而在机床结构优化设计和机床状态监测等实际应用当中，人们更多关注的是机床在工作状态下的动力学特性。

近些年发展起来的工作模态分析法仅通过测量机床结构在工作状态的振动响应来辨识机床结构的模态参数，然而，在实际的工作模态分析中，由于输入力是未知的，无法直接获得机床结构的频响函数。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于切削激励的数控机床频响函数获取方法，通过利用机床切削加工时产生的切削力激励机床，根据计算得到的激励力和测量得到的振动响应，合成机床在工作状态下的频响函数。通过计算得到激励力，不仅可以节省昂贵的设备费用和测量时间，而且由于该激励力的计算中运用到了经过实际实验拟合的参数，因此实验结果可靠且具有实际的参考意义。

按照本发明的一个方面，提供了一种基于切削激励的数控机床频响函数获取方法，该方法包括如下步骤：

(1)获得数控机床在切削加工中的振动响应输出信号

将传感器设置于机床目标部位,启动机床切削加工，利用机床切削加工中产生的随机切削力激励机床结构,传感器测量在切削力激励下的机床目标部位的X/Y/Z三向振动响应信号x(t)；

(2)获得数控机床在切削加工中的激励输入的切削力信号

采用经典瞬时刚性力模型建立切削加工过程中产生的X/Y/Z三向的以Φ为变量的随机切削力函数，其中Φ为切削刀具在时刻t的瞬时切削角；

根据步骤(1)中实际加工过程中的切削参数确定随机切削力函数中的系数；

改变机床切削加工的主轴转速，多次测量不同转速下加工工件的切削力，采用多项式数值拟合获得转速v的X/Y/Z三向的修正函数a(v)；

采用转速修正函数a(v)与随机切削力函数相乘获得修正后的切削力函数，该函数为激励输入的切削力信号；

(3)根据步骤(1)的输出信号与步骤(2)的输入信号获得频响函数

根据步骤(2)的修正后的切削力函数计算时刻t在转速为v下对应的切削转角为Φ的X/Y/Z三向切削力，并且根据步骤(1)中测量得到的振动响应信号x(t)，获得频响函数，对上述频响函数进行曲线拟合和消噪处理，得到机床切削加工中的频响函数。

本发明具有以下的优点和技术效果：

本发明可以很好的在无需外加激励条件下，利用机床切削加工工程中产生的随机切削对机床结构进行激励，然后根据计算得到的激励力和测量得到的振动响应，合成机床在工作状态下的频响函数。