[发明专利]数控机床整机加工状态动态特性的测量方法

说明书

本发明涉及一种数控机床整机加工状态动态特性的测量方法，具体步骤如下：步骤一：在数控机床各主要部件上均安装振动加速度计传感器；步骤二：在加工状态下，利用机床地基振动以及运行产生的振动作为激励，通过多通道数据采集卡，采集数控机床各部件的三相振动响应；步骤三：运用贝叶斯运行模态法与快速傅里叶变换，获得数控机床在非工作状态环境下各通道频响函数曲线，建立模态参数识别函数；步骤四：通过分析各通道频响函数获得数控机床各阶固有频率、阻尼比和模态振型等动态特性参数。本发明解决了加工状态机床整机动态特性测量的难题。该方法的特点是无需人工激励，并可获得机床整机加工状态的动力学特性测试结果。

技术领域

本发明涉及一种数控机床的测试以及机床结构动力学特性评价方法，尤其是一种数控机床整机加工状态动态特性的测量方法。

背景技术

机床动态特性是指机床系统在振动状态下的特性，即机床在一定激振力下振幅和相位随激振频率而变化的特性，机床动态特性的主要指标包括固有频率、阻尼比、模态振型和动刚度等。机床的动态特性决定了其切削特性，并直接决定了数控机床的加工稳定性、切削能力和精度等性能指标。因此，机床动态特性的测量与评价对于数控机床的设计与使用具有重要的意义。对于机床的动态特性测量一般采用锤击法，如图1(a)，(b)所示，通过锤击机床的某一部位A，给予机床一个脉冲激励信号，然后在不同的位置安装若干个振动传感器B测量脉冲激励信号的响应信号，并通过信号处理理论获得机床的动态特性。然而传统的基于锤击法的实验模态方法，对机床这样的复杂系统单次锤击，输出响应难以激励，无法实现机床整机加工状态的动力学特性测试和分析。

数控机床在加工过程中，不同切削工艺参数会产生不同的数控机床振动频率，而数控机床各部件均有不同的振动固有频率。实际加工过程中，往往会发生由切削工艺参数激励的振动，引发机床关键功能部件共振的情况，从而大大影响机床的加工精度。因此，对数控机床的动态特性测量可以掌握数控机床各阶固有频率，避免加工过程中数控机床的振动现象。另一方面，在加工状态下，获得机床整机加工状态动态特性，也将对机床的动力学设计缺陷进行定位和评价，数控机床的设计改进具有重要的作用。也是评价机床各主要部件结构设计优化和机床性能监测的前提。

发明内容

本发明根据贝叶斯理论和运行模态分析相结合的模态参数识别技术，提出了一种利用机床地基振动以及运行产生的振动作为激励，解决了加工状态机床整机动态特性测量的难题的数控机床整机加工状态动态特性的测量方法。该方法的特点是无需人工激励，并可获得机床整机加工状态的动力学特性测试结果，包括固有频率、阻尼比、振型、信噪比等主要参数。

本发明的技术方案如下：

一种数控机床整机加工状态动态特性的测量方法，具体步骤如下：

步骤一：在数控机床各主要部件上均安装振动加速度计传感器；

步骤二：在加工状态下，利用机床地基振动以及运行产生的振动作为激励，通过多通道数据采集卡，采集数控机床各部件的三相振动响应；

步骤三：运用贝叶斯运行模态法与快速傅里叶变换，获得数控机床在非工作状态环境下各通道频响函数曲线，建立模态参数识别函数；

步骤四：通过分析各通道频响函数获得数控机床各阶固有频率、阻尼比和模态振型等动态特性参数。

所述在加工状态下，通过多通道数据采集卡，采集数控机床各部件的三相振动响应的原理和方法如下：

数控机床n自由度的线性振动系统满足运动方程：

其中，M∈R^n×n、C∈R^n×n、K∈R^n×n分别为系统的质量矩阵、阻尼比矩阵、刚度矩阵；假设满足线性经典阻尼的多自由度结构的结构响应为：