[發明專利]一種基于速度相關的數控機床結構的模態參數獲取方法

有效

• 申請號: 201310180121.4
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103336482A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 李斌;毛新勇;劉紅奇;劉響求;彭芳瑜;羅博;蔡輝;張譯寒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明屬于數控裝備結構模態參數分析領域，尤其涉及一種數控機床的結構模態參數的辨識方法。

背景技術

結構的模態參數包括固有頻率、阻尼比、模態振型向量，能夠反映結構的固有特性，所以準確獲得結構的模態參數對于結構的前期設計、中期使用及后期故障診斷都有重要意義。

傳統實驗模態分析技術能夠得到完整的模態參數，但對于大型結構(如橋梁、重型數控機床等)，傳統實驗模態分析技術的激勵方式難以實施，利用其它易于實施的隨機激勵(如環境激勵)作為激勵方式的工作模態分析方法得到了重視。工作模態分析方法中，假設輸入激勵為幅值恒定的白噪聲隨機激勵，推導出其互功率譜矩陣與頻響函數矩陣有相似的表達式，可通過互功率譜矩陣辨識出部分的模態參數。

現有的工作模態分析方法，即在結構處于運行狀態時，通過結構自身的運動產生激勵，測量結構的響應信號，并通過響應信號能夠辨識結構的模態參數。但對于重型數控機床等大型結構，隨著結構的變化，使得結構的模態參數并非固定不變的，以重型數控機床為例，經過實驗研究發現，當數控機床的工作臺處于不同進給速度時，所獲得的數控機床模態會發生明顯的變化。這些模態參數的變化對于數控機床設計階段的優化設計及數控加工過程中加工穩定性判斷提供重要依據，同樣是不可忽視的。顯然現有的工作模態分析方法無法獲得數控機床不同進給速度下的模態參數。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種數控機床不同進給速度下模態參數的獲取方法，其目的在于通過控制工作臺的進給速度在某兩個速度值之間不斷做加減速動作對數控機床進行激勵，獲得其模態參數，由此解決無法準確獲得數控機床在不同進給速度下的模態參數的問題。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種速度相關的數控機床模態參數的獲取方法，通過對數控機床的工作臺施加多次加減速沖擊產生激勵，實現對數控機床不同進給速度下模態參數的獲取，其特征在于，該方法具體包括：

確定施加的單次加減速沖擊的時間及加速度值；

確定相鄰加減速沖擊間的間隔時間，其中，該間隔時間內所述工作臺為靜止或勻速進給狀態，各間隔時間所組成的序列為隨機序列；

根據上述確定的加速度、單次加減速沖擊的時間以及各次加減速沖擊間的間隔時間，生成G代碼，控制數控機床的工作臺進給運動，從而產生激勵；

采集激勵下的數控機床的響應信號并經工作模態分析處理，即可得到數控機床相應進給狀態下的模態參數。

作為本發明的進一步優選，所述單次加減速沖擊包括將工作臺進給速度從第一速度加速到第二速度的第一加速階段和從該第二速度加速到所述第三速度的第二加速階段。

作為本發明的進一步優選，第一加速階段和第二加速階段的時間相等，且均為單次加減速沖擊時間的一半。

作為本發明的進一步優選，所述第一加速階段和第二加速階段的加速度恒定，且大小相等，方向相反。

作為本發明的進一步優選，所述工作臺在施加激勵前的進給速度為零，所述第一速度和第三速度均為零，第二速度為絕對值大于零的定值。

作為本發明的進一步優選，所述工作臺在施加激勵前的進給速度為大于零的勻速，所述第一速度和第三速度大小相等，方向相反，第二速度為零。

作為本發明的進一步優選，所述單次加減速沖擊時間根據數控機床的感興趣頻帶的大小確定。

作為本發明的進一步優選，所述確定的加速度值可激起數控機床的感興趣的各階模態。

作為本發明的進一步優選，所述數控機床的響應信號通過加速度傳感器檢測得到。

作為本發明的進一步優選，所述模態參數包括固有頻率、阻尼比和模態振型向量。

本發明中，數控機床工作臺在不同進給速度下的激勵時間間隔序列為隨機序列。

本發明中，可根據數控機床模態分析所需的頻帶確定激勵力的頻帶f₀的大小，f₀優選為所感興趣數控機床頻帶的兩倍，由于工作臺在加、減速時才會對數控機床產生激勵力，則單次加速、減速的時間Δt₀=1/f₀。