[發明專利]一種基于滾動導軌系統虛擬材料層參數的識別方法

有效

• 申請號: 201310225822.5
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103267621A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 袁軍堂;楊飚;汪振華;楊堯;胡小秋;程寓
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

技術領域

本發明屬于機床整機動態特性分析的技術領域，特別是一種基于滾動導軌系統虛擬材料層參數的識別方法。

背景技術

結合面在機械系統中大量存在,使得機械結構本身不再具有連續性,進而導致建模問題的復雜性。結合面存在接觸剛度和接觸阻尼,從力學角度來分析結合面問題,認為其與機床結構的動態特性、加工精度與減振設計都存在密切關系。顯然，滾動結合部的動態特性必將影響著機床整機的動態特性。中國專利：滾動導軌結合面動態特性參數測試裝置及其測試方法，申請號：2010560911.1和文獻4：中國專利：滾動導軌結合面動態特性參數識別系統及識別方法，申請號：201010298969.3，均是在建立了的等效單自由度基礎上，人為的消除基礎位移的影響來對兩個相同的結合面（滾動結合面）進行參數辨識，且未考慮進一步的識別所用模態的模態質量，對所識別的動態特性參數存在較大誤差；且所用的測試裝置未能提出調整測試平臺水平及消除外界環境激勵對測試平臺影響的方法，使得測試裝置不能很好的滿足測試原理所提出的要求，從而進一步的產生了原理誤差。

由上可知，現有技術無法準確描述結合部動態特性。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種基于滾動導軌系統虛擬材料層參數的識別方法。

實現本發明的技術解決方案為：一種基于滾動導軌的接觸部的虛擬材料層的識別方法，包括以下步驟：

步驟1、構建獨立的滾動導軌系統，將完整數控機床進給系統中的移動部件和承載部件分離出來，并且將移動部件和承載部件之間的結合面視為虛擬材料層a，該虛擬材料層具有以下參數：彈性模量E、泊松比υ、剪切模量G、虛擬材料層厚度t、面積A；所述虛擬材料層為各向同性材料層，各個方向的彈性模量均為E，各方向的泊松比均為v，各方向的剪切模量均為G。

步驟2、對上述獨立的滾動導軌系統進行激勵模態試驗，通過試驗得到系統的六階固有頻率F₁、F₂、F₃、F₄、F₅、F₆和振型；

步驟3、構建上述獨立的滾動導軌系統以及虛擬材料層的CAE模型（有限元模型），并且任意選取一組虛擬材料層參數進行CAE模態分析，得出與上述激勵試驗得到的六階固有頻率對應的六階頻率f₁、f₂、f₃、f₄、f₅、f₆；

步驟4、對虛擬材料層的各種參數進行目標優化，將虛擬材料層的彈性模量E、泊松比υ、剪切模量G、虛擬材料層厚度t、面積A作為目標優化的設計變量，利用目標函數對虛擬材料層參數進行目標優化，其中F_i為激勵模態試驗得到的固有頻率值，f_i為CAE模態分析對應的六階頻率值，進而得到滾動導軌系統的虛擬材料層的優化參數。

本發明與現有技術相比，具有以下顯著優點：（1）創新的提出是用虛擬材料層參數描述滾動導軌結合部的動力學性能打破了傳統彈簧阻尼器理論模型的束縛，保證了滾動導軌系統結合部的模擬更接近實際狀況；（2）提出使用目標優化的虛擬材料層參數進行處理，該方法能夠準確、迅速地獲取滑動導軌結合部的虛擬材料層參數；（3）此方法可以推廣到機床整機中各種復雜的結合部的虛擬材料層的參數識別。

附圖說明

圖1是本發明的含虛擬材料層滾動導軌系統結構圖。

圖2是本發明的虛擬材料層示意圖。

圖3是本發明激勵模態試驗系統圖。

圖4是本發明激勵模態試驗中測點布置圖。

圖中標號所代表的含義為：

1.移動部件2.滾動承導件3.加速度傳感器4.力錘5.電荷放大器6.數據采集器7.計算機8.彈性繩a.虛擬材料層。

具體實施方式

結合圖1到圖4，本發明是基于滾動導軌系統結合部的虛擬材料層的參數識別方法，它包含以下步驟：

（1）構建獨立的滾動導軌系統，將完整的數控機床中的進給系統中的移動部件1和滾動承導件2獨立出來，承載部件由彈性繩懸掛在固定端，并且將移動部件1和承載部件2之間的結合部視為一種虛擬材料層a，這種虛擬材料曾具有一定的具體的參數，它包括彈性模量E、泊松比υ、剪切模量G以及虛擬材料層厚度t、面積A；