[發明專利]一種基于切削凸點工件的機床激勵方法

在審

• 申請號: 201410339469.8
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104122106A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 李斌;毛新勇;蔡輝;閆睿智;羅博;張譯寒;劉響球;潘大為;彭芳瑜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

技術領域

本發明屬于機械裝備結構的動力學分析領域，尤其涉及一種機床激勵方法。

背景技術

機床的動力學特性對于改善其加工性能，優化結構設計至關重要。

目前獲得機床結構動力學特性主要方法是基于機床靜止狀態下進行人為激勵的實驗模態分析法。該方法的主要特點是對機床結構施加特定的激勵力，激勵出機床的動力學特性，即機床模態，并同時測量該激勵力和機床結構的振動響應以識別出機床模態，用該模態來表征機床結構的動力學特性。

然而，該方法只能獲得結構處于靜止狀態下的頻響函數。大量研究證明，機床結構在工作狀態下的動力學特性會發生變化，而在實際應用當中，人們更多關注的是機床在工作狀態下的動力學特性。為了獲得機床在工作狀態下的動力學特性，則首先需要對機床在工作狀態下實現有效激勵，以激勵出所感興趣頻帶內的所有機床模態。

目前，對所感興趣頻帶內的所有機床模態的激勵主要是力錘或激振器激勵，但是，機床裝備每個部件質量大，若采用力錘敲擊，敲擊力小了難以激發出模態，敲擊力大了又可能對裝備造成損傷；若采用激振器激勵，常規激振器的功率也難以激發出所需要的模態，特大功率激振器不僅激振頻率低難以滿足機床頻率特性的要求，而且價格昂貴，安裝復雜。而且，力錘和激振器只能用于機床靜態下的激勵，機床工況下進行敲擊或激振器激振會導致嚴重的安全和機床損傷風險。因此，傳統的激勵方法無法滿足機床在工作狀態下實現有效激勵的需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提出了一種基于切削表面有凸點的工件，從而產生單脈沖激勵力以激勵機床的方法。該方法通過設計凸點的長度，實現刀齒和凸點一次碰撞產生單脈沖激勵力；通過設計凸點的寬度和轉速調節激勵的有效激勵頻帶和激勵能量，從而實現需要對機床進行簡單可控的激勵。

本發明為實現上述目標所采用的具體技術方案為：

一種基于切削表面有凸點的工件的機床激勵方法，通過利用刀具對表面具有凸塊的工件進行切削，從而產生單脈沖激勵力以激勵機床，其特征在于，該方法包括：

(1)確定工件表面凸點在垂直進給方向上的寬度a_w，

(2)確定所述凸點在進給方向的長度a_l；

(3)根據上述長度和寬度參數加工出具有上述凸點的工件；

(4)確定主軸轉速n，進給量a_f以及背吃刀量a_p，利用刀具對所述工件凸點進行切削，從而產生單脈沖切削力，對基礎結構施加激勵信號，實現激勵機床。

作為本發明的改進，上述步驟(1)中，具體包括：

(1.1)確定所感興趣的機床頻帶BW_1st/2；

(1.2)確定所使用的刀具直徑D以及主軸的平均轉速n；

(1.3)根據上述機床頻帶BW_1st/2、所使用的刀具直徑D以及主軸的平均轉速n，利用下式計算出凸點寬度a_w：

aw=πnD60BW1st.]]>

作為本發明的改進，上述步驟(2)中，具體包括：

(2.1)首先，根據切削轉速n計算刀具轉動一周的時間Δt:

Δt=60n]]>

(2.2)確定進給量a_f及刀具的齒數N

(2.3)根據所述刀具轉動一周的時間Δt、進給量a_f及刀具的齒數N，計算凸點長度a_l