[發明專利]適用于數控機床加工狀態的模態參數的測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201810184483.3
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108469784A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 陳光勝;李紹良
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G05B19/406
• 分類號: G05B19/406;G01H17/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉;劉國華

本發明提供一種適用于數控機床加工狀態的模態參數的測量裝置及方法，用于對數控機床的主軸在加工狀態下的模態參數的進行測量。本發明提供的測量裝置包括：四個加速度傳感器，每二個加速度傳感器對應安裝在一個主軸座上，分別用于檢測主軸座的第一方向和第二方向的振動加速度信號；數據采集卡，用于接收振動加速度信號；以及數據分析部，用于對振動加速度信號進行分析并得到預定初始激勵下的自由響應，并根據該自由響應利用時域模態識別方法識別出模態參數。本發明能夠獲得數控機床在加工狀態下的模態參數，與靜止狀態下的模態參數不同，加工狀態下的模態參數更加準確、更接近數控機床的實際情況，可以更好地指導加工，減少振動，提升加工質量。

技術領域

本發明屬于數控機床的模態參數的檢測技術領域，具體涉及一種適用于數控機床加工狀態的模態參數的測量裝置及方法。

背景技術

數控機床加工的性能以及精密程度都與機床結構的模態參數有著密切的關系，數控機床加工時高速旋轉的刀具與工件之間會產生強烈的振動甚至變形，振動和變形會直接影響被加工工件的精度以及表面質量；同時，振動會通過刀具傳遞到機床的各個部件，加速機床部件的老化以及失效，以致降低機床和刀具的使用壽命。因此獲取機床更準確的模態參數，可以有效地解決振動的同時提高加工精度。

當前，大部分數控機床的模態參數識別都是在機床靜止狀態下進行的，通過錘擊激勵或者激振器激勵采集響應信號以及力錘信號，得到頻響函數，從而得到機床的模態參數。然而，數控機床在高速運轉加工時會引起結合部的邊界條件變化，從而影響機床的模態參數。因此，靜止狀態下的模態參數識別結果并不能體現數控機床的實際狀態，加工狀態下的模態參數識別結果更接近數控機床的實際狀態。

發明內容

本發明是為了解決上述技術問題而進行的，目的在于提供一種適用于數控機床加工狀態的模態參數的測量裝置及方法，用于測量更加接近數控機床實際狀態的模態參數，以便提升數控機床的加工質量和加工效率。

為實現上述發明目的，本發明采用如下的技術方案：

本發明提供一種適用于數控機床加工狀態的模態參數的測量裝置，用于對數控機床的主軸在加工狀態下的模態參數的進行測量，主軸的兩端分別設置有主軸座，其特征在于，包括：四個加速度傳感器，每二個加速度傳感器對應安裝在一個主軸座上，分別用于檢測主軸座的第一方向和第二方向的振動加速度信號；數據采集卡，和加速度傳感器通信連接，用于接收振動加速度信號；以及數據分析部，和數據采集卡通信連接，用于對振動加速度信號進行分析并得到預定初始激勵下的自由響應，并根據該自由響應利用時域模態識別方法識別出模態參數。

本發明提供的適用于數控機床加工狀態的模態參數的測量裝置，還可以具有這樣的特征：其中，第一方向和第二方向相互垂直且均與主軸的軸向垂直。

本發明還提供一種適用于數控機床加工狀態的模態參數的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，開啟數控機床并運行主軸，并采用加速度傳感器檢測主軸座的第一方向和第二方向的振動加速度信號；

步驟二，采用數據采集卡接收振動加速度信號；

步驟三，采用數據分析部對振動加速度信號進行分析并得到預定初始激勵下的自由響應；

步驟四，數據分析部根據自由響應并利用時域模態識別方法識別出模態參數。

本發明提供的適用于數控機床加工狀態的模態參數的測量方法，還可以具有這樣的特征：其中，步驟三是通過Matlab并利用樣本平均方法來去掉振動加速度信號中的隨機成分后而得到自由響應的。

本發明提供的適用于數控機床加工狀態的模態參數的測量方法，還可以具有這樣的特征：其中，步驟四是根據以下過程實現的：

首先，以自由響應作為輸入數據，進行等間隔采樣形成自由響應矩陣，