[發(fā)明專利]一種五軸聯(lián)動加工中心擺動轉(zhuǎn)臺動態(tài)特性辨識方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011579533.1
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112287492B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王玲;殷鳴;廖啟豪;殷國富
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/10;G06F119/14
• 代理公司: 成都時譽知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51250
• 代理人: 葉斌

1.一種五軸聯(lián)動加工中心擺動轉(zhuǎn)臺動態(tài)特性辨識方法，擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的動力源為伺服電動機，擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu)包括有帶輪、渦輪和蝸桿，所述動力源通過傳動結(jié)構(gòu)驅(qū)動擺動轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，其特征在于，包括下列步驟：

步驟1：通過數(shù)控機床控制擺動轉(zhuǎn)臺的進給運動，使得擺動轉(zhuǎn)臺重復(fù)相同路徑的進給運動，其中進給運動中包括有擺動轉(zhuǎn)臺啟動、停止和翻轉(zhuǎn)動作，獲取進給運動中的扭轉(zhuǎn)響應(yīng)參數(shù)，扭轉(zhuǎn)響應(yīng)由擺動轉(zhuǎn)臺中扭轉(zhuǎn)振動引起，所述步驟1中，激振源產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，擺動轉(zhuǎn)臺在p點激振源激振下，測得待監(jiān)測l點的強迫振動位移響應(yīng)為，

式中，式中，為擺動轉(zhuǎn)臺在p點所受到的力，為擺動轉(zhuǎn)臺在p點所受到的力矩，為激振的角頻率，為擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)中傳感器與轉(zhuǎn)盤軸線水平夾角，h為擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)中傳感器與轉(zhuǎn)盤軸線的距離，為振動響應(yīng)l點正則模態(tài)陣型，為振動響應(yīng)p點正則模態(tài)陣型， 為振動響應(yīng)的固有頻率， 為振動響應(yīng)的阻尼比，其中，上述公式下標(biāo)中，當(dāng)下標(biāo)i=F時，表示作用力F激振下的彎曲振動響應(yīng)參數(shù)，而下標(biāo)i=T時，表示力矩T激振下的彎曲振動響應(yīng)參數(shù)，j表示虛數(shù)，k為振型階數(shù)，k=1,2,3…n，n表示正整數(shù)，為擺動轉(zhuǎn)臺的阻尼系數(shù)，執(zhí)行步驟2；

步驟2：對扭轉(zhuǎn)響應(yīng)信號進行過濾，通過建立兩自由度系統(tǒng)力學(xué)模型并提出擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的運動微分方程，進行自適應(yīng)噪聲消除法去除噪聲，所述步驟2中，根據(jù)兩自由度系統(tǒng)力學(xué)模型，以擺動轉(zhuǎn)臺中心為圓心，擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的運動微分方程，

式中，r為偏心矩，即擺動盤到A軸擺動軸的回轉(zhuǎn)軸線的距離，M為擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)總質(zhì)量，A軸擺動軸為擺動轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動軸；B軸轉(zhuǎn)動軸為擺動盤的轉(zhuǎn)動軸； 為擺動轉(zhuǎn)臺等效到電機輸出軸的等效阻尼； 為擺動轉(zhuǎn)臺等效到電機輸出軸的等效剛度，m為擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)擺動部件質(zhì)量，x為擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)中擺動轉(zhuǎn)臺的振動位移， 為擺動轉(zhuǎn)臺中擺動軸心的振動速度， 為擺動轉(zhuǎn)臺中擺動軸心的振動加速度，y為結(jié)構(gòu)混響和外界環(huán)境干擾對擺動轉(zhuǎn)臺的振動位移，為結(jié)構(gòu)混響和外界環(huán)境干擾對擺動轉(zhuǎn)臺的振動速度，t為時間，K為擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)振動剛度，C為擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的阻尼，為激振的角頻率，執(zhí)行步驟3；

步驟3：去除噪聲后得到擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動動力學(xué)模型，所述步驟3中的扭轉(zhuǎn)振動動力學(xué)模型為，

式中， 為電機輸入角度，為電機扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角度， 電機輸入角速度，為電機扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角速度，為電機輸入角加速度，為電機扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角加速度，為傳動系統(tǒng)等效到電動機端的等效轉(zhuǎn)動慣量，其中，為小帶輪的轉(zhuǎn)動慣量、為電動機軸的轉(zhuǎn)動慣量、為蝸桿軸的轉(zhuǎn)動慣量、為蝸輪軸的轉(zhuǎn)動慣量， 為A軸擺動軸的負載等效到電動機端的等效負載轉(zhuǎn)動慣量，其中W代表著A軸轉(zhuǎn)動軸的負載，負載為B軸轉(zhuǎn)動軸、夾具和工件的重量之和， 為帶齒輪減速比，為扇形蝸輪與蝸桿減速比，執(zhí)行步驟4；

步驟4：通過扭轉(zhuǎn)振動動力學(xué)模型得到扭轉(zhuǎn)振動的頻率和阻尼系數(shù)，進而得到擺動轉(zhuǎn)臺的輸出動態(tài)特性，具體如下，

通過扭轉(zhuǎn)振動動力學(xué)模型得到擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)總響應(yīng)為

其中t=0時，和都不為零，為擺動轉(zhuǎn)臺扭轉(zhuǎn)振動的初始角位移，為擺動轉(zhuǎn)臺扭轉(zhuǎn)振動的初始角速度，為擺動轉(zhuǎn)臺扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率，為擺動轉(zhuǎn)臺扭轉(zhuǎn)振動阻尼振動的頻率，為積分計算中的數(shù)學(xué)表達式，在松弛初始條件和系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下，系統(tǒng)的總響應(yīng)為

式中，為擺動轉(zhuǎn)臺扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率，為擺動轉(zhuǎn)臺扭轉(zhuǎn)振動阻尼振動的頻率，為扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角度，，為擺動轉(zhuǎn)臺的阻尼系數(shù)，和為積分計算中的數(shù)學(xué)表達式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種五軸聯(lián)動加工中心擺動轉(zhuǎn)臺動態(tài)特性辨識方法，其特征在于，所述步驟1中，所述擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)還包括有若干個加速度傳感器作為扭轉(zhuǎn)響應(yīng)信號的采集端。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種五軸聯(lián)動加工中心擺動轉(zhuǎn)臺動態(tài)特性辨識方法，其特征在于，定義外界環(huán)境干擾對擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)激勵運動簡化為 ，其中，為結(jié)構(gòu)混響和外界環(huán)境干擾的振動角頻率，Y為結(jié)構(gòu)混響和外界環(huán)境干擾的振動幅值，去除噪聲后的擺動轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為，

式中，，，其中 ，， ，為擺動轉(zhuǎn)臺的阻尼系數(shù)； 當(dāng)r的下標(biāo)i=1時表示擺動盤回轉(zhuǎn)軸偏心激勵作用 ；當(dāng)r的下標(biāo)i=2時表示結(jié)構(gòu)混響和外界環(huán)境干擾激勵作用。