[發明專利]一種五軸聯動加工中心擺動轉臺動態特性辨識方法

有效

• 申請號: 202011579533.1
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112287492B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 王玲;殷鳴;廖啟豪;殷國富
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/10;G06F119/14
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 葉斌

1.一種五軸聯動加工中心擺動轉臺動態特性辨識方法，擺動轉臺系統的動力源為伺服電動機，擺動轉臺系統的傳動結構包括有帶輪、渦輪和蝸桿，所述動力源通過傳動結構驅動擺動轉臺旋轉，其特征在于，包括下列步驟：

步驟1：通過數控機床控制擺動轉臺的進給運動，使得擺動轉臺重復相同路徑的進給運動，其中進給運動中包括有擺動轉臺啟動、停止和翻轉動作，獲取進給運動中的扭轉響應參數，扭轉響應由擺動轉臺中扭轉振動引起，所述步驟1中，激振源產生扭轉振動，擺動轉臺在p點激振源激振下，測得待監測l點的強迫振動位移響應為，

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

步驟2：對扭轉響應信號進行過濾，通過建立兩自由度系統力學模型并提出擺動轉臺系統的運動微分方程，進行自適應噪聲消除法去除噪聲，所述步驟2中，根據兩自由度系統力學模型，以擺動轉臺中心為圓心，擺動轉臺系統的運動微分方程，

式中，r為偏心矩，即擺動盤到A軸擺動軸的回轉軸線的距離，M為擺動轉臺系統總質量，A軸擺動軸為擺動轉臺的轉動軸；B軸轉動軸為擺動盤的轉動軸； 為擺動轉臺等效到電機輸出軸的等效阻尼； 為擺動轉臺等效到電機輸出軸的等效剛度，m為擺動轉臺系統擺動部件質量，x為擺動轉臺系統中擺動轉臺的振動位移， 為擺動轉臺中擺動軸心的振動速度， 為擺動轉臺中擺動軸心的振動加速度，y為結構混響和外界環境干擾對擺動轉臺的振動位移，為結構混響和外界環境干擾對擺動轉臺的振動速度，t為時間，K為擺動轉臺系統振動剛度，C為擺動轉臺系統的阻尼，為激振的角頻率，執行步驟3；

步驟3：去除噪聲后得到擺動轉臺系統的扭轉振動動力學模型，所述步驟3中的扭轉振動動力學模型為，

式中， 為電機輸入角度，為電機扭矩產生的扭轉角度， 電機輸入角速度，為電機扭矩產生的扭轉角速度，為電機輸入角加速度，為電機扭矩產生的扭轉角加速度，為傳動系統等效到電動機端的等效轉動慣量，其中，為小帶輪的轉動慣量、為電動機軸的轉動慣量、為蝸桿軸的轉動慣量、為蝸輪軸的轉動慣量， 為A軸擺動軸的負載等效到電動機端的等效負載轉動慣量，其中W代表著A軸轉動軸的負載，負載為B軸轉動軸、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，執行步驟4；

步驟4：通過扭轉振動動力學模型得到扭轉振動的頻率和阻尼系數，進而得到擺動轉臺的輸出動態特性，具體如下，

通過扭轉振動動力學模型得到擺動轉臺系統總響應為

其中t=0時，和都不為零，為擺動轉臺扭轉振動的初始角位移，為擺動轉臺扭轉振動的初始角速度，為擺動轉臺扭轉振動的固有頻率，為擺動轉臺扭轉振動阻尼振動的頻率，為積分計算中的數學表達式，在松弛初始條件和系統穩定狀態下，系統的總響應為

式中，為擺動轉臺扭轉振動的固有頻率，為擺動轉臺扭轉振動阻尼振動的頻率，為扭矩產生的扭轉角度，，為擺動轉臺的阻尼系數，和為積分計算中的數學表達式。

2.根據權利要求1所述的一種五軸聯動加工中心擺動轉臺動態特性辨識方法，其特征在于，所述步驟1中，所述擺動轉臺系統還包括有若干個加速度傳感器作為扭轉響應信號的采集端。

3.根據權利要求2所述的一種五軸聯動加工中心擺動轉臺動態特性辨識方法，其特征在于，定義外界環境干擾對擺動轉臺系統激勵運動簡化為 ，其中，為結構混響和外界環境干擾的振動角頻率，Y為結構混響和外界環境干擾的振動幅值，去除噪聲后的擺動轉臺系統的穩態響應為，

式中，，，其中 ，， ，為擺動轉臺的阻尼系數； 當r的下標i=1時表示擺動盤回轉軸偏心激勵作用 ；當r的下標i=2時表示結構混響和外界環境干擾激勵作用。