[發明專利]一種機床進給系統的剛度阻尼辨識方法

有效

• 申請號: 202110783815.1
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113467367B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 楊建中;黃德海;段繼航;李昌俊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 祝丹晴

本發明公開了一種機床進給系統的剛度阻尼辨識方法，包括：S1、建立機床進給軸機械部分的動力學模型；S2、將預設速度信號作為機床進給軸驅動電機轉速的仿真信號輸入到機床進給軸機械部分的動力學模型中，得到機床工作臺移動速度的仿真信號；S3、根據機床進給軸驅動電機轉速和機床工作臺移動速度的仿真信號繪制bode圖，得到動力學模型的頻響特性曲線；S4、更新動力學模型中機床進給軸機械部分的各待辨識零部件的剛度和阻尼參數，重復步驟S2?S4進行迭代，直至動力學模型的頻響特性曲線與機床進給軸的實際頻響特性曲線的差異達到預設標準，此時的剛度和阻尼參數即為辨識結果。本發明中剛度阻尼的辨識精度較高，能夠有效提高仿真機床動態特性的準確性。

技術領域

本發明屬于數控機床進給系統參數辨識技術領域，更具體地，涉及一種機床進給系統的剛度阻尼辨識方法。

背景技術

數控機床，作為一種高效率、高精度、高自動化的加工設備，在制造業中具有十分重要的地位。數控機床的應用范圍越來越廣泛，包括航空航天、汽車、核電、醫療機械、工程機械等領域。數控機床結構復雜，建立機床的動力學模型有助于分析機床的動態特性，對提高機床的加工精度，改善機床動態特性有著重要作用。

機床進給系統的動力學模型主要涉及其機械傳動與執行系統。機械傳動與執行系統主要由傳動機構與執行機構組成，是一個典型的空間多體系統，進行建模時主要采用多體系統動力學的建模方式，進給系統參數辨識的目的是使得搭建的進給系統仿真模型具有更高的仿真精度，能夠更加準確地反應真實機床進給系統的動態特性，從而使仿真模型能為提高機床進給系統的動態性能、跟蹤精度、加工效率和加工質量提供更好的幫助。

機床進給系統是復雜的非線性系統，進給系統仿真模型往往包含大量的參數，其中存在一些難以測量或計算得到的參數，如絲桿剛度，阻尼系數，粘滯摩擦系數等。進給系統參數辨識的主要對象就是這些難以確定又對進給系統的動態特性有顯著影響的參數。機床的絲杠剛度阻尼、絲杠螺母與工作臺之間的接觸剛度阻尼等對機床的模態影響很大，精確辨識剛度阻尼可以提高整體動力學模型的準確性，進而更加真實地反映機床進給系統的動態特性。

現有的對機床的剛度和阻尼進行辨識的方法大多需要對絲杠軸加以激勵，采集信號進行分析，并根據相關公式計算機床的剛度和阻尼，往往只能分析單個零部件的剛度阻尼，而多體系統動力學模型對機床的動態特性的仿真的準確性受到各個零部件的影響，現有方法往往缺乏對動力學模型的整體分析，無法對剛度和阻尼進行精確辨識，進而不能有效地提高對機床動態特性仿真的準確性。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種機床進給系統的剛度阻尼辨識方法，用以解決現有技術由于缺乏對動力學模型的整體分析而導致機床進給系統剛度和阻尼辨識的準確性較低，無法有效地提高對機床動態特性仿真的準確性的技術問題。

為了實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種機床進給系統的剛度阻尼辨識方法，包括以下步驟：

S1、建立機床進給軸機械部分的動力學模型；

S2、將第一預設速度信號作為機床進給軸驅動電機轉速的仿真信號輸入到機床進給軸機械部分的動力學模型中，得到機床工作臺移動速度的仿真信號；對機床進給軸驅動電機轉速的仿真信號和機床工作臺移動速度的仿真信號進行頻域分析，得到不同頻率下機床進給軸驅動電機轉速的仿真值和機床工作臺移動速度的仿真值；第一預設速度信號為具有不同頻率的時變信號；

S3、根據不同頻率下機床進給軸驅動電機轉速的仿真值和對應的機床工作臺移動速度的仿真值繪制bode圖，得到動力學模型的頻響特性曲線；頻響特性曲線包括幅頻特性曲線和相頻特性曲線；