[发明专利]适用于数控机床加工状态的模态参数的测量装置及方法在审

专利信息
申请号: 201810184483.3 申请日: 2018-03-07
公开(公告)号: CN108469784A 公开(公告)日: 2018-08-31
发明(设计)人: 陈光胜;李绍良 申请(专利权)人: 上海理工大学
主分类号: G05B19/406 分类号: G05B19/406;G01H17/00
代理公司: 上海德昭知识产权代理有限公司 31204 代理人: 郁旦蓉;刘国华
地址: 200093 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 模态参数 振动加速度信号 测量装置 加工状态 加速度传感器 数控机床加工 数控机床 主轴座 对数控机床 数据采集卡 数据分析部 方法识别 减少振动 静止状态 模态识别 响应 出模 时域 加工 自由 测量 检测 分析
【说明书】:

发明提供一种适用于数控机床加工状态的模态参数的测量装置及方法,用于对数控机床的主轴在加工状态下的模态参数的进行测量。本发明提供的测量装置包括:四个加速度传感器,每二个加速度传感器对应安装在一个主轴座上,分别用于检测主轴座的第一方向和第二方向的振动加速度信号;数据采集卡,用于接收振动加速度信号;以及数据分析部,用于对振动加速度信号进行分析并得到预定初始激励下的自由响应,并根据该自由响应利用时域模态识别方法识别出模态参数。本发明能够获得数控机床在加工状态下的模态参数,与静止状态下的模态参数不同,加工状态下的模态参数更加准确、更接近数控机床的实际情况,可以更好地指导加工,减少振动,提升加工质量。

技术领域

本发明属于数控机床的模态参数的检测技术领域,具体涉及一种适用于数控机床加工状态的模态参数的测量装置及方法。

背景技术

数控机床加工的性能以及精密程度都与机床结构的模态参数有着密切的关系,数控机床加工时高速旋转的刀具与工件之间会产生强烈的振动甚至变形,振动和变形会直接影响被加工工件的精度以及表面质量;同时,振动会通过刀具传递到机床的各个部件,加速机床部件的老化以及失效,以致降低机床和刀具的使用寿命。因此获取机床更准确的模态参数,可以有效地解决振动的同时提高加工精度。

当前,大部分数控机床的模态参数识别都是在机床静止状态下进行的,通过锤击激励或者激振器激励采集响应信号以及力锤信号,得到频响函数,从而得到机床的模态参数。然而,数控机床在高速运转加工时会引起结合部的边界条件变化,从而影响机床的模态参数。因此,静止状态下的模态参数识别结果并不能体现数控机床的实际状态,加工状态下的模态参数识别结果更接近数控机床的实际状态。

发明内容

本发明是为了解决上述技术问题而进行的,目的在于提供一种适用于数控机床加工状态的模态参数的测量装置及方法,用于测量更加接近数控机床实际状态的模态参数,以便提升数控机床的加工质量和加工效率。

为实现上述发明目的,本发明采用如下的技术方案:

本发明提供一种适用于数控机床加工状态的模态参数的测量装置,用于对数控机床的主轴在加工状态下的模态参数的进行测量,主轴的两端分别设置有主轴座,其特征在于,包括:四个加速度传感器,每二个加速度传感器对应安装在一个主轴座上,分别用于检测主轴座的第一方向和第二方向的振动加速度信号;数据采集卡,和加速度传感器通信连接,用于接收振动加速度信号;以及数据分析部,和数据采集卡通信连接,用于对振动加速度信号进行分析并得到预定初始激励下的自由响应,并根据该自由响应利用时域模态识别方法识别出模态参数。

本发明提供的适用于数控机床加工状态的模态参数的测量装置,还可以具有这样的特征:其中,第一方向和第二方向相互垂直且均与主轴的轴向垂直。

本发明还提供一种适用于数控机床加工状态的模态参数的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一,开启数控机床并运行主轴,并采用加速度传感器检测主轴座的第一方向和第二方向的振动加速度信号;

步骤二,采用数据采集卡接收振动加速度信号;

步骤三,采用数据分析部对振动加速度信号进行分析并得到预定初始激励下的自由响应;

步骤四,数据分析部根据自由响应并利用时域模态识别方法识别出模态参数。

本发明提供的适用于数控机床加工状态的模态参数的测量方法,还可以具有这样的特征:其中,步骤三是通过Matlab并利用样本平均方法来去掉振动加速度信号中的随机成分后而得到自由响应的。

本发明提供的适用于数控机床加工状态的模态参数的测量方法,还可以具有这样的特征:其中,步骤四是根据以下过程实现的:

首先,以自由响应作为输入数据,进行等间隔采样形成自由响应矩阵,

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