[发明专利]一种五轴联动加工中心摆动转台动态特性辨识方法

权利要求书

1.一种五轴联动加工中心摆动转台动态特性辨识方法，摆动转台系统的动力源为伺服电动机，摆动转台系统的传动结构包括有带轮、涡轮和蜗杆，所述动力源通过传动结构驱动摆动转台旋转，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：通过数控机床控制摆动转台的进给运动，使得摆动转台重复相同路径的进给运动，其中进给运动中包括有摆动转台启动、停止和翻转动作，获取进给运动中的扭转响应参数，扭转响应由摆动转台中扭转振动引起，所述步骤1中，激振源产生扭转振动，摆动转台在p点激振源激振下，测得待监测l点的强迫振动位移响应为，

式中，式中，为摆动转台在p点所受到的力，为摆动转台在p点所受到的力矩，为激振的角频率，为摆动转台系统中传感器与转盘轴线水平夹角，h为摆动转台系统中传感器与转盘轴线的距离，为振动响应l点正则模态阵型，为振动响应p点正则模态阵型， 为振动响应的固有频率， 为振动响应的阻尼比，其中，上述公式下标中，当下标i=F时，表示作用力F激振下的弯曲振动响应参数，而下标i=T时，表示力矩T激振下的弯曲振动响应参数，j表示虚数，k为振型阶数，k=1,2,3…n，n表示正整数，为摆动转台的阻尼系数，执行步骤2；

步骤2：对扭转响应信号进行过滤，通过建立两自由度系统力学模型并提出摆动转台系统的运动微分方程，进行自适应噪声消除法去除噪声，所述步骤2中，根据两自由度系统力学模型，以摆动转台中心为圆心，摆动转台系统的运动微分方程，

式中，r为偏心矩，即摆动盘到A轴摆动轴的回转轴线的距离，M为摆动转台系统总质量，A轴摆动轴为摆动转台的转动轴；B轴转动轴为摆动盘的转动轴； 为摆动转台等效到电机输出轴的等效阻尼； 为摆动转台等效到电机输出轴的等效刚度，m为摆动转台系统摆动部件质量，x为摆动转台系统中摆动转台的振动位移， 为摆动转台中摆动轴心的振动速度， 为摆动转台中摆动轴心的振动加速度，y为结构混响和外界环境干扰对摆动转台的振动位移，为结构混响和外界环境干扰对摆动转台的振动速度，t为时间，K为摆动转台系统振动刚度，C为摆动转台系统的阻尼，为激振的角频率，执行步骤3；

步骤3：去除噪声后得到摆动转台系统的扭转振动动力学模型，所述步骤3中的扭转振动动力学模型为，

式中， 为电机输入角度，为电机扭矩产生的扭转角度， 电机输入角速度，为电机扭矩产生的扭转角速度，为电机输入角加速度，为电机扭矩产生的扭转角加速度，为传动系统等效到电动机端的等效转动惯量，其中，为小带轮的转动惯量、为电动机轴的转动惯量、为蜗杆轴的转动惯量、为蜗轮轴的转动惯量， 为A轴摆动轴的负载等效到电动机端的等效负载转动惯量，其中W代表着A轴转动轴的负载，负载为B轴转动轴、夹具和工件的重量之和， 为带齿轮减速比，为扇形蜗轮与蜗杆减速比，执行步骤4；

步骤4：通过扭转振动动力学模型得到扭转振动的频率和阻尼系数，进而得到摆动转台的输出动态特性，具体如下，

通过扭转振动动力学模型得到摆动转台系统总响应为

其中t=0时，和都不为零，为摆动转台扭转振动的初始角位移，为摆动转台扭转振动的初始角速度，为摆动转台扭转振动的固有频率，为摆动转台扭转振动阻尼振动的频率，为积分计算中的数学表达式，在松弛初始条件和系统稳定状态下，系统的总响应为

式中，为摆动转台扭转振动的固有频率，为摆动转台扭转振动阻尼振动的频率，为扭矩产生的扭转角度，，为摆动转台的阻尼系数，和为积分计算中的数学表达式。

2.根据权利要求1所述的一种五轴联动加工中心摆动转台动态特性辨识方法，其特征在于，所述步骤1中，所述摆动转台系统还包括有若干个加速度传感器作为扭转响应信号的采集端。

3.根据权利要求2所述的一种五轴联动加工中心摆动转台动态特性辨识方法，其特征在于，定义外界环境干扰对摆动转台系统激励运动简化为 ，其中，为结构混响和外界环境干扰的振动角频率，Y为结构混响和外界环境干扰的振动幅值，去除噪声后的摆动转台系统的稳态响应为，

式中，，，其中 ，， ，为摆动转台的阻尼系数； 当r的下标i=1时表示摆动盘回转轴偏心激励作用 ；当r的下标i=2时表示结构混响和外界环境干扰激励作用。