基於切削激勵的工具機結構模態比例因子獲取方法
2023-05-22 21:08:06
專利名稱：基於切削激勵的工具機結構模態比例因子獲取方法
技術領域：
本發明涉及數控裝備結構模態參數分析技術領域，尤其涉及一種基於切削激勵的工具機結構模態比例因子獲取方法。
背景技術：
傳統實驗模態分析技術能夠得到完整的模態參數，包括固有頻率、阻尼比、模態振型向量和模態比例因子。但對於大型結構(如橋梁、高樓和重型工具機)，傳統實驗模態分析技術的激勵方式難以實施，利用其它易於實施的隨機激勵(如環境激勵)作為激勵方式的工作模態分析方法得到了重視。工作模態分析方法中，假設輸入激勵為幅值恆定的白噪聲隨機激勵，推導出其互功率譜矩陣與頻響函數矩陣有相似的表達式，可通過互功率譜矩陣辨識出部分的模態參數。現有的工作模態分析方法中，能夠辨識結構的固有頻率、阻尼比和模態振型向量這些模態參數，但無法得到模態比例因子。由於現有工作模態激勵不是人為激勵，無法控制激勵力的自功率譜的位置，難以測量和估計實際激勵力的能量大小，無法直接從互功率譜矩陣中得到模態比例因子，不能得到結構完整的頻響函數。
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於切削激勵的工具機結構模態比例因子獲取方法， 其激勵通過脈衝切削方式實現對工具機結構的人為激勵，該激勵力作用於刀具刀尖點，並且通過計算切削力能夠估計激勵力的能量大小，繼而從互功率譜矩陣中獲取模態比例因子。本發明是通過以下技術方案實現的一種基於切削激勵的工具機結構模態比例因子獲取方法，包括以下步驟(1)選擇脈衝切削方式，脈衝切削方式包括銑削、車削和鏜削凸臺(2)建立與脈衝切削方式對應的切削力模型，根據切削力模型生成切削參數，並隨機生成凸臺參數(3)根據切削參數和凸臺參數計算切削力的自功率譜[Gxx(j )]，並判斷自功率譜的頻寬是否覆蓋期望的頻帶範圍，若頻寬覆蓋期望的頻帶範圍，則進入步驟G)，否則提高主軸轉速的取值範圍，或減小凸臺壁厚序列的取值範圍，並返回步驟O)；(4)判斷自功率譜的能量是否大於一閾值能量，若能量大於閾值能量，則進入步驟 (5)，否則提高背吃刀量和每齒進給量的大小，並返回步驟O)；(5)根據所選的切削參數生成數控指令代碼，以控制工具機加工待切削試件；(6)測量工具機的響應信號，並根據以下公式計算響應信號的互功率譜矩陣； —PSD CSD12U ω) CSDuU ω) CSDli(Ja) [GvvO)] =
權利要求
1.-種基於切削激勵的工具機結構模態比例因子獲取方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)選擇脈衝切削方式，脈衝切削方式包括銑削、車削和鏜削凸臺(2)建立與脈衝切削方式對應的切削力模型，根據切削力模型生成切削參數，並隨機生成凸臺參數(3)根據切削參數和凸臺參數計算切削力的自功率譜[Gxx(j )]，並判斷自功率譜的頻寬是否覆蓋期望的頻帶範圍，若頻寬覆蓋期望的頻帶範圍，則進入步驟G)，否則提高主軸轉速的取值範圍，或減小凸臺壁厚序列的取值範圍，並返回所述步驟O)；(4)判斷自功率譜的能量是否大於一閾值能量，若能量大於閾值能量，則進入步驟 (5)，否則提高背吃刀量和每齒進給量的大小，並返回所述步驟O)；(5)根據所選的切削參數生成數控指令代碼，以控制工具機加工待切削試件；(6)測量工具機的響應信號，並根據以下公式計算響應信號的互功率譜矩陣； >^Αι( CSDl2Uo) CSD CSDu{jo) CSDJJ ω) PSD22(j ω) CSD23(Jo) CSDJJ ω) CSD^jo) CSD32(Ja) PSD33(Ja) CSDM{jo) (2)[Gvv(Ja)] =CSD4l(Jco) CSDa2(Jo) CSD43(Ja) PSDu(Jo)其中[Gyy (j )]表示響應信號的互功率譜矩陣，CSDkl (j ω)表示第k點響應信號對1 點響應信號的互功率譜，PSDkk(j )表示第k點響應信號的自功率譜；(7)根據響應信號的互功率譜矩陣利用最小二乘復頻域法計算系統極點X1N和以及模態振型向量(8)根據自功率譜[Gxx(jco)]、系統極點X1N和以及模態振型向量Ψι...Ν禾口 (//^v 計算工具機結構的模態比例因子。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在步驟O)中，是採用以下公式確定切削參數
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，凸臺參數包括凸臺壁厚序列和凸臺分布位置。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，步驟C3)包括以下子步驟 將切削參數和凸臺參數輸入到切削力模型中，生成切削力的時域圖；通過譜分析方法對時域圖進行處理，以得到[Gxx(j )]頻域圖； 分析頻域圖的IOdB帶寬，以確定頻寬能否覆蓋期望的頻帶範圍。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，步驟( 包括以下子步驟
全文摘要
一種基於切削激勵的工具機結構模態比例因子獲取方法，包括選擇脈衝切削方式，脈衝切削方式包括銑削、車削和鏜削凸臺，建立與脈衝切削方式對應的切削力模型，根據切削力模型生成切削參數，並隨機生成凸臺參數，根據切削參數和凸臺參數計算切削力的自功率譜，並判斷自功率譜的頻寬是否覆蓋期望的頻帶範圍，判斷自功率譜的能量是否大於一閾值能量，若能量大於閾值能量，則根據所選的切削參數生成數控指令代碼，以控制工具機加工待切削試件，測量工具機的響應信號，並計算響應信號的互功率譜矩陣，根據響應信號的互功率譜矩陣利用最小二乘復頻域法計算系統極點以及模態振型向量。本發明能夠估計激勵力的能量大小，繼而從互功率譜矩陣中獲取模態比例因子。
文檔編號G01M99/00GK102564786SQ20111044438
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者劉紅奇, 彭芳瑜, 李斌, 毛寬民, 毛新勇, 白向賀, 羅博, 蔡輝, 黃俊斌 申請人:華中科技大學