一種基于切削漸變寬度凸臺的機床激勵方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于切削漸變凸臺工件的機床激勵方法，通過利用刀齒對寬度漸變的凸臺型工件進行切削，從而產(chǎn)生脈寬漸變的脈沖力序列以激勵機床，其包括：(1)確定工件凸臺的漸變寬度，包括窄端寬度anw和大端寬度abw；(2)確定工件凸凸臺的長度al；(3)根據(jù)上述長度和寬度參數(shù)加工出凸臺工件；(4)根據(jù)機床刀齒的轉(zhuǎn)速n，進給量af以及背吃刀量ap，利用刀齒對凸臺工件進行切削，刀具和漸變凸臺之間的切削力對機床結(jié)構(gòu)施加脈沖激勵信號，從而產(chǎn)生脈沖寬度和幅值都逐漸增大的脈沖切削力激勵機床。本發(fā)明的方法不僅可以大大降低模態(tài)試驗的激振成本，而且可以在工作狀態(tài)下，根據(jù)需要和具體對象，對機床進行可控激振，獲得機床在工作狀態(tài)下的動力學(xué)特性。
【專利說明】一種基于切削漸變寬度凸臺的機床激勵方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械裝備結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析領(lǐng)域，尤其涉及一種機床激勵方法。

【背景技術(shù)】
[0002]機床的動力學(xué)特性對于改善其加工性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要。
[0003]目前獲得機床結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性主要方法是基于機床靜止狀態(tài)下進行人為激勵的實驗?zāi)B(tài)分析法。該方法的主要特點是對機床結(jié)構(gòu)施加特定的激勵力，激勵出機床的動力學(xué)特性，即機床模態(tài)，并同時測量該激勵力和機床結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)以識別出機床模態(tài)，用該模態(tài)來表征機床結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性。
[0004]然而，該方法只能獲得結(jié)構(gòu)處于靜止狀態(tài)下的頻響函數(shù)。大量研究證明，機床結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的動力學(xué)特性會發(fā)生變化，而在實際應(yīng)用當中，人們更多關(guān)注的是機床在工作狀態(tài)下的動力學(xué)特性。為了獲得機床在工作狀態(tài)下的動力學(xué)特性，則首先需要對機床在工作狀態(tài)下實現(xiàn)有效激勵，以激勵出所感興趣頻帶內(nèi)的所有機床模態(tài)。
[0005]目前，對所感興趣頻帶內(nèi)的所有機床模態(tài)的激勵主要是力錘或激振器激勵，但是，機床裝備每個部件質(zhì)量大，若采用力錘敲擊，敲擊力小了難以激發(fā)出模態(tài)，敲擊力大了又可能對裝備造成損傷；若采用激振器激勵，常規(guī)激振器的功率也難以激發(fā)出所需要的模態(tài)，特大功率激振器不僅激振頻率低難以滿足機床頻率特性的要求，而且價格昂貴，安裝復(fù)雜。而且，力錘和激振器只能用于機床靜態(tài)下的激勵，機床工況下進行敲擊或激振器激振會導(dǎo)致嚴重的安全和機床損傷風險。因此，傳統(tǒng)的激勵方法無法滿足機床在工作狀態(tài)下實現(xiàn)有效激勵的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提出了一種基于切削寬度漸變的特殊工件，產(chǎn)生脈寬漸變的脈沖力序列以激勵機床的方法。該方法通過設(shè)計長凸臺，實現(xiàn)刀齒和凸臺多次碰撞產(chǎn)生一系列脈沖激勵力；通過設(shè)計凸臺的寬度逐漸變化，實現(xiàn)激勵脈沖寬度的逐漸變化，達到有效激勵頻帶逐漸變化，從而實現(xiàn)在工作狀態(tài)下對機床進行簡單可控的激勵。
[0007]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目標所采用的具體技術(shù)方案為:
[0008]一種基于切削漸變凸臺工件的機床激勵方法，通過利用刀齒對寬度漸變的凸臺型工件進行切削，從而產(chǎn)生脈寬漸變的脈沖力序列以激勵機床，其特征在于，該方法包括:
[0009](I)確定工件凸臺的漸變寬度，包括窄端寬度anw和大端寬度abw ；
[0010](2)確定工件凸凸臺的長度&1
[0011](3)根據(jù)上述長度和寬度參數(shù)加工出凸臺工件；
[0012](4)根據(jù)機床刀齒的轉(zhuǎn)速n，進給量af以及背吃刀量ap，利用刀齒對凸臺工件進行切削，從而產(chǎn)生脈沖寬度和幅值都逐漸增大的脈沖切削力，對機床結(jié)構(gòu)施加脈沖激勵信號，實現(xiàn)激勵機床。
[0013]作為本發(fā)明的改進，上述步驟⑴中，具體包括:
[0014](1.1)確定所要分析的頻域帶寬BWlst/2
[0015](1.2)根據(jù)上述感興趣的機床結(jié)構(gòu)的頻帶BWlst/2、所使用的刀具直徑D以及主軸的平均轉(zhuǎn)速η利用下式計算出凸臺的平均寬度^:

【權(quán)利要求】
1.一種基于切削漸變凸臺工件的機床激勵方法，通過利用刀齒對寬度漸變的凸臺型工件進行切削，從而產(chǎn)生脈寬漸變的脈沖力序列以激勵機床，其特征在于，該方法包括: (1)確定工件凸臺的漸變寬度，包括窄端寬度anw和大端寬度abw； (2)確定工件凸凸臺的長度B1 (3)根據(jù)上述長度和寬度參數(shù)加工出凸臺工件； (4)根據(jù)機床刀齒的轉(zhuǎn)速n，進給量af以及背吃刀量ap，利用刀齒對凸臺工件進行切削，從而產(chǎn)生脈沖寬度和幅值都逐漸增大的脈沖切削力，對機床結(jié)構(gòu)施加脈沖激勵信號，實現(xiàn)激勵機床。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于切削漸變凸臺工件的機床激勵方法，其中，所述步驟(I)中，具體包括: (1.D確定所要分析的頻域帶寬BWlst/2 (1.2)根據(jù)上述感興趣的機床結(jié)構(gòu)的頻帶BWlst/2、所使用的刀具直徑D以及主軸的平均轉(zhuǎn)速η利用下式計算出凸臺的平均寬度<^:
(1.3)根據(jù)平均寬度確定窄端寬度anw和大端寬度abw，使得:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于切削漸變凸臺工件的機床激勵方法，其中，上述步驟(2)具體包括: (2.1)確定需要的脈沖激勵數(shù)，即刀齒和凸臺發(fā)生碰撞的次數(shù)M ; (2.2)由下式計算凸臺長度a1:
其中N為刀具的刀齒數(shù)，af為進給量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的一種基于切削漸變凸臺工件的機床激勵方法，其中，所述凸臺工件為寬度沿進給方向漸變的凸臺。
【文檔編號】G05B19/18GK104133418SQ201410339456
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】李斌, 毛新勇, 蔡輝, 閆睿智, 羅博, 張譯寒, 劉響球, 潘大為, 彭芳瑜 申請人:華中科技大學(xué)