一种基于切削渐变宽度凸台的机床激励方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于切削渐变凸台工件的机床激励方法，通过利用刀齿对宽度渐变的凸台型工件进行切削，从而产生脉宽渐变的脉冲力序列以激励机床，其包括：(1)确定工件凸台的渐变宽度，包括窄端宽度anw和大端宽度abw；(2)确定工件凸凸台的长度al；(3)根据上述长度和宽度参数加工出凸台工件；(4)根据机床刀齿的转速n，进给量af以及背吃刀量ap，利用刀齿对凸台工件进行切削，刀具和渐变凸台之间的切削力对机床结构施加脉冲激励信号，从而产生脉冲宽度和幅值都逐渐增大的脉冲切削力激励机床。本发明的方法不仅可以大大降低模态试验的激振成本，而且可以在工作状态下，根据需要和具体对象，对机床进行可控激振，获得机床在工作状态下的动力学特性。
【专利说明】一种基于切削渐变宽度凸台的机床激励方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械装备结构的动力学分析领域，尤其涉及一种机床激励方法。
【背景技术】
[0002]机床的动力学特性对于改善其加工性能，优化结构设计至关重要。
[0003]目前获得机床结构动力学特性主要方法是基于机床静止状态下进行人为激励的实验模态分析法。该方法的主要特点是对机床结构施加特定的激励力，激励出机床的动力学特性，即机床模态，并同时测量该激励力和机床结构的振动响应以识别出机床模态，用该模态来表征机床结构的动力学特性。
[0004]然而，该方法只能获得结构处于静止状态下的频响函数。大量研究证明，机床结构在工作状态下的动力学特性会发生变化，而在实际应用当中，人们更多关注的是机床在工作状态下的动力学特性。为了获得机床在工作状态下的动力学特性，则首先需要对机床在工作状态下实现有效激励，以激励出所感兴趣频带内的所有机床模态。
[0005]目前，对所感兴趣频带内的所有机床模态的激励主要是力锤或激振器激励，但是，机床装备每个部件质量大，若采用力锤敲击，敲击力小了难以激发出模态，敲击力大了又可能对装备造成损伤；若采用激振器激励，常规激振器的功率也难以激发出所需要的模态，特大功率激振器不仅激振频率低难以满足机床频率特性的要求，而且价格昂贵，安装复杂。而且，力锤和激振器只能用于机床静态下的激励，机床工况下进行敲击或激振器激振会导致严重的安全和机床损伤风险。因此，传统的激励方法无法满足机床在工作状态下实现有效激励的需求。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于切削宽度渐变的特殊工件，产生脉宽渐变的脉冲力序列以激励机床的方法。该方法通过设计长凸台，实现刀齿和凸台多次碰撞产生一系列脉冲激励力；通过设计凸台的宽度逐渐变化，实现激励脉冲宽度的逐渐变化，达到有效激励频带逐渐变化，从而实现在工作状态下对机床进行简单可控的激励。
[0007]本发明为实现上述目标所采用的具体技术方案为:
[0008]一种基于切削渐变凸台工件的机床激励方法，通过利用刀齿对宽度渐变的凸台型工件进行切削，从而产生脉宽渐变的脉冲力序列以激励机床，其特征在于，该方法包括:
[0009](I)确定工件凸台的渐变宽度，包括窄端宽度anw和大端宽度abw ；
[0010](2)确定工件凸凸台的长度&1
[0011](3)根据上述长度和宽度参数加工出凸台工件；
[0012](4)根据机床刀齿的转速n，进给量af以及背吃刀量ap，利用刀齿对凸台工件进行切削，从而产生脉冲宽度和幅值都逐渐增大的脉冲切削力，对机床结构施加脉冲激励信号，实现激励机床。
[0013]作为本发明的改进，上述步骤⑴中，具体包括:
[0014](1.1)确定所要分析的频域带宽BWlst/2
[0015](1.2)根据上述感兴趣的机床结构的频带BWlst/2、所使用的刀具直径D以及主轴的平均转速η利用下式计算出凸台的平均宽度^:
【权利要求】
1.一种基于切削渐变凸台工件的机床激励方法，通过利用刀齿对宽度渐变的凸台型工件进行切削，从而产生脉宽渐变的脉冲力序列以激励机床，其特征在于，该方法包括: (1)确定工件凸台的渐变宽度，包括窄端宽度anw和大端宽度abw； (2)确定工件凸凸台的长度B1 (3)根据上述长度和宽度参数加工出凸台工件； (4)根据机床刀齿的转速n，进给量af以及背吃刀量ap，利用刀齿对凸台工件进行切削，从而产生脉冲宽度和幅值都逐渐增大的脉冲切削力，对机床结构施加脉冲激励信号，实现激励机床。
2.根据权利要求1所述的一种基于切削渐变凸台工件的机床激励方法，其中，所述步骤(I)中，具体包括: (1.D确定所要分析的频域带宽BWlst/2 (1.2)根据上述感兴趣的机床结构的频带BWlst/2、所使用的刀具直径D以及主轴的平均转速η利用下式计算出凸台的平均宽度<^:
(1.3)根据平均宽度确定窄端宽度anw和大端宽度abw，使得:
3.根据权利要求1或2所述的一种基于切削渐变凸台工件的机床激励方法，其中，上述步骤(2)具体包括: (2.1)确定需要的脉冲激励数，即刀齿和凸台发生碰撞的次数M ; (2.2)由下式计算凸台长度a1:
其中N为刀具的刀齿数，af为进给量。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于切削渐变凸台工件的机床激励方法，其中，所述凸台工件为宽度沿进给方向渐变的凸台。
【文档编号】G05B19/18GK104133418SQ201410339456
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】李斌, 毛新勇, 蔡辉, 闫睿智, 罗博, 张译寒, 刘响球, 潘大为, 彭芳瑜 申请人:华中科技大学