一种基于应变片的机床频响函数获取方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于应变片的机床频响函数获取方法及系统，属于机械装备结构动力学分析技术领域，本发明专利技术利用应变片获取机床在振动过程中发生的形变，根据应变片的形变与机床所受激励力的映射关系获取机床所受激励力，结合机床响应信号获取机床频响函数。本发明专利技术不需要对机床进行停机测量，允许机床在运行过程中实时获取机床结构状态的频响函数，测量过程中不需要人为干预，弥补了传统环境激励方法固有的难以获得归一化模态参数的缺陷，从而获取准确的频响函数，且本发明专利技术可以实时监控机床的动态特性，准确性较高。准确性较高。准确性较高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于应变片的机床频响函数获取方法及系统


[0001]本专利技术属于机械装备结构动力学分析
，更具体地，涉及一种基于应变片的机床频响函数获取方法及系统。

技术介绍

[0002]随着科技与经济的快速发展，机械设备越来越向着复杂化、精密化、智能化发展，这对机床高速加工，高精度加工及加工可靠性有了更高的要求。获取机床频响函数，研究机床在加工过程中的结构动力学特性，为提高机床的加工精度及加工效率具有重要的意义。
[0003]目前获取机床频响函数的方法主要包括锤击测试方法及工作模态分析方法两种；其中，锤击测试方法需要人为对机床施加激励，这使得机床结构本体刚度特性的获取难度大，测量成本高，对于大型机床，人为激励难以激发机床结构的整体动力学特性。此外，由于机床处于停机状态及运行状态下，其结构本体刚度特性差异较大，直接采用机床处于停机状态下所获取的频响函数表征运行状态下的结构本体刚度特性，无疑增大了测量的系统误差。而工作模态分析方法通常采用环境激励激发机床的各阶模态；但是由于环境激励力信息的缺失，所获取的机床频响函数在幅值上有成比例的放缩，所获取的频响函数不准确。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于应变片的机床频响函数获取方法及系统，用以解决现有技术所获取的机床频响函数准确性较低的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于应变片的机床频响函数获取方法，包括：
[0006]基于机床工作台的运动激励或切削激励对机床进行工作模态分析，获取机床上每一个应变片位置处的振动响应，并采集机床上每一个应变片在每一时刻下的电阻相对变化量；
[0007]将每一个电阻相对变化量映射为机床在对应应变片位置处的形变量，进而得到机床在该位置处的激励力信号；
[0008]基于机床上每一个应变片位置处的振动响应和机床在对应位置处的激励力信号，得到机床上每一个应变片位置处的频响函数。
[0009]进一步优选地，机床上设置的应变片数量及分布满足：激励力信号的采样频率大于2倍的机床结构模态的最高频率。
[0010]进一步优选地，应变片均匀分布在机床结构上，且满足相邻两个应变片之间的距离d为机床结构模态的最高频率对应波长的1/6；应变片数量大于机床结构长度/d；
[0011]其中，当待测机床频响函数为机床整体的频响函数时，机床结构为机床整体；当待测机床频响函数为机床上某一部件的频响函数时，机床结构为该机床部件。
[0012]进一步优选地，机床在某一应变片位置P处的激励力信号为：
[0013][0014]其中，ΔR(t)/R为位置P处的应变片在时刻t下的电阻相对变化量；E为机床的弹性模量；A为机床在位置P处的截面面积；K为位置P处的应变片的灵敏系数。
[0015]进一步优选地，机床上位置P处的频响函数为：
[0016][0017]其中，X(ω)为机床上位置P处的振动响应；FT[
·
]表示傅里叶变换。
[0018]进一步优选地，在各应变片位置处放置加速度传感器，通过机床电控系统控制机床工作台进行随机运动或切削动作，以对机床实施激励，通过加速度传感器收集机床上每一个应变片位置处的振动信号，并对振动信号进行工作模态分析，获取机床上每一个应变片位置处的振动响应。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种基于应变片的机床频响函数获取系统，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行本专利技术第一方面所提供的机床频响函数获取方法。
[0020]第三方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行本专利技术第一方面所提供的机床频响函数获取方法。
[0021]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0022]1、本专利技术提供了一种基于应变片的机床频响函数获取方法，利用应变片获取机床在振动过程中发生的形变，根据应变片的形变与机床所受激励力的映射关系获取机床所受激励力，结合机床响应信号获取机床频响函数。本专利技术不需要对机床进行停机测量，允许机床在运行过程中实时获取机床结构状态的频响函数，测量过程中不需要人为干预，弥补了传统环境激励方法固有的难以获得归一化模态参数的缺陷，从而获取准确的频响函数，且本专利技术可以实时监控机床的动态特性，准确性较高。
[0023]2、进一步地，本专利技术所提供的机床频响函数获取方法，应变片均匀分布在机床结构上，且满足相邻两个应变片之间的距离d为机床结构模态的最高频率对应波长的1/6；应变片数量大于机床结构长度/d；根据香农定理的布点原则，满足数控机床振型识别的要求，从而能够进一步获取固有频率准确的频响函数。
[0024]3、进一步地，相较之现有获取机床结构本体刚度特性的锤击实验测试方法，本专利技术所提供的机床频响函数获取方法，具有在机床频响函数获取过程中无需额外施加激励，无需人为干预的优点，节省了机床结构本体刚度特性获取的经济成本与时间成本。
[0025]4、进一步地，相较之现有获取机床结构本体刚度特性的工作模态分析方法，本专利技术解决了工作模态分析中由于缺少激励力信息导致所获取的模态参数无法进行归一化的固有缺陷，实现了在机床运行状态下自动获取机床频响函数，为实时监测机床动态特性，维护机床正常运行加工有指导意义。
[0026]5、进一步地，较之现有的获取机床结构本体刚度特性的锤击实验方法，本专利技术能够随着机床部件的变化实时跟随测量机床的频响函数，具有能够遍历机床工作空间内频响
函数的优点，无需在机床部件变化后重新布置实验设施，也无需离散机床工作空间逐一进行频响函数获取，达到自动获取高维工作空间内频响函数的目的。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例1提供的基于应变片的机床频响函数获取方法流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例1提供的机床自激励示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例1提供的在机床结构上布置应变片的方式。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031]实施例1
[0032]一种基于应变片的机床频响函数获取方法，如图1所示，包括：
[0033]S1、基于机床工作台的运动激励或切削激励对机床进行工作模态分析，获取机床上每一个应变片位置处的振动响应，并采集机床上每一个应变片在每一时刻下的电阻相对变化量；
[0034]具体地，如图2所示，在待测机床上的各应变片位置处放置进行模态试验的加速度传感器，利用机床工作台的运动对机床进行自激励本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于应变片的机床频响函数获取方法，其特征在于，包括：基于机床工作台的运动激励或切削激励对机床进行工作模态分析，获取机床上每一个应变片位置处的振动响应，并采集机床上每一个应变片在每一时刻下的电阻相对变化量；将每一个电阻相对变化量映射为机床在对应应变片位置处的形变量，进而得到机床在该位置处的激励力信号；基于机床上每一个应变片位置处的振动响应和机床在对应位置处的激励力信号，得到机床上每一个应变片位置处的频响函数。2.根据权利要求1所述的机床频响函数获取方法，其特征在于，机床上设置的应变片数量及分布满足：激励力信号的采样频率大于2倍的机床结构模态的最高频率。3.根据权利要求2所述的机床频响函数获取方法，其特征在于，应变片均匀分布在机床结构上，且满足相邻两个应变片之间的距离d为机床结构模态的最高频率对应波长的1/6；应变片数量大于机床结构长度/d；其中，当待测机床频响函数为机床整体的频响函数时，机床结构为机床整体；当待测机床频响函数为机床上某一部件的频响函数时，机床结构为该机床部件。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的机床频响函数获取方法，其特征在于，机床在某一应变片位置P处的激励力信号为：其中，ΔR(t)/R为位置P处的应变片在时...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛新勇，罗文龙，郭秋爽，卫倩，陈正龙，唐小卫，彭芳瑜，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：