一种基于切削凸点工件的机床激励方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于切削表面有凸点的工件的机床激励方法，通过利用刀具对表面具有凸块的工件进行切削，从而产生单脉冲激励力以激励机床，该方法包括：(1)确定工件表面凸点的宽度aw，(2)确定凸点在进给方向的长度al；(3)根据长度和宽度参数加工出具有凸点的工件；(4)确定主轴转速n，进给量af以及背吃刀量ap，利用刀具对工件凸点进行切削，从而产生单脉冲切削力，对基础结构施加激励信号，实现激励机床。本发明的方法可以在无需外加激励条件下，通过切削凸点产生单脉冲切削力即可完成对机床结构的激振，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】一种基于切削凸点工件的机床激励方法
【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表面有凸点的 工件，从而产生单脉冲激励力以激励机床的方法。该方法通过设计凸点的长度，实现刀齿和 凸点一次碰撞产生单脉冲激励力；通过设计凸点的宽度和转速调节激励的有效激励频带和 激励能量，从而实现需要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] -种基于切削表面有凸点的工件的机床激励方法，通过利用刀具对表面具有凸块 的工件进行切削，从而产生单脉冲激励力以激励机床，其特征在于，该方法包括：
[0009] (1)确定工件表面凸点在垂直进给方向上的宽度aw，
[0010] (2)确定所述凸点在进给方向的长度ai ;
[0011] (3)根据上述长度和宽度参数加工出具有上述凸点的工件；
[0012] (4)确定主轴转速n，进给量af以及背吃刀量ap，利用刀具对所述工件凸点进行切 肖IJ，从而产生单脉冲切削力，对基础结构施加激励信号，实现激励机床。
[0013] 作为本发明的改进，上述步骤（1)中，具体包括：
[0014] (1. 1)确定所感兴趣的机床频带BWlst/2 ;
[0015] (1. 2)确定所使用的刀具直径D以及主轴的平均转速η ;
[0016] (1.3)根据上述机床频带BWlst/2、所使用的刀具直径D以及主轴的平均转速η，利 用下式计算出凸点宽度
[0017]
【权利要求】
1. 一种基于切削表面有凸点的工件的机床激励方法，通过利用刀具对表面具有凸块的 工件进行切削，从而产生单脉冲激励力以激励机床，其特征在于，该方法包括： (1) 确定工件表面凸点在垂直进给方向上的宽度aw， (2) 确定所述凸点在进给方向的长度& ; (3) 根据上述长度和宽度参数加工出具有上述凸点的工件； (4) 确定主轴转速n，进给量af以及背吃刀量ap，利用刀具对所述工件凸点进行切削， 从而产生单脉冲切削力，对基础结构施加激励信号，实现激励机床。
2. 根据权利要求1所述的一种基于切削表面有凸点的工件的机床激励方法，其中，上 述步骤（1)中，具体包括： (1. 1)确定所感兴趣的机床频带BWlst/2 ; (1. 2)确定所使用的刀具直径D以及主轴的平均转速η ; (1. 3)根据上述机床频带BWlst/2、所使用的刀具直径D以及主轴的平均转速η，利用下 式计算出凸点宽度aw: 一 πη?) ?_ 60BWU/
3. 根据权利要求1或2所述的一种基于切削表面有凸点的工件的机床激励方法，其中， 上述步骤（2)中，具体包括： (2.1)首先，根据切削转速η计算刀具转动一周的时间At: Λ 60 At^ - η (2. 2)确定进给量af及刀具的齿数Ν (2.3)根据所述刀具转动一周的时间At、进给量af及刀具的齿数Ν，计算凸点长度ai _ a! Δ? _ a, am O
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于切削表面有凸点的工件的机床激励方 法，其中，所述工件表面的凸点为多个，所述单脉冲切削力通过分别切削上述多个凸点而产 生。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于切削表面有凸点的工件的机床激励方 法，其中，所述凸点为立方体型的凸块。
【文档编号】G01M99/00GK104122106SQ201410339469
【公开日】2014年10月29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