關(guān)于立式加工中心動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)研究
1基于模態(tài)試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)特性分析1.1試驗(yàn)方案模態(tài)試驗(yàn)是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的有效手段之一[1]，合理的試驗(yàn)方案有助于模態(tài)試驗(yàn)的開展,。因此,，對(duì) KVC800立式加工中心進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)時(shí)，首先需要確定出較為合適試驗(yàn)方案,。該加工中心結(jié)構(gòu)主要由工作 臺(tái)、床身,、立柱,、主軸箱等組成，工作臺(tái)作縱向進(jìn)給,，床鞍作橫向進(jìn)給,，主軸箱作垂向進(jìn)給運(yùn)動(dòng),，三個(gè)進(jìn) 給方向?qū)к壘鶠榫匦螌?dǎo)軌，電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠通過(guò)導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng),。試驗(yàn)過(guò)程中采用采用單點(diǎn)激 勵(lì)多點(diǎn)響應(yīng)開展模態(tài)測(cè)試,，根據(jù)KVC800立式加工中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)Ansys有限元模態(tài)分析,，獲取加 工中心的主要振型,，以此為依據(jù)，確定激振點(diǎn)與響應(yīng)點(diǎn)的布置方案,。工作臺(tái)激勵(lì)點(diǎn)布置在其振型較大的四個(gè)角點(diǎn)中任一角點(diǎn)附近,；床身激勵(lì)點(diǎn)則布置在其振型變化大的上 半部分右側(cè)面；立柱部分激勵(lì)點(diǎn)施加在其振型變化明顯的上右側(cè)面,；主軸箱部分由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),，將激勵(lì) 點(diǎn)布置在有較明顯振動(dòng)的底部主軸的圓柱面上。以有限元分析結(jié)果為指導(dǎo),，并考慮加速度傳感器以及數(shù)據(jù)采集通道的數(shù)量來(lái)布置響應(yīng)點(diǎn),，避免大量試 驗(yàn)的盲目性。工作臺(tái)響應(yīng)點(diǎn)主要布置在其上表面的四個(gè)頂點(diǎn)處,；基于響應(yīng)點(diǎn)不布置在對(duì)稱面的原則,，床身 響應(yīng)點(diǎn)則分布在其右側(cè)面的四個(gè)頂點(diǎn)以及前面上端的兩頂點(diǎn)處；立柱響應(yīng)點(diǎn)主要分布在右側(cè)面四角點(diǎn)和頂 部?jī)牲c(diǎn),；考慮到主軸箱屬于薄壁結(jié)構(gòu),，它的響應(yīng)點(diǎn)則布置在下端主軸的兩個(gè)圓柱面上，空間呈90°夾角來(lái) 布置兩測(cè)點(diǎn),。1.2測(cè)試系統(tǒng)采用丹麥B&K測(cè)試系統(tǒng)開展模態(tài)測(cè)試,。整個(gè)模態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)如圖1所示，主要由激勵(lì)系統(tǒng),、數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng),、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成。圖1模態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)試驗(yàn)中的激勵(lì)系統(tǒng)通過(guò)8206-002型脈沖力錘(圖2a)施加激勵(lì),，該型號(hào)的力錘承受的壓力范圍為 0?2200N,。根據(jù)測(cè)試需求，力錘可選用不同的錘頭,，力錘錘頭匹配數(shù)據(jù)表如表1所示,。由于KVC800立式 加工中心主軸的工作轉(zhuǎn)頻范圍為10~6000r/min，試驗(yàn)過(guò)程中關(guān)注100Hz以內(nèi)的固有頻率,，因而選用橡膠錘 頭,，并且安裝配重，以產(chǎn)生比較大的沖擊力從而激發(fā)出更多模態(tài)，使能量分散在比較寬頻率范圍內(nèi)[2],。 表1力錘錘頭匹配數(shù)據(jù)表 錘頭材質(zhì) 頻率范圍 脈沖時(shí)間 壓力范圍 鐵 0?7kHz 0.20ms 500~5000N 塑料 0?2kHz 0.57ms 300~1000N 橡膠 0?500Hz 2.7ms 100~700N 為了獲得各個(gè)方向的完整模態(tài)信息,，每個(gè)響應(yīng)點(diǎn)布置三個(gè)方向的加速度傳感器，由自制底座將3個(gè)單 向傳感器組合而成(如圖2b),。試驗(yàn)中由力傳感器和加速度傳感器測(cè)得信號(hào)經(jīng)過(guò)丹麥BK數(shù)據(jù)采集器(如圖2c) 和MTC Hammer模態(tài)測(cè)試軟件采集和儲(chǔ)存，再由Reflex模態(tài)分析軟件進(jìn)行模態(tài)分析,。1.3參數(shù)設(shè)置測(cè)試過(guò)程中,，首先設(shè)置好采集通道中的力錘激勵(lì)力信號(hào)以及加速度響應(yīng)信號(hào)，在軟件中按比例建立好 加工中心各部件的簡(jiǎn)化模型,，完成激勵(lì)點(diǎn),、響應(yīng)點(diǎn)位置和方向的選擇。還需確定以下各參數(shù)來(lái)完成試驗(yàn),， 并確保試驗(yàn)質(zhì)量,。1) 分析頻率許多文獻(xiàn)指出，機(jī)床的前幾階模態(tài)主要集中在低頻階段,，且基本上決定了整機(jī)的動(dòng)態(tài)特性[4-5],。影響加 工中心性能的頻率范圍主要是低頻段，本文主要關(guān)注100Hz以內(nèi)的頻段,，故設(shè)定的分析頻段為0?100Hz,。2) 米樣頻率根據(jù)采樣定理，采樣頻率必須大于信號(hào)的最高分析頻率的兩倍,，方可保證離散信號(hào)能惟一恢復(fù)到原連 續(xù)信號(hào)而不失真[6],，實(shí)際測(cè)試中常常將采樣頻率略為放大。本次測(cè)試采樣頻率為2048Hz,。3) 平均次數(shù)為了減少噪聲干擾,，提高頻譜分析的精度，試驗(yàn)采用多次敲擊,，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行平均化處理來(lái)計(jì)算頻 響函數(shù),，試驗(yàn)中平均次數(shù)設(shè)置為5次。4) 力錘觸發(fā)設(shè)置設(shè)置合理的觸發(fā)方式對(duì)于瞬態(tài)信號(hào)的捕獲有很大的作用,。根據(jù)表1所提供的力錘匹配數(shù)據(jù),，對(duì)應(yīng)的添 加附加質(zhì)量的橡膠錘頭，激勵(lì)力應(yīng)設(shè)置在100?700N之間,，結(jié)合操作者力度的大小,，以及試驗(yàn)中多次的試 敲，將120N設(shè)置為其激勵(lì)力閾值,，當(dāng)力錘敲擊力大小超過(guò)120N時(shí)產(chǎn)生激勵(lì)力,。5) 窗函數(shù)選取分析處理響應(yīng)信號(hào)時(shí)需要截?cái)嘈盘?hào)，往往易帶來(lái)截?cái)嗾`差，截取的有限長(zhǎng)信號(hào)不能完全反應(yīng)出原信號(hào) 的頻率特性,，所以需要添加窗函數(shù)來(lái)減小誤差[7],。由于力的持續(xù)時(shí)間短，在其后的剩余時(shí)間,，任何噪聲都 是不希望的,，所以激勵(lì)信號(hào)加力窗以減小噪聲的影響，響應(yīng)信號(hào)加指數(shù)窗以減小泄漏誤差,。1.4結(jié)果分析 采用頻域總體曲線擬合法對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別[8-9],，加工中心工作臺(tái)、床身,、立柱以及主軸箱四個(gè) 部分的模態(tài)分析結(jié)果見圖3,。 2 基于升速過(guò)程瀑布圖的動(dòng)態(tài)特性分析及對(duì)比驗(yàn)證 手動(dòng)開啟精工加工中心至最高轉(zhuǎn)速，試驗(yàn)過(guò)程中主軸最高轉(zhuǎn)速設(shè)置為5500r/min,，利用B&K測(cè)試系統(tǒng)的 Labshop數(shù)據(jù)采集與分析模塊對(duì)整個(gè)升速過(guò)程的振動(dòng)信號(hào)予以記錄,，并進(jìn)行了瀑布圖分析，瀑布圖中的突變點(diǎn)反映了加工中心的各階固有頻率[10],。在加工中心工作臺(tái),、床身、立柱以及主軸箱分別測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)分析所得瀑布圖,，如圖4所示,。從模態(tài)圖與瀑布圖中篩選相互對(duì)應(yīng)的模態(tài)頻率并加以對(duì)比，如表2所示,。 表2模態(tài)試驗(yàn)與升速瀑布圖所得模態(tài)頻率對(duì)比(單位：Hz) 模態(tài)試驗(yàn) 升速瀑布圖 誤差率/°% 46.43 50 7.14 丄坐口 _ 67.25 64 5.08 52.62 50 5.24 床身 " 60.88 64 4.88 48.80 50 2.4 立仕 ■ 67.36 64 5.25 47.69 50 4.42 土軸相 62.92 64 1.69 由表2可知,，50Hz和64Hz為整機(jī)的固有模態(tài)，在實(shí)際加工工件過(guò)程中,，應(yīng)盡量避免50Hz及64Hz的工作轉(zhuǎn)頻,，即3000r/min和3840r/min的主軸工作轉(zhuǎn)速。3結(jié)論1) 利用丹麥B&K測(cè)試系統(tǒng),，采用單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)響應(yīng),，對(duì)KVC800立式加工中心主要部件工作臺(tái)、床 身,、立柱和主軸箱開展了模態(tài)測(cè)試,，從試驗(yàn)方案、測(cè)試系統(tǒng),、參數(shù)設(shè)置和結(jié)果分析幾方面探討了試驗(yàn)過(guò)程的開展,，獲取了各主要部件的模態(tài)參數(shù)。2) 利用B&K測(cè)試系統(tǒng)對(duì)加工中心整個(gè)升速過(guò)程的振動(dòng)信號(hào)予以記錄,，并進(jìn)行了瀑布圖分析,，并從中 獲取模態(tài)信息，與試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。3) 通過(guò)模態(tài)測(cè)試分析與升速過(guò)程瀑布圖分析,，獲知50Hz和64Hz為加工中心整機(jī)固有頻率,，實(shí)際使 用過(guò)程中應(yīng)避開3000r/min和3840r/min的主軸工作轉(zhuǎn)速，為加工中心的優(yōu)化運(yùn)行提供了可靠依據(jù),。本文由海天精工整理發(fā)表文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考,，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！