隨著測試儀器、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)的飛速發(fā)展,，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中，功能強(qiáng)大 的以計(jì)算機(jī)為主體的試驗(yàn)分析系統(tǒng)逐步取代了依賴于專用信號(hào)分析儀的傳統(tǒng)的試 驗(yàn)分析系統(tǒng),，且功能更強(qiáng)大、靈活,。為以計(jì)算機(jī)為主體結(jié)構(gòu)的模態(tài)特性試驗(yàn)分析 系統(tǒng)硬件,，如圖3.2所示，主要有以下三個(gè)分系統(tǒng)組成
理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法把機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元理論模態(tài)分析的正過程和試驗(yàn)?zāi)?態(tài)分析的逆過程有機(jī)地結(jié)合起來,，并根據(jù)實(shí)際需要交替反復(fù)應(yīng)用,，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī) 械結(jié)構(gòu)的動(dòng)力修改至動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的全過程，以求得系統(tǒng)最優(yōu)的數(shù)學(xué)模型及其最 優(yōu)的動(dòng)態(tài)特性模態(tài)分析,，稱為理論——試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,。該方法進(jìn)一步擴(kuò)大了前兩 種方法工程應(yīng)用的范圍并顯著提高其工程應(yīng)用的效果，己成為目前的發(fā)展方向,。
本論文以1060型立式加工中心進(jìn)行研究,，該加工中心為立式床身式結(jié)構(gòu)，進(jìn)給軸為X,、Y,、Z三座標(biāo)控制， ******快移速度達(dá)20m/min(Z軸：15m/min);主軸為伺服電機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng),，功率為 7.5/11Kw,，最高轉(zhuǎn)速達(dá)8000rpm;采用臺(tái)灣進(jìn)口上銀雙螺母預(yù)壓C3級(jí)滾珠絲杠和 重載精密滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，絲杠兩端采用預(yù)拉伸機(jī)構(gòu),，大大消除了熱變形對(duì)機(jī)床精 度的影響,，機(jī)床定位精度達(dá)±0.0〇5mm，重復(fù)定位精度達(dá)±0.003mm;采用進(jìn)口臺(tái) 灣刀庫,，容量16-24把可選，換刀準(zhǔn)確可靠,，最快換刀時(shí)間小于2.5秒,；機(jī)床數(shù) 控操作系統(tǒng)可以客戶自選，機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種盤類,、板類,、殼體,、凸輪、模具 等復(fù)雜零件一次裝夾,，完成鉆,、銑、鏜,、擴(kuò),、鉸、攻絲等多種工序加工,，適合于 多品種,、中小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，對(duì)復(fù)雜,、高精度零件的加工更能顯示其優(yōu)越性,； 機(jī)床如配置第四、五軸,，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜回轉(zhuǎn)類零件的高效,、高精自動(dòng)化加工。機(jī) 床適合航空航天,、軍工國防,、汽車摩托車、工程機(jī)械,、制冷石化,、機(jī)車車輛等行 業(yè)的中小型零件的高效、高精自動(dòng)化加工,。
模態(tài)分析理論是一門融振動(dòng)理論,、信號(hào)分析、數(shù)據(jù)處理,、數(shù)理統(tǒng)計(jì)及自動(dòng)控 制理論于一體的綜合,，并結(jié)合自身內(nèi)容的發(fā)展，形成的一套獨(dú)特的理論,。模態(tài)分 析實(shí)質(zhì)上是一種坐標(biāo)變換[22][23]t24][25],。其目的在于把原物理坐標(biāo)系統(tǒng)中描述的相應(yīng) 向量轉(zhuǎn)換到“模態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)”中來描述。在物理坐標(biāo)系統(tǒng)中,，彈性力和阻尼力往 往和兩座標(biāo)的相對(duì)位移與相對(duì)速度有關(guān),，即對(duì)應(yīng)的矩陣為非對(duì)角陣，對(duì)于有成千 上萬自由度的系統(tǒng),，解非對(duì)角陣（或耦合方程）既費(fèi)時(shí)又會(huì)產(chǎn)生很大誤差,。向量 并不一定正交，而模態(tài)坐標(biāo)中的正交向量能更好地反映結(jié)構(gòu)特性,。模態(tài)試驗(yàn)就是 通過對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析尋求其“模態(tài)參數(shù)”的,。主要應(yīng)用有：
這是試驗(yàn)?zāi)B(tài)的關(guān)鍵一步,，所測量得到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性直接影響到 模態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果。在某一激振力的作用下被測系統(tǒng)一旦被激振起來,，就可以通過 測試儀器測量得到激振力或響應(yīng)的時(shí)域信號(hào),，通過數(shù)學(xué)手段將其轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)， 就可以得到系統(tǒng)頻響函數(shù)的平均估計(jì),，在某些情況下不要求計(jì)算頻響函數(shù),，只需 要時(shí)間歷程就可以了。
由于試驗(yàn)條件的關(guān)系,，本文采用頻域識(shí)別的方法對(duì)機(jī)床的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別,， 下面簡單介紹在頻域中的一些模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法。分量分析法就是將頻響函數(shù)分成實(shí)部和虛部分量進(jìn)行分析,，式(2-15)是基本 公式,，它是一種圖解法，即從曲線上直接找出有關(guān)參數(shù),。
本章簡單介紹了模態(tài)試驗(yàn)的相關(guān)理論和模態(tài)分析的基本步驟,，包括模態(tài)分析 理論與試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析理論，揭示了傳遞函數(shù)與模態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系,。重點(diǎn)介紹了 從傳遞函數(shù)到得到模態(tài)參數(shù)的識(shí)別過程的理論基礎(chǔ),。
本章從試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的整體觀點(diǎn)出發(fā)，先討論了激勵(lì)系統(tǒng),、力傳感器和運(yùn)動(dòng) 傳感器,、測試與分析系統(tǒng)以及具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)的一些基本問題。不同的測試與分析 系統(tǒng),，它們?cè)谛阅?、靈活性、大小和價(jià)格等方面是有區(qū)別的,，需要試驗(yàn)設(shè)計(jì)者根 據(jù)不同的需要進(jìn)行選取,。在確定了模態(tài)分析與測試系統(tǒng)后，設(shè)計(jì)模態(tài)分析試驗(yàn)時(shí),，試驗(yàn)工程師應(yīng)當(dāng)利用盡可能多的信息,。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，傳遞函數(shù)的測試這一部 分主要討論了正確選擇響應(yīng)點(diǎn)和激勵(lì)點(diǎn)的一些理論和方法;信號(hào)采集過程中的一 些參數(shù)設(shè)置,，以及針對(duì)不同試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的頻段選取,。本章的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)為后 面具體的機(jī)床模態(tài)試驗(yàn)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法可以分為頻響函數(shù)法（簡稱測力法）和環(huán)境激勵(lì)法（簡稱 不測力法）兩種,，所謂測力法就是在試驗(yàn)過程中需要同時(shí)測量激勵(lì)力和響應(yīng)的方 法,。經(jīng)典的測力法是利用頻域的頻響函數(shù)（FRF)或時(shí)域的脈沖響應(yīng)函數(shù)（IRF) 對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。頻響函數(shù)是響應(yīng)和力的傅里葉變換之比,，而脈沖響應(yīng)函數(shù) 也要先測得頻響函數(shù)然后經(jīng)傅里葉逆變換（IFFT)獲得,。因此，測力法必須利用 帶測力計(jì)的激振器或力錘施加可測量的激勵(lì)力,。測力法可以估計(jì)所有的模態(tài)參數(shù),， 包括固有頻率、模態(tài)振型,、模態(tài)阻尼或阻尼比,、模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度，而且精度 較高,。
模態(tài)試驗(yàn)中,，試驗(yàn)夾具和支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證相當(dāng)重要。當(dāng)發(fā)現(xiàn)夾具和支 承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)所試驗(yàn)結(jié)構(gòu)有明顯影響時(shí),，應(yīng)將試驗(yàn)對(duì)象連同夾具一起作為 整體進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,。隨著試驗(yàn)對(duì)象結(jié)構(gòu)愈來愈大，要設(shè)計(jì)一個(gè)具有理想界面或與 試驗(yàn)對(duì)象藕合較小的夾具也愈來愈困難,，費(fèi)用也相當(dāng)昂貴,，有的需從試驗(yàn)方法(如 慣性質(zhì)量界面和殘余柔度)去解決這些矛盾。