本發(fā)明涉及模態(tài)測(cè)試，具體涉及一種基于數(shù)控機(jī)床自激勵(lì)的模態(tài)測(cè)試方法及測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備。航空航天的大部分零件都需要使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，并且具有非常高的精度和穩(wěn)定性要求。對(duì)航空航天數(shù)控加工廠而言，模態(tài)測(cè)試經(jīng)常是必不可少的環(huán)節(jié)。一方面，在數(shù)控機(jī)床的使用過程中，受機(jī)床本身的材料和結(jié)構(gòu)的影響，需要定期對(duì)機(jī)床進(jìn)行模態(tài)測(cè)試，包括機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的模態(tài)與機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的模態(tài)。另一方面，航空航天數(shù)控加工廠所加工的零件大多為鋼、鋁及鈦合金薄壁件，出于了解薄壁件的振動(dòng)特性以持續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)與加工工藝，以及檢驗(yàn)零件加工結(jié)果是否滿足設(shè)計(jì)要求的目的，需要頻繁的對(duì)零件進(jìn)行模態(tài)測(cè)試。

2、中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)，公開號(hào)cn109531270a，發(fā)明名稱“基于內(nèi)置傳感器的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的模態(tài)測(cè)試方法”，公開了一種模態(tài)測(cè)試方法，其中設(shè)置激振器，用于向機(jī)床發(fā)出測(cè)試信號(hào)。其中需要使用激振器向機(jī)床提供激振力，然而激振器的成本高昂，安裝時(shí)需要將設(shè)備停機(jī)，影響正常運(yùn)行。

3、中國(guó)實(shí)用新型專利，公告號(hào)cn?202010918u，實(shí)用新型名稱“一種數(shù)控機(jī)床扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài)的測(cè)量裝置”，公開了一種模態(tài)測(cè)試裝置，其中公開了使用高分辯率旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在滾珠絲杠上，測(cè)量滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)角速度。因此，僅能計(jì)算機(jī)床的滾珠絲杠的模態(tài)參數(shù)。

4、現(xiàn)有的模態(tài)測(cè)試方法中需要使用激振器，而激振器價(jià)格昂貴、安裝不便，且需要機(jī)床進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)以進(jìn)行機(jī)床的模態(tài)測(cè)試。此外，使用激振器作為激振源會(huì)增加外力損壞機(jī)床的風(fēng)險(xiǎn)。

5、因此，當(dāng)前在航空航天數(shù)控加工等精密和復(fù)雜的加工領(lǐng)域，存在著對(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)模態(tài)、進(jìn)給系統(tǒng)模態(tài)與工件模態(tài)三者進(jìn)行測(cè)試的更加簡(jiǎn)便、測(cè)試成本更低的方法的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種基于數(shù)控機(jī)床自激勵(lì)的模態(tài)測(cè)試方法。

2、本發(fā)明可以使用統(tǒng)一的測(cè)試方法和數(shù)據(jù)處理方法，完成對(duì)機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)模態(tài)、進(jìn)給系統(tǒng)模態(tài)與工件模態(tài)的測(cè)試，避免使用昂貴的激振器設(shè)備，降低了對(duì)技術(shù)人員的要求，且測(cè)試方便、測(cè)試過程不需機(jī)床停機(jī)。

3、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種基于數(shù)控機(jī)床自激勵(lì)的模態(tài)測(cè)試方法，包括以下步驟：

4、步驟s0，構(gòu)建模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，該模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)包括激勵(lì)信號(hào)選擇模塊、數(shù)控系統(tǒng)通訊接口模塊和數(shù)據(jù)分析處理模塊；

5、步驟s1，根據(jù)數(shù)控機(jī)床上的測(cè)量對(duì)象的類型，規(guī)劃加速度傳感器粘貼部位，并粘貼加速度傳感器，且將加速度傳感器的測(cè)量信號(hào)接入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)的模擬量采集模塊，由數(shù)控系統(tǒng)對(duì)加速度傳感器的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

6、步驟s2：在模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)中設(shè)置掃頻參數(shù)，開始掃頻，并由數(shù)控系統(tǒng)同步采集掃頻的指令速度信號(hào)，以及所有加速度傳感器的響應(yīng)加速度數(shù)據(jù)；

7、步驟s3：模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)從數(shù)控系統(tǒng)獲取本次掃頻的指令速度信號(hào)與響應(yīng)加速度數(shù)據(jù)，并對(duì)響應(yīng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分處理，得到速度響應(yīng)數(shù)據(jù)；

8、步驟s4，模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)速度響應(yīng)數(shù)據(jù)與指令速度信號(hào)，計(jì)算互功率密度譜與自功率密度譜，并計(jì)算繪制測(cè)量對(duì)象的伯德圖，獲得測(cè)量對(duì)象的模態(tài)參數(shù)。

9、可選地，所述步驟s1具體地包括以下步驟：

10、步驟s1.1，對(duì)數(shù)控機(jī)床上的測(cè)量對(duì)象的類型進(jìn)行判斷，判斷其是屬于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)、機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)以及工件中的哪一種類型，得到該測(cè)量對(duì)象的類型作為判斷結(jié)果；

11、步驟s1.2，根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行加速度傳感器粘貼，其中若測(cè)量對(duì)象的類型為機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，則將加速度傳感器粘貼于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的末端的工作臺(tái)，若為機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)，則將加速度傳感器粘貼于該機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的表面，若為工件，則將加速度傳感器粘貼于裝夾于機(jī)床的工件表面；

12、步驟s1.3，設(shè)置所粘貼的加速度傳感器，將加速度傳感器的測(cè)量信號(hào)接入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中的模擬量采集模塊，由模擬量采集模塊對(duì)加速度傳感器的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

13、可選地，所述步驟s2具體地包括以下步驟：

14、步驟s2.1，模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)選擇模塊根據(jù)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)支持的信號(hào)類型，從線性掃頻、階梯掃頻和對(duì)數(shù)掃頻中選擇一種掃頻信號(hào)類型，并相應(yīng)地設(shè)置包括掃頻速率和掃頻范圍的掃頻參數(shù)；

15、步驟s2.2，激勵(lì)信號(hào)選擇模塊根據(jù)設(shè)置的掃頻參數(shù)與數(shù)控系統(tǒng)支持的信號(hào)類型，生成掃頻所需的g代碼作為激勵(lì)指令，并由數(shù)控系統(tǒng)通訊接口模塊將該作為激勵(lì)指令的g代碼下發(fā)至數(shù)控系統(tǒng)；

16、步驟s2.3，自激勵(lì)掃頻，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)接收到的g代碼，生成掃頻速度指令，并驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，開始掃頻；

17、步驟s2.4，加速度傳感器感應(yīng)并獲得測(cè)量對(duì)象的響應(yīng)加速度數(shù)據(jù)，數(shù)控系統(tǒng)從加速度傳感器獲得響應(yīng)加速度數(shù)據(jù)，以及根據(jù)掃頻速度指令獲得指令速度信號(hào)。

18、可選地，所述步驟s3具體地包括以下步驟：

19、步驟s3.1，模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)通訊接口模塊從數(shù)控系統(tǒng)獲得本次掃頻的指令速度信號(hào)和響應(yīng)加速度數(shù)據(jù)，并傳送至數(shù)據(jù)分析處理模塊；

20、步驟s3.2，量綱統(tǒng)一處理，數(shù)據(jù)分析處理模塊對(duì)接收到的響應(yīng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分處理，得到速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，從而與指令速度信號(hào)的量綱統(tǒng)一。

21、可選地，所述步驟s4具體地包括以下步驟：

22、步驟s4.1，模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理模塊對(duì)速度響應(yīng)數(shù)據(jù)和指令速度信號(hào)進(jìn)行處理，設(shè)置窗口函數(shù)，計(jì)算獲得速度響應(yīng)數(shù)據(jù)和指令速度信號(hào)的互功率密度譜與自功率密度譜；

23、步驟s4.2，模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理模塊通過使用互功率密度譜和自功率密度譜，計(jì)算得到伯德圖的幅頻和相頻，獲得測(cè)量對(duì)象的伯德圖與模態(tài)參數(shù)。

24、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式提供的執(zhí)行所述的基于數(shù)控機(jī)床自激勵(lì)的模態(tài)測(cè)試方法的測(cè)試系統(tǒng)，包括：激勵(lì)信號(hào)選擇模塊，根據(jù)被測(cè)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)所支持的信號(hào)類型，選擇掃頻信號(hào)類型，并設(shè)置掃頻參數(shù)，根據(jù)設(shè)置的掃頻參數(shù)與數(shù)控系統(tǒng)支持的信號(hào)類型，生成掃頻所需的g代碼；數(shù)控系統(tǒng)通訊接口模塊，建立與數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)的通訊，將從激勵(lì)信號(hào)選擇模塊獲得的掃頻所需的g代碼下發(fā)給數(shù)控系統(tǒng)，以及從數(shù)控系統(tǒng)采集測(cè)試過程中的指令速度信號(hào)和響應(yīng)加速度數(shù)據(jù)；和數(shù)據(jù)分析處理模塊，從數(shù)控系統(tǒng)通訊接口模塊獲取測(cè)試的指令速度信號(hào)與響應(yīng)加速度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理得到測(cè)量對(duì)象的伯德圖與模態(tài)參數(shù)。

25、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式提供的一種基于數(shù)控機(jī)床自激勵(lì)的模態(tài)測(cè)試方法及測(cè)試系統(tǒng)至少具有以下有益效果和優(yōu)點(diǎn)。

26、1）根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式提供的基于數(shù)控機(jī)床自激勵(lì)的模態(tài)測(cè)試方法，使用機(jī)床對(duì)工件模態(tài)進(jìn)行測(cè)試，包括使用機(jī)床自激勵(lì)測(cè)量工件模態(tài)，避免了使用昂貴的激振器設(shè)備對(duì)工件進(jìn)行模態(tài)測(cè)試，降低了測(cè)試成本，還避免了設(shè)置激振器，導(dǎo)致激振器的外力對(duì)機(jī)床造成損傷的可能性；此外，測(cè)試過程中機(jī)床不需停機(jī)，提高檢測(cè)以及生產(chǎn)效率。

27、2）根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式提供的基于數(shù)控機(jī)床自激勵(lì)的模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，適用于航空航天數(shù)控加工廠等復(fù)雜加工技術(shù)領(lǐng)域，通過使用統(tǒng)一的模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，完成對(duì)機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)模態(tài)、進(jìn)給系統(tǒng)模態(tài)和工件模態(tài)的統(tǒng)一測(cè)試，方便快捷，降低了對(duì)技術(shù)人員的操作要求。

28、3）根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式提供的基于數(shù)控機(jī)床自激勵(lì)的模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，將加速度傳感器接入數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集流程。