数控机床运行激励实验模态分析

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1、第３９卷第６期华中科技大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．６２０１１年６月Ｊ．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖ．ｏｆＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｊｕｎ．２０１１数控机床运行激励实验模态分析魏要强李斌毛新勇毛宽民（华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉４３００７４）摘要针对影响加工效率和加工表面质量的数控机床结构动态特性问题，提出一种新的实验模态分析方法．该方法以数控机床自身运动产生的振动为激励源，通过控制运动部件以特定方式空运行，激励起结构的有效振动响应，并结

2、合基于响应信号的模态参数识别方法获得结构的动态特性参数．针对参数识别中的伪模态问题，综合运用识别结果预处理方法和模态稳定性原理，有效去除了识别结果中的伪模态，最终得到影响机床加工的３阶低频模态频率和阻尼比．所得结果与传统实验模态分析结果有较好的一致性．该方法可用于大型重型难激励数控机床的结构动态特性研究．关键词数控机床；运行激励；结构振动；惯性；伪模态辨识；模态分析中图分类号ＴＨ１１３．１文献标志码Ａ文章编号１６７１－４５１２（２０１１）０６－００７９－０４Ｍｏｖｅｍｅｎｔｅｘｃｉｔｉｎｇ－ｂａ

3、ｓｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓＷｅｉＹａｏｑｉａｎｇＬｉＢｉｎＭａｏＸｉｎｙｏｎｇＭａｏＫｕａｎｍｉｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＤｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ（ＮＣ）ｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓａｆｆｅｃｔｍａｃｈ

4、ｉｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｆｉｎｉｓｈｅｄｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙ．Ａｎｅｗｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏａｃｑｕｉｒｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ．Ｉｎｔｈｅｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ′ｓｍｏｖｅｍｅｎｔｗａｓｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｘｃｉｔ－ｉｎｇｓｏｕｒｃｅ．Ｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｍｏｖａｂｌｅｐａｒｔｓ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｔｒｕｃｔ

5、ｕｒａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｗａｓｅｘｃｉｔｅｄ．Ａｎｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｒｅｓｐｏｎｓｅ－ｏｎｌｙｍｏｄａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｙｎａｍｉｃｐｅｒ－ｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｆｏｒｐｓｅｕｄｏ－ｍｏｄｅｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａ－ｔｉｏｎ，ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｍｏｄａｌｓｔａ

6、ｂｉｌｉｔｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅｗａｓａｐｐｌｉｅｄ，ａｎｄｐｓｅｕｄｏ－ｍｏｄｅｗａｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｆｒｏｍｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｎ，３－ｏｒｄｅｒｍｏｄａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｄａｍｐ－ｉｎｇｒａｔｉｏｉｎｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｗｈｉｃｈｍａｉｎｌｙａｆｆｅｃｔｍａｃｈｉｎｉｎｇ，ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉ－ｍｅｎｔａｌｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｏｓｅｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ

7、ａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｌａｒｇｅｏｒｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｄｉｆｆｉ－ｃｕｌｔｔｏｂｅｅｘｃｉｔｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ；ｍｏｖｅｍｅｎｔｅｘｃｉｔｉｎｇ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｉｎｅｒｔｉａｌ；ｐｓｅｕｄｏ－ｍｏｄｅｉｄｅｎｔｉ－ｆｉｃａｔｉｏｎ；ｍｏｄａｌａｎａ

8、ｌｙｓｉｓ［１］数控机床在工作状态下的结构动力学参数对结构的实际动态特性．并且，对于结构规模较大加工效率和加工表面质量具有重要意义．机床在的数控机床，现有的激励设备也难以激励起结构实际工作状态下的动态特性与其在静止状态下的的有效振动．由于机床是由众多零部件组成的复动态特性不同，因此在机床静止条件下进行模态杂结构，又是在多变的动态条件下工作，通过理论实验分析得到的结构模态参数不能准确反映机床建模的方法建立起能够精确模拟机床结构的动力收稿日期２０１０－０７－２１．作者简介魏要强（１９７９－），男，博