摘 要：機(jī)床的模態(tài)測試技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，機(jī)床模態(tài)測試技術(shù)主要應(yīng)用方向?yàn)椋航C(jī)床的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析、機(jī)床的穩(wěn)定分析以及在線監(jiān)測。對(duì)現(xiàn)在常用到的模態(tài)測試的原理進(jìn)行了介紹。機(jī)床模態(tài)測試技術(shù)主要包括三方面內(nèi)容：激勵(lì)、測量和分析，由實(shí)測激振力和振動(dòng)響應(yīng)求出頻率響應(yīng)函數(shù)后，根據(jù)頻率響應(yīng)函數(shù)與模態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式，經(jīng)過分析計(jì)算振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，建立機(jī)床的動(dòng)力學(xué)模型，用于對(duì)機(jī)床進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。對(duì)機(jī)床模態(tài)測試技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)機(jī)床模態(tài)測試的流程進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：機(jī)床 模態(tài)測試 應(yīng)用 實(shí)施

中圖分類號(hào)：TV31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0065-02

Abstract： Machine tool modal testing technology is applied more and more widely；this paper summarizes three major application direction of the machine tool modal testing technique： dynamic analysis of the dynamic characteristics of machine tools，machine tool stability analysis and on-line monitoring.This paper introduces the principle of the common mode test.The modal testing technology of machine tool has three basic aspects：incentive，measurement and analysis，from the measured vibration force and vibration response for frequency response function，basing on the frequency response function and the modal parameters of the basic relations，through analysis and calculation the modal parameters of the vibration system establish the dynamic model of the machine，that can be applied to the modal analysis of the machine tool.Summarizing the application of modal testing technology of machine tools，introducing the principle of modal testing， describing the process of modal testing of machine tools.

Key Words：Machine tools；Modal testing；Application；Implementation

隨著21世紀(jì)的到來，機(jī)床向著高轉(zhuǎn)速、高切削效率、高精度與高生產(chǎn)質(zhì)量發(fā)展，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)穩(wěn)定，以提高市場競爭力。數(shù)控機(jī)床整機(jī)動(dòng)態(tài)性能測試是機(jī)床抗振性及加工性能穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)，也是衡量機(jī)床性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。

模態(tài)測試主要要解決三大類問題，一是對(duì)機(jī)床建立合理有效的模型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。二是試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)分析，以能如實(shí)反應(yīng)機(jī)床的真實(shí)工況模型為基礎(chǔ)，分析機(jī)床的加工的穩(wěn)定性，改善產(chǎn)品的抗振性能，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有指導(dǎo)意義，并提高經(jīng)濟(jì)效益[1]。三是在線監(jiān)測，對(duì)數(shù)控機(jī)床振動(dòng)、壓力、溫度等狀態(tài)信號(hào)的檢測，進(jìn)一步對(duì)機(jī)床性能進(jìn)行分析并進(jìn)行故障的診斷。

1 機(jī)床模態(tài)測試技術(shù)的原理

1.1 機(jī)床的模態(tài)測試模型

2 機(jī)床模態(tài)測試技術(shù)的實(shí)施

2.1 機(jī)床模態(tài)技術(shù)的測試系統(tǒng)

無論要解決哪類問題都得對(duì)機(jī)床實(shí)物建立機(jī)床的動(dòng)力學(xué)模型，一般都要用實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行采樣、數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行模態(tài)參數(shù)實(shí)別，得到所要的模態(tài)參數(shù)[2]（頻率、剛度、阻尼），完成機(jī)床模型的建立，從而進(jìn)行機(jī)床進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

機(jī)床模態(tài)測試技術(shù)首先要明確解決的問題，分析現(xiàn)有問題，確定實(shí)驗(yàn)方案，針對(duì)局部測試實(shí)驗(yàn)還是整機(jī)測試。常采用脈沖激勵(lì)法，即錘擊法。常見的成套振動(dòng)測試系統(tǒng)有丹麥的B&K、國內(nèi)東方所的DASP等[3、4]，可根據(jù)自身的定位與要求購置合適的設(shè)備。選擇與布置傳感器、確定激振器（力錘、電磁或電液等激振器）和搭接機(jī)床-實(shí)驗(yàn)設(shè)備的測試系統(tǒng)。模態(tài)測試采用單點(diǎn)激振多點(diǎn)響應(yīng)的方法，加速度傳感器依次布置在銑床的立柱、主軸箱、工作臺(tái)和床身上，連接數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和筆記本電腦，分別測定對(duì)應(yīng)不同工作轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，主軸箱、進(jìn)給工作臺(tái)等關(guān)鍵部位的響應(yīng)情況，組成的模態(tài)測試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理與裝置見圖1。根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、測試數(shù)據(jù)分析與專用軟件分析等工作，獲得各階固有頻率、阻尼比和振型等模態(tài)參數(shù)。

2.2 建模

根據(jù)要解決問題建立動(dòng)力學(xué)模型，或是建立動(dòng)力學(xué)模型修正后的有限元模型，對(duì)機(jī)床進(jìn)行分析與研究。

對(duì)于在線監(jiān)測，主要有由分析軟件完成采樣數(shù)據(jù)分析處理的過程，對(duì)機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行長期的積累，這些數(shù)據(jù)對(duì)未來的機(jī)床維護(hù)工作將起到重要作用。依據(jù)分析系統(tǒng)、軟件與硬件的配備不同，市場上與科研成院所有很多不同的產(chǎn)品。

3 結(jié)語

機(jī)床模態(tài)測試技術(shù)是綜合運(yùn)用線性振動(dòng)理論、動(dòng)態(tài)測試技術(shù)、信號(hào)處理方法和參數(shù)識(shí)別等手段，進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)的過程。機(jī)床模態(tài)測試技術(shù)主要包括三方面內(nèi)容：激勵(lì)、測量和分析，對(duì)機(jī)床實(shí)施激振力，獲得機(jī)床的頻率響應(yīng)函數(shù)，經(jīng)過分析計(jì)算獲得機(jī)床的模態(tài)參數(shù)與振型，從而建立機(jī)床的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)機(jī)床的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行分析，它是現(xiàn)在最常用到的一種機(jī)床模態(tài)測試技術(shù)，對(duì)現(xiàn)在常用到的模態(tài)測試的原理進(jìn)行了介紹，對(duì)機(jī)床模態(tài)測試的流程進(jìn)行了闡述。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫孟琴，王立臣.球頭銑刀動(dòng)力學(xué)模型及其銑削加工穩(wěn)定性的研究[J].機(jī)床與液壓，2012，40（9）：52-54.

[2] Sun Mengqin.Key Points of Vibration Diagnosis Technology on-site Operation[J]. Applied Mechanics and Materials，2014，3365（602）：2210-2212.

[3] 何俊杰.數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)特性測試分析系統(tǒng)的研究與開發(fā) [D].武漢：華中科技大學(xué)，2009.

[4] 唐一科，蔣劉義，陳國聰.機(jī)床振動(dòng)測試分析系統(tǒng)開發(fā)[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，13（2）：113-115.