一种改进的基于响应耦合子结构法的刀尖点频响函数预测方法

发布时间：2020-02-23 02:58

【摘要】：针对现有的基于响应耦合子结构法(RCSA)的刀尖点频响函数预测方法需要辨识主轴-刀柄、刀柄-刀具结合面参数以及需要自制刀柄模型等引起的预测误差和预测过程复杂等问题,提出一种改进的基于RCSA的铣刀刀尖点频响函数预测方法。该方法首先改进已有的子结构划分方法,将机床-主轴-刀柄-刀具系统划分为机床-主轴-刀柄-部分刀杆、剩余刀杆和刀齿三个子结构;然后改进主轴-刀柄处转动频响函数的计算方法,通过铣刀的模态锤击实验采用反向RCSA和有限差分法计算机床-主轴-刀柄-部分刀杆结构的转动频响函数,并基于Euler梁模型计算出剩余刀杆、刀齿子结构的频响函数;最后将三个子结构的频响函数耦合确定刀尖点的预测频响函数。以一立式加工中心为研究对象,应用所提出的方法对铣刀刀尖点的频响函数进行了预测,并与其实测频响函数进行对比。对比结果表明:刀尖点的预测频响函数与实测频响函数符合程度较高,其预测、实测前三阶固有频率之间的误差在6.9%以内,所提出的方法可行有效、简单方便,且可直接基于铣刀的模态实验计算主轴-刀柄的频响函数,避免了相关结合面参数的辨识和刀柄模型的制作。
【图文】：

通过式（１５）、式（１７）即可预测出任意悬伸长度下刀具的刀尖点位移频响函数ｈｔ１１，具体步骤如图４所示。图４刀尖点频响函数预测流程图４实验研究为验证本文方法的有效性，在ＶＭＣ８５０Ｅ加工中心上进行实验研究，本文研究中使用的刀柄型号为ＢＴ－４０－ＥＲ３２弹簧夹头刀柄。实验中，每把刀具都使用较大力度进行装夹，可近似认为实验刀柄与刀具之间的装夹力恒定。４．１求取子结构Ⅲ点３ｂ处频响函数首先通过一把实验刀具来求取子结构Ⅲ点３ｂ处频响函数Ｒ３ｂ３ｂ，将此刀具记为Ｔ０，其几何参数如图５所示。Ｔ０的材料为高速钢，其弹性模量为２１０ＧＰａ，密度为７８００ｋｇ／ｍ３，材料阻尼为０．００１５，泊松比为０．３。子结构划分中的各相关坐标点如图５所示。图５实验刀具Ｔ０几何参数由式（１）计算出Ｔ０刀齿部分的等效直径ｄｅ＝８．６ｍｍ，根据式（１８）～式（２５）、式（９）～式（１３）计算出装配体Ⅰ?Ⅱ两自由端的频响函数矩阵ＲＳ１１、ＲＳ３ａ３ａ、ＲＳ１３ａ和ＲＳ３ａ１。其中ＲＳ１１频响函数矩阵中的位移／力频响函数的实部Ｒｅ、虚部Ｉｍ如图６所示。在刀具Ｔ０的点３、４处分别进行模态锤击实验，使用Ｋｉｓｔｌｅｒ９７２４Ａ激振力锤对测量点施加瞬（ａ）实部（ｂ）虚部图６Ｔ０装配体Ⅰ?ⅡＲＳ１１中位移／力频响函数时激振力，并使用Ｂ＆Ｋ４５２５Ｂ三向加速度传感器记录此时振动加速度响应。激振力信号和加速度信号使用ＮＩ９２３４数据采集卡进行同

下刀具的刀尖点位移频响函数ｈｔ１１，具体步骤如图４所示。图４刀尖点频响函数预测流程图４实验研究为验证本文方法的有效性，在ＶＭＣ８５０Ｅ加工中心上进行实验研究，本文研究中使用的刀柄型号为ＢＴ－４０－ＥＲ３２弹簧夹头刀柄。实验中，每把刀具都使用较大力度进行装夹，可近似认为实验刀柄与刀具之间的装夹力恒定。４．１求取子结构Ⅲ点３ｂ处频响函数首先通过一把实验刀具来求取子结构Ⅲ点３ｂ处频响函数Ｒ３ｂ３ｂ，将此刀具记为Ｔ０，其几何参数如图５所示。Ｔ０的材料为高速钢，，其弹性模量为２１０ＧＰａ，密度为７８００ｋｇ／ｍ３，材料阻尼为０．００１５，泊松比为０．３。子结构划分中的各相关坐标点如图５所示。图５实验刀具Ｔ０几何参数由式（１）计算出Ｔ０刀齿部分的等效直径ｄｅ＝８．６ｍｍ，根据式（１８）～式（２５）、式（９）～式（１３）计算出装配体Ⅰ?Ⅱ两自由端的频响函数矩阵ＲＳ１１、ＲＳ３ａ３ａ、ＲＳ１３ａ和ＲＳ３ａ１。其中ＲＳ１１频响函数矩阵中的位移／力频响函数的实部Ｒｅ、虚部Ｉｍ如图６所示。在刀具Ｔ０的点３、４处分别进行模态锤击实验，使用Ｋｉｓｔｌｅｒ９７２４Ａ激振力锤对测量点施加瞬（ａ）实部（ｂ）虚部图６Ｔ０装配体Ⅰ?ⅡＲＳ１１中位移／力频响函数时激振力，并使用Ｂ＆Ｋ４５２５Ｂ三向加速度传感器记录此时振动加速度响应。激振力信号和加速度信号使用ＮＩ９２３４数据采集卡进行同步采集。模态锤击实验装置照片如图７所示。图７

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号：2582053