数控机床加工动力学特性测试分析系统 .pdfVIP

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN101029856A

(43)申请公布日2007.09.05

(21)申请号CN200610171541.6

(22)申请日2006.12.30

(71)申请人北京航空航天大学

地址100083北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学机械工程及自动化学院705

系

(72)发明人刘强金晓亮

(74)专利代理机构北京慧泉知识产权代理有限公司

代理人王顺荣

(51)Int.CI

G01M19/00

G01D21/00

B23Q17/00

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

数控机床加工动力学特性测试分析

系统

(57)摘要

一种数控机床加工动力学特性测试

分析系统，具有硬件和软件；硬件有：刀

具、力锤、加速度传感器、电荷放大器、

数据采集器、麦克风和计算机；加速度传

感器设在刀具末端，力锤和加速度传感器

与电荷放大器相连，电荷放大器与数据采

集器相连，数据采集器与计算机进行数据

传输；软件具有：人机交互界面、数据采

集、数据回放、锤击实验、传函分析、参

数辨识及噪声测试与分析等模块；工作时

力锤对刀具进行激励，得到电荷信号经电

荷放大器，数据采集器到达计算机，软件

从计算机中读出数据并显示，保存文件，

对测得数据进行FFT及传函分析，模态分

析；硬件与软件配合获得“机床－刀具－工

件”的频率响应函数及模态参数，作为动力

学仿真及参数优化的基础。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1、一种数控机床加工动力学特性测试分析系统，其特征在于：该系统由硬件平台

和软件系统两部份组成；

该硬件平台部份，包括有：数控机床刀具(1)、力锤(2)、加速度传感器(3)、电荷放

大器(4)、数据采集器(7)、麦克风(12)和计算机(11)；

该加速度传感器(3)采用胶泥粘在数控机床刀具(1)的末端，该力锤(2)和加速度传感

器(3)通过信号线与电荷放大器(4)相连，电荷放大器(4)与数据采集器(7)通过电缆线

相连，数据采集器(7)与计算机(11)通过USB数据线实现数据传输，麦克风(12)的接

口和计算机(11)声卡的接口相连并负责采集加工过程中的噪声信号；

该软件系统部份，包括有下述模块：

1.主界面提供进入各功能模块的入口和主要的人机交互界面；

2.数据采集模块：将传感器所传输的数据不失真的进行采集，并将采集的数据按照

十进制数字的形式存储在计算机中；

3.数据回放模块：读取已存储的数据文件，将数据以波形形式或者数组形式显示给

用户查看，进行后期离线统计分析；

4.锤击实验模块：对机床系统进行锤击实验，采集力与响应信号，显示时域波形，

对时域信号作快速傅立叶(FFT)变换，得到频域特性，并保存时域信号数据；

5.传函分析模块：对锤击实验采集得到的数据作功率谱分析并求平均，计算出系统

的传递函数并保存，显示幅频图、相频图，并计算得到相干系数判断传递函数的可

靠性；

6.模态参数辨识模块：对系统的传递函数进行模态拟合，在拟合的基础上计算固有

频率、阻尼比、刚度等模态参数并保存；

7.噪声测试与分析模块：采集机床加工过程中的声音信号并作FFT分析，得到噪声

频域特性，判断加工过程中的振动情况。

2、根据权利要求1所述的一种数控机床加工动力学特性测试分析系统，其特征在

于：该软件系统各功能模块的功能如下：

1.人机交互界面：

系统运行之后，会首先调用软件启动动界面，然后出现人机交互主界面，选择所需

要调用的功能模块，点击相应的功能模块按钮，就会弹出相应的功能模块的前面板

图形；其程序流程是：首先初始化-下一步执行显示软件动画-下一步执行询问状态

机的值-是否告等于零，若等于零则执行调用数据采集模块；否则询问是否等于1，

若等于1则执行调用数据回放模