數控工具機時變結構模態分析及工作空間模態譜構建

《數控工具機時變結構模態分析及工作空間模態譜構建》是依託華中科技大學，由毛新勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：數控工具機時變結構模態分析及工作空間模態譜構建
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：毛新勇
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

隨著先進制造技術的發展，在傳統加工條件下對加工過程影響不大的工具機結構動力學特性因素成為嚴重阻礙數控工具機加工性能提高的瓶頸問題。而現有模態分析技術對於工具機時變結構難以套用，項目提出一種數控工具機工作空間結構動力學模態分析方法及模態譜表征方法，擬針對工具機時變結構特性展開基礎理論和基礎實驗研究，主要內容包括：基於數控工具機時變結構的位置相關性，採用位置離散方法進行工具機工作空間劃分，進而提出離散區域工具機結構的可控多軸運行激勵，獲取運行狀態下工具機結構穩態回響，實現運行狀態下的結構模態參數辨識。並利用多軸運行激勵統計量可控特徵，提出基於回響信號模態分析的模態辨識參數正則化方法，實現結構傳遞函式合成；進而構建數控工具機工作空間結構模態譜，揭示數控工具機工作空間時變結構的動力學特性分布規律。預期將為工具機時變結構動力學特性分析理論和技術增添一種新方法，對數控工具機加工過程的穩定性預測及高精度控制具有重要的意義。

結題摘要

數控工具機工作空間的結構動力特性研究日益重要，傳統實驗模態分析方法難以在運行過程對結構施加激勵而無法解決工具機時變結構的動力學特性參數辨識問題。套用工作模態分析方法來研究工具機時變結構動力學特性還面臨著諸如線上激勵、模態正則化等一系列問題，本項目主要對運行狀態下數控工具機時變結構的動力學參數辨識等理論問題進行深入分析和創新研究，研究內容有： （1）數控工具機時變結構的位置相關工作空間離散方法研究，分析運行結構的線上運行激勵方式有效性。 （2） 針對數控工具機工作空間結構變化的位置相關性，研究數控工具機變位置結構的多軸可控運行激勵理論。 （3）數控工具機運行模態分析的參數正則化方法研究，解決目前基於回響的模態分析方法難以正則化辨識參數的難題，提出數控工具機運行結構傳遞函式合成方法。 （4） 針對數控工具機工作空間的結構動力學變化特性，給出數控工具機工作空間結構動力學特性模態譜表征方法，建立數控工具機時變結構的動力學特性與工具機工作空間位置和運行狀態的相關特性描述方法。 項目研究解決了運行狀態下數控工具機工作空間結構動力學參數辨識研究中存在的理論、方法及套用層面的關鍵問題。 （1）針對目前結構模態分析方法的缺點或缺陷，提出數控工具機工作空間時變結構的多軸運行激勵模態分析方法，實現運行狀態下數控工具機工作空間結構模態參數辨識； （2）針對數控工具機運行激勵所具有的能量統計特徵可控性，提出工具機運行狀態下基於回響辨識的結構模態參數正則化理論和方法，克服目前基於回響信號模態分析方法無法正則化模態參數的主要缺陷； （3）進行工作空間結構動力學特性離散區域劃分，根據數控工具機全工作空間結構特性子空間域、頻域和結構模態參數構建工具機全工作空間結構模態譜，實現數控工具機時變結構動力學特性表征。 項目研究成果能套用於數控工具機工作空間結構動力學特性研究，可以有效揭示隨時間改變的工具機結構模態參數演變規律；項目的研究成果的套用，將為提升我國高檔數控裝備的國際競爭力作出貢獻。