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1、权 利 要 求 书说 明 书一种基于切削随机曲线凸台的机床激励方法技术领域本发明属于机械装备结构的动力学分析领域，尤其涉及一种基于切削随机曲线凸台的机床激励方法。背景技术机床的动力学特性对于改善其加工性能，优化结构设计至关重要。目前获得机床结构动力学特性主要方法是基于机床静止状态下进行人为激励的实验模态分析法。该方法的主要特点是对机床结构施加特定的激励力，激励出机床的动力学特性，即机床模态，并同时测量该激励力和机床结构的振动响应以识别出机床模态，用该模态来表征机床结构的动力学特性。然而，该方法只能获得结构处于静止状态下的频响函数。大量研究证明，机床结构在工作状态下的动力学特性会发生变化，而在实

2、际应用当中，人们更多关注的是机床在工作状态下的动力学特性。为了获得机床在工作状态下的动力学特性，则首先需要对机床在工作状态下实现有效激励，以激励出所感兴趣频带内的所有机床模态。发明内容针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于切削特殊工件，表面有随机曲线凸台的工件，产生随机脉冲激励力以激励的机床方法。该方法先设计出一组半径和弧长都是随机的圆弧，然后把这些圆弧首尾相接形成随机曲线，根据该曲线加工出表面具有此曲线形貌的凸台试件，用刀具切削此凸台即可实现对机床的激励。其中，通过随机的半径和弧长控制激励力的随机性；通过设计随机曲线凸台的宽度和转速调节激励的有效激励频带和激励能量，从而实现需

3、要对机床进行简单可控的激励，如图1。本发明为实现上述目标所采用的具体技术方案为：（1）设计工件随机曲线凸台的宽度aw（单位：毫米，mm）；（1-1）先确定所感兴趣的机床频带BW1st /2，即根据生产需求和机床大小，确定需要分析的频域带宽（单位：赫兹，Hz）；（1-2）测量或查产品手册，获得切削刀具直径D（单位：毫秒，mm）尺寸；（1-3）根据生产实际需要，确定切削转速n（单位：rpm，转每分钟）；（1-4）随机曲线凸台的宽度aw根据感兴趣的机床结构的频带BW1st /2、所使用的刀具直径D（单位：毫米，mm），以及主轴的平均转速n（单位：rpm，转每分钟）确定： （2）设计工件随机曲线凸台的

4、角度和曲率半径r（单位：毫米）；（2-1）通过Matlab生产一组随机整数，用以表示一组圆弧的半径ri。这些圆弧的半径要大于加工工件的刀具半径Rtool，同时要小于工件宽度a的四分之一，即Rtoolria/4；（2-2）通过Matlab生产一组随机数，用以表示这组圆弧的角度i，并设置这些角度的上、下限，即minimax；（3）加工出具有以上曲线形貌和宽度的随机曲线凸台的工件，随机曲线凸台的高度ap可根据激励次数和加工工艺规定的用量确定；（4）根据步骤（1）和（2）中确定的转速n，进给量af以及确定背吃刀量ap切削该随机曲线凸台，产生随机脉冲切削力激励机床；可通过同时增加切削宽度aw和转速n的办

5、法提高切削激励能量，但要保持两者之比不变。所述对机床进行随机脉冲切削力激励是指机床刀具和随机曲线凸台之间的切削力对机床结构实施的随机脉冲激励信号。本发明可以在无需外加激励条件下，通过切削随机曲线凸台产生随机脉冲切削力即可完成对机床结构的激振，不仅可以大大降低模态试验的激振成本，而且可以在工作状态下，根据需要和具体对象，对机床进行可控激振，获得机床在工作状态下的动力学特性。附图说明图1为切削单随机曲线凸台产生随机脉冲切削力示意图；具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用

6、于限定本发明。本实施例中优选以立式加工中心为例对本发明的方法进行说明。本实施例的基于切削随机曲线凸台工件的机床激励方法包括以下步骤：（1）设计工件随机曲线凸台的宽度aw：为了满足激励能量，不能太窄，同时为了抑制切削过程的影响，不能太宽；（1-1）确定机床结构所感兴趣的频带范围BW1st /2为250Hz；（1-2）采用的刀具为可转位毂形刀盘和硬质合金刀片，查产品手册得刀具直径D为80 mm；（1-3）机床常用转速范围为2001000rpm，因此选取切削转速n为400 rpm；（1-4）根据公式（1）计算得到aw为3.35 mm，选取宽度aw为4 mm；（2）设计工件随机曲线凸台的角度和曲率半径

7、r；（2-1）通过Matlab生成圆弧的半径ri的一组随机整数。选取加工工件的刀具为直径6的立铣刀，则半径Rtool为3毫米；选取工件宽度为100毫米，长度为200毫米，即3ri25；（2-2）通过Matlab生成圆弧的角度i的一组随机数，并设置这些角度的上限为300，下限为60，即60i300；确定进给量af为1200 mm/min；（2-3）将这些随机圆弧首尾相连形成一条随机曲线，如图1；（2-4）由于用镶齿盘铣刀，刀齿可方便拆卸，故采用单齿切削以减少操作，即N=1；（3）为了能够进行多次激励尝试，随机曲线凸台的高度ap可为5 mm；（4）以上确定的参数有：转速为400 rpm，进给为1200 mm/min，随机曲线凸台宽度为4 mm，高度都为5 mm，工件示意图