● 摘要
高速数控加工技术由于具有加工效率高、加工质量好、精度高等诸多优点而成为目前切削加工的主流。为了很好的发挥高速数控机床的优越性，选用合理、高效的加工参数，需要从加工稳定性的角度出发，通过对高速切削系统的动力学特性进行测试和分析，得到切削参数与稳定域的关系，为加工参数的优化提供依据。本文对振动信号测试技术与数控机床动力学分析技术进行了研究，采用虚拟仪器的思想开发了面向“机床－主轴－刀具”加工工艺系统的动力学特性测试与分析系统。该系统硬件部分采用USB接口的结构形式，软件以LabVIEW为开发平台，集成了振动信号时域采集、频域分析、系统频响特性分析、模态分析、噪声采集与分析等功能模块。通过锤击实验，测得激励与响应的时域信息，进行相关性分析，并对时域信号进行FFT分析和功率谱分析，转化为频域信号，从而得到系统的频响特性。模态分析功能模块基于有理分式正交多项式模态参数辨识方法，通过模态拟合得到系统的固有频率、阻尼比、模态质量和模态刚度等模态参数，并提出了一种模态拟合的优化方法，使拟合结果更为精确。本系统在实际数控加工过程中得到了验证，与加工过程动力学仿真系统结合使用，对数控机床系统的动态特性进行测试分析，利用分析得到的颤振稳定域图形选择加工参数，进行加工过程的稳定性预测；并通过噪声测试功能模块采集加工过程中的噪声信号判断是否发生颤振，预测结果与实测结果的一致性较好的验证了本系统的可靠性与实用性。本系统在多个厂家针对高速数控机床进行测试分析，得到了较为广泛的工程应用。根据分析结果优化加工工艺参数，在提高加工效率和改善加工质量方面均取得了很好的效果。