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数控机床振动模态分析与薄弱部位辨识方法研究
引言
数控机床广泛应用于制造业，具有高效、高精度、高自动化的特点。在数控机床加工中，振动是一个重要的问题，特别是高速加工和大机床加工还存在着较为严重的振动问题。振动会导致加工精度降低、机床寿命缩短、甚至会危及工人安全。因此，数控机床的振动模态分析和薄弱部位辨识方法研究显得尤为重要。
一、数控机床振动模态分析
数控机床振动模态分析即对机床进行振动模态测试和计算，进而得出其自由振动的正常频率和振动模态的方法。该方法一般分为两大类：实验模态分析和数值模态分析。
1.实验模态分析
实验模态分析即在数控机床工作条件下，通过现场测试方法将所有可能的振动模态进行测量，然后根据测试数据进行振动模态分析。实验模态分析主要包括固有频率测试和模态分析两个方面。
固有频率测试是通过单独激发机床进行测试。测试时施加外力引起机床振动，记录机床振动状态和振动频率。这种测试方法对机床状况的描述比较全面，但是操作难度较大，费用相对较高。
模态分析则是通过全系统激励进行测试，主要是测出一些特定频率的响应谱，并通过频率响应法和模型识别法来确定机床的振动模态。模态分析相对精确度来说上述方法相对精确，但是操作难度相对较大，需要专业仪器和软件，成本也较高。
2.数值模态分析
数值模态分析是一种通过有限元分析方法计算机床振动模态的方法。该方法相对于实验模态分析来说计算量相对较小、成本相对较低，而且分析精度也相对较高，但其实验数据的验证效果略差。
数值模态分析需要根据机床的结构及其材料特性，建立机床振动模型，再通过有限元分析进行计算分析，得到机床的振动模态结果。该方法的精确度较高，但是建立模型比实验模态分析更为复杂。
二、数控机床薄弱部位的辨识方法
数控机床的薄弱部位是指机床在工作中容易产生疲劳损伤、裂纹及变形的部位。对于这些薄弱部位的准确识别和及时改善以避免机床的过早破坏对于机床的长期稳定运行和生产效率的提高都有着很重要的意义。
1.位异常检测
现代数控机床都安装有位移传感器，这些传感器可以实时监测机床各轴的位移情况，并对位移异常进行实时检测，及时预警。因此，只要前期通过实验测试观察数控机床各轴的位移情况，在使用过程中，当该部位出现位移变化时，就可以很快发现。
2.运行参数分析
运行参数分析即对机床在加工过程中的各运行参数进行分析。比如切削力、功率变化和回转精度等等。当机床出现运行参数的变化时，应该就把其作为机床薄弱部位的预警。
3.光电测厚技术
光电测厚技术是一种实现机床一些部位的实时测厚的方法。通过精密的光电传感器测量数控机床关键部位的零件厚度，当零件因加工变形导致其厚度减小时，即可检测到该部位可能是机床的薄弱部位之一。
结论
数控机床的振动模态分析和薄弱部位辨识方法的研究是保证机床长期稳定运行和提高生产效率的重要措施。通过实验模态分析、数值模态分析、位异常检测、运行参数分析和光电测厚技术等方法进行振动模态分析和部位辨识，有利于实现数控机床的故障预警和及时维修，提高机床的稳定性和生产效率。