基于模态联合仿真寻优法的机床刀具结合部参数辨识方法

摘要

为保证机床加工时的切削稳定性,获得准确的稳定性叶瓣图(切削速度-切削深度关系图),需要得到机床刀具刀尖点的频率响应函数(FRF).刀尖在加工时处于旋转状态,无法通过粘贴式传感器直接获取其频率响应函数.针对这一问题,提出了通过准确辨识刀柄结合部间动力学参数来预测刀尖频响.为实现刀柄结合部的动态参数识别,提出了基于模态分析理论的联合仿真寻优法的辨识方法.该方法通过均布弹簧-阻尼单元模拟结合部接触特性,以模态实验测得前2阶模态固有频率及其对应的振幅为目标约束,以结合部间的刚度和阻尼为变量进行有限元分析,采用最小二乘法构建二者的多目标优化函数,并在MATLAB-ANSYS集成环境下建立非线性规划函数寻优任务实现结合部动力学参数的辨识.为了提高辨识效率减少调用有限元分析的次数,采用了样本点构造的方法;为了避免因采样点选取不合理而造成计算量增加,采用了采样区间归一化的处理方式.最后,将优化识别结果通过弹簧单元指令代入有限元模型进行谐响应分析来预测刀尖FRF,对比有限元仿真与模态试验对应测点的频响数据.结果 表明,二者的频率响应函数曲线拟合度较高,且前2阶的固有频率误差分别仅为0和0.04％.验证了该方法的可行性,为进一步获得稳定叶瓣图提供支持.