impactTest机床主轴动刚度测试
加工颤振的测试分析
XX－1＃机床加工颤振的测试分析中大创远研究院陈敢公司试制的新型号铣齿机床，在试切加工过程中产生切削颤振，造成机床加工的效率低下及加工表面粗糙度不达标，在对机床的工作状态、夹具、刀具及电器参数进行检测和调整后仍不能解决问题，于是对机床进行动刚度测试及加工时的振动信号进行分析。
由于在设计阶段进行有限元仿真计算，从计算的结果得知机床的刀具轴一侧是机床的薄弱环节，故所有测试从刀具侧开始进行。
机床结构简图：机床刀具侧结构示意图（X方向为垂直纸面的方向，Y方向为竖直方向）一、机床刀具主轴综合动刚度测试所使用的仪器：LMS频谱仪，PCB力锤，PCB单向加速度传感器测量示意图：1、X方向动刚度刀具轴X 方向传递函数（FRF ）及自相关函数（coherence ）刀具轴X 方向传递函数（FRF ）及动刚度（Dynamic stiffness ） 其刀具轴动刚度为：13.09N/μm/56.5HZ ， 384N/μm/206HZ ，397N/μm/243HZ ， 309N/μm/337.5HZ ，478N/μm/399HZ 。
2、Y 方向动刚度刀具轴Y 方向传递函数（FRF ）及动刚度（Dynamic stiffness ） 其刀具轴动刚度为：97.8N/μm/125HZ ， 184N/μm/231HZ 。
3、刀具轴Z方向动刚度刀具轴Z方向传递函数（FRF）及动刚度（Dynamic stiffness）其刀具轴动刚度为：620N/μm/246.5HZ。
4、工件轴X方向动刚度工件轴X方向传递函数（FRF）及动刚度（Dynamic stiffness）其刀具轴动刚度为：57.8N/μm/73HZ，206N/μm/138HZ，409N/μm/357HZ。
5、工件轴Y方向动刚度工件轴Y方向传递函数（FRF）及动刚度（Dynamic stiffness）其刀具轴动刚度为：367N/μm/354HZ。
二、刀具和工件加工时振动频谱测量刀具转速14.3rpm刀具轴上振动情况59.5HZ：X为机床X轴方向幅值：59.3e-3gY为机床Y轴方向幅值：0.938e-3gZ为机床Z轴方向幅值：2.34e-3g工件上振动情况59.5HZ：X为工件切向幅值：113.86e-3gY为工件轴向幅值：91.006e-3g131.50e-3gZ为工件径向幅值：Y为工件箱轴向幅值：52.1e-3gZ为工件箱垂直方向幅值：7.75e-3g 三、刀具和工件加工时振动频谱测量（改变刀具转速）刀具转速14.3rpm*120%=17.16rpm工件上振动情况59.5HZ ：X 为工件切向幅值：101.11e-3gY 为工件轴向幅值：110.53e-3g Z 为工件径向幅值：168.67e-3g工件箱前轴承座上振动情况59.5HZ ：X 为工件箱水平方向幅值：151e-3gY 为工件箱轴向幅值：65.9e-3g Z 为工件箱垂直方向幅值：12.5e-3g频谱上振动峰值位置未发生变化，依然为59.5HZ 附近处此说明频谱上振动峰值不因激振频率的改变而发生改变。
Test.Lab操作指导书-锤击测试Impact-Testing
b操作指南一一锤击测试Impacting Testing2016年 1 月序言这个部分介绍b的锤击法测试Impact Testing模块的常用操作，工作界面的详细内容及略掉部分参见《LMS Test Lab帮助中译文—锤击测试Impact Testing》，主要针对目前能够进行且经常进行的实验。
因作者水平有限，讹误在所难免。
目录序言 (1)目录 (2)1.锤击测试Impact Testing 概述 (1)1.1工作界面 (1)1.2模块功能 (1)1.3 锤击测试流程 (1)1.3.1 测试准备 (1)1.3.2软件打开方法 (2)1.3.2 软件流程 (2)1.4 常见问题 (2)1.4.1 电脑与数采的网络连接 (2)1.4.2软件无法启动 (3)2 文档Documentation 与数据Navigator (4)2.1 文档 (4)2.1.1 工作界面 (4)2.1.2 常用操作 (4)2.2 数据 (5)3. ............................................................................................................................................. 通道设置Channel Setup (6)3.1工作界面 (6)3.2常用操作 (6)3.2.1 设置通道属性可见性 (6)3.2.2力锤通道设置 (7)3.2.3 加速度传感器通道设置 (8)3.2.4 加载与保存通道设置 (8)3.3 术语简介 (9)3.3.1 通道类型 (9)3.3.2输入通道Input Channels (9)4. ............................................................................................................................................. 校准Calibration (11)4.1工作界面 (11)4.2常用操作 (11)4.2.1 加速度传感器校准 (11)4.3术语简介 (12)5. ............................................................................................................................................. 锤击示波Impact Scope (13)5.1工作界面 (13)5.2常用操作 (13)5.2.1 采样参数 (13)5.2.2 量程设定 (14)5.2.3示波设置与观察 (14)5.2.4 触发设置 (14)5.2.5 其它 (14)错误! 未定义书签。
impact test吸收功 英语
Impact Test 吸收功是一个重要的材料力学性能指标，它用来衡量材料在受到冲击或碰撞时的吸能能力。
吸收功的英文表达是"impact energy absorption"，是指材料在受到外力冲击时所能吸收的能量，也可以理解为材料对外部冲击的抵抗能力。
Impact Test 吸收功的测试方法有很多种，常用的有冲击试验机和压缩试验机等。
我们要了解Impact Test 吸收功在材料工程领域中的重要性。
材料在工程应用中常常面临各种冲击和碰撞，比如汽车零部件在车辆碰撞时的应力分布、金属结构在机械冲击下的变形等。
对于材料的吸能能力有着严格的要求。
Impact Test 吸收功的结果可以直观地反映材料对外部冲击的抵抗能力，是评价材料抗冲击性能的重要手段。
我们需要探讨Impact Test 吸收功的测试原理和方法。
一种常用的测试方法是通过冲击试验机进行测试，将被测试材料进行冲击加载，测量冲击前后的能量损失来计算吸收的能量。
另一种测试方法是通过压缩试验机进行测试，将材料进行压缩加载，测量压缩前后的能量变化来计算吸收的能量。
这些测试方法能够客观地反映材料的吸能能力，是评价材料抗冲击性能的有效手段。
在评估Impact Test 吸收功时，我们需要考虑一些因素。
首先是材料的种类和组成，不同种类的材料在冲击加载下的吸能能力有所差异，比如金属材料和塑料材料在吸能方面的表现就存在差异。
其次是材料的结构和形状，不同结构和形状的材料在吸能能力上也会有所不同，比如蜂窝状结构的材料在吸能方面有独特的表现。
另外，还需要考虑材料的处理工艺和制造工艺对吸能能力的影响，比如热处理和锻造等工艺对于金属材料的吸能性能有显著的影响。
我们可以共享一些个人观点和理解。
我认为Impact Test 吸收功的评价对于材料工程具有重要意义，它能够帮助工程师更好地选择和设计材料，提高材料的抗冲击性能，保障工程结构的安全可靠性。
在实际工程应用中，我们需要综合考虑Impact Test 吸收功和其他性能指标，来评估材料的适用性。
机床的动态误差测试
机床的动态误差测试⼀台性能优异的数控机床在追求加⼯精度的前提下还要保证低振动，低噪声。
⽽机床⼯作过程中产⽣的振动⼜会影响其加⼯精度。
可以从这两个⾓度来提升机床的性能。
1）通过降低误差来提⾼机床的加⼯精度。
2）减⼩机床⼯作中的振动（机械振动与噪声是相伴⽽⽣的）从机床本⾝结构的布置等⽅⾯考虑。
下⾯分析机床的误差来源。
具体归纳有以下⼏点：1）机床系统的空间误差，包括：①由于结构⼏何误差、热误差和承载变形误差引起⼑具与⼯件作⽤点上的相对位置偏差；②由于伺服系统的跟踪误差、进给传动机构误差和位置检测误差等引起的位移误差。
2）⼑具系统的位置误差，主要由换⼑、⼑具的尺⼨调整误差、受⼒变形、热⾝长和磨损等因素引起的。
3)⼯件和夹具系统的位置误差，主要由装夹弹性变形、切削热和⼯件材质不匀等随机误差引起的误差。
4）检测系统的测试误差，主要指加⼯过程中实时检测，或⼯序间在机检测的测试误差。
5）外界⼲扰误差，主要指环境条件的扰动和运⾏⼯况的波动所引起的随机误差。
机床的误差分为两类1.准静态误差。
2.动态误差。
[1]准静态误差是指⼑具与⼯件的相对位置随时间缓慢变化并且直接与机床⾃⾝的结构形态相关的误差。
[2] 准静态误差包括：1）机床结构部件的制造与装配缺陷引起的⼏何误差，这类误差会受到平⾯度、表⾯粗糙度和轴承与载荷等因素的影响；2）机床热变形引起的误差，可将其定义为随时间变化的⼏何误差；3）联动误差，指在机床进⾏多轴联动⼯作时多个运动轴为了与精确地函数条件相⼀致的相对运动误差。
动态误差主要是由⼑具受⼒变形、机床结构振动、⼯件受⼒变形和控制器的跟踪误差等引起的误差。
动态误差可通过模态分析研究进⾏研究。
影响机床动态性能主要是机床的动刚度，这是评价⼀个机床优劣的重要因素。
[1]R.J.Hocken.Technology of machine tools:Machine Tool Accuracy.1980.5:1~85[2]V.S.B.Kiridena,P.M.Ferreira.Parameter estimation and model verification of first order quasistatic error model for three-axis machiningcenters.International Journalof Machine Tools and Manufacture%15%5.7%5.6%5.7%5.13%28%22检测误差操作误差⼯件热误差夹具误差⼑具误差加⼯过程误差热误差⼏何误差机床误差根据美国E . K . K l i n e 等的研究成果, 误差权重⽐已经在下侧标定。
冲击碰撞实验台安全操作及保养规程
冲击碰撞实验台安全操作及保养规程背景冲击碰撞实验台（Impact Testing Machine）是一种常见的试验设备，用于测试材料在强力冲击或重力作用下的耐受能力。
由于实验台需要承受巨大的力量，工作环境较为特殊，因此安全操作和保养规程至关重要。
安全操作规程1.严格按照操作手册进行操作操作前必须仔细阅读操作手册，并确保所有的警示标识已清晰标注。
操作人员必须具备相应的专业知识和操作技能。
2.正确安装安装前必须检查设备各部分是否齐全，是否有损坏或松动。
必须按照操作手册要求正确安装。
3.使用适当保护装备当进行实验时，必须使用适当的个人保护装备，如安全眼镜、手套、安全鞋、头盔等。
4.保护设备和周围环境其它物品不得占用实验台的托盘、墙壁和底座。
实验过程中应将其他物品远离实验台，以保护设备和周围的环境。
5.检查设备状态操作前必须仔细检查各部分的应力装置有无松动、变形、磨损等现象，以确保设备处于良好状态，避免意外事故发生。
6.设备稳定与增加稳定性在进行实验过程中，应考虑到试验物体的大小和重量，调整各种托盘、地脚螺母等部件的高度，增加设备的稳定性。
7.按操作要求进行实验确认试验物品符合规范和要求后，再进行实验。
实验过程中，必须按照操作手册的要求进行，不得超出规定范围。
8.安全操作实验进行过程中，必须保持冷静、专注，并随时注意设备工作状态和试验物的情况，以便及时做出反映和处理。
9.试验完成后，关闭电源和气源当试验完成后，必须立刻关闭电源和气源，并将试验物品取出，卸载。
保养规程1.清理设备经常检查并清洁设备上的灰尘、油污等，以避免设备表面腐蚀，影响性能。
2.润滑部件定期检查气动部件的润滑情况，必要时应进行加注。
3.定期检查按照操作手册的要求和使用情况，对冲击试验机进行定期检修、保养，更换或修理损坏的部件。
4.保养模具如果对实验模具进行保养不当，将导致实验结果的失准，更甚者还会在实验时导致其破损等安全事故。
因此，使用前应检查实验模具是否完好无损，如有明显裂痕、变形等情况，应立刻替换。
主轴振动测量方法
主轴振动测量方法我折腾了好久主轴振动测量方法，总算找到点门道。
说实话最开始，我真是瞎摸索。
我首先想到的一个方法就是用那种接触式的传感器。
我就想啊，这主轴在转动嘛，要是有个东西能直接感触到它的振动，不就可以测量了吗。
然后我就搞来个类似探针一样的传感器，把它放在主轴附近合适的位置，就像你拿手去摸一个发热的东西一样，想让它感受到主轴的震动。
可是呢，这里面问题可多了去了。
我一开始放传感器的位置就不对，放得太靠边，大部分时候只能检测到很微弱的振动，感觉就像是隔靴搔痒，根本没抓到关键。
后来我又想，是不是和传感器与主轴表面的接触状态有关系呢。
于是我就使劲儿把传感器按紧了一点，结果数据一下子变得特别大，又不准确了，这就好比你用力过猛把东西捏坏了一样。
后来我才知道，原来这个接触得刚刚好才行，而且这个度还挺难把握的，这可真是个教训。
我还试过不接触式的测量方法，像激光测量。
这个看似很高大上对吧。
我当时就觉得，激光嘛，神乎其神的，在不接触主轴的情况下就能测量它的振动，多好啊。
但是我在设置激光测量仪器的时候就懵了，角度啊、距离啊这些参数的设置简直要把我折磨疯了。
参数稍微不对，测量出来的数据就完全是错的。
这就好比你做饭，盐放错了一点，整道菜就毁了。
而且，周围环境必须得很安静并且稳定，稍微有点风吹草动或者机器的其他微小震动干扰，测量结果就不灵了。
我跟你说，在搞这个主轴振动测量的时候，有个很要命的事情就是要排除其他干扰因素。
就拿那种电磁干扰来说吧，有时候周围电器比较多的时候，会影响到传感器的测量。
我就闹过这么一次乌龙，怎么测量数据都怪怪的，还以为是仪器坏了呢，最后发现是旁边电机产生的电磁干扰影响了我的传感器。
所以啊，一定要保证测量环境尽可能的干净，就像你打扫房间，把所有杂物都清理出去一样，把那些可能影响测量的因素都排除掉。
还有在数据采集方面，采样频率是个很重要的东西。
一开始我没太在意这个，按照默认的设置就来了。
结果得到的数据很不连贯，就像是一段一段拼凑起来的一样，根本没法用来准确分析主轴振动。
数控机床动态刚性的测定方法[发明专利]
![数控机床动态刚性的测定方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ae9450ba690203d8ce2f0066f5335a8102d266f6.png)
(10)申请公布号 CN 102806495 A(43)申请公布日 2012.12.05C N 102806495 A*CN102806495A*(21)申请号 201210282368.2(22)申请日 2012.08.09B23Q 17/00(2006.01)(71)申请人深圳市捷甬达实业有限公司地址518111 广东省深圳市龙岗平湖街道办平湖社区富民工业区第64栋(72)发明人罗勇刚(74)专利代理机构深圳市中知专利商标代理有限公司 44101代理人吕晓蕾(54)发明名称数控机床动态刚性的测定方法(57)摘要一种数控机床动态刚性的测定方法，它属于设备性能测试领域，它包括如下的步骤：首先将数控机床、伺服电机、伺服放大器、数控系统和电子手轮按照常规方式进行电气连接，并选定要进行测定的轴，然后摇动电子手轮控制伺服电机带动选定的轴进行运动；关闭伺服放大器的振动抑制功能；依据数控机床的推荐数值范围，设定统一位置环增益；再依据常规经验，设定一个确保机身测试初始状态时运行不发生震动的位置环增益；使用电子手轮驱动机床做往复运动，并依次增加位置环增益的设定值，直至被测定轴产生明显振动或啸叫声为止；记录机床往复运动停止时位置环增益参数的设定值。
该本发明简单，实用，可用于机床的刚性评估和批量化生产的质量判定与筛选。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页1/1页1.一种数控机床动态刚性的测定方法，其特征在于它包括如下的步骤：A ：首先将数控机床、伺服电机、伺服放大器、数控系统和可以控制伺服电机带动相应的轴进行运动的电子手轮按照常规方式进行电气连接，且所述的伺服放大器5通过导线连接于被测定的轴3处，电子手轮7连接于数控系统，调试正常，并选定要进行测定的轴，然后摇动电子手轮控制伺服电机带动选定的轴进行运动；B ：设定可以关闭放大器的滤波振动的相关参数，并通过数控系统的面板调节伺服放大器参数，使伺服放大器的振动抑制功能关闭；C ：依据数控机床的推荐数值范围，设定统一位置环增益；再依据常规经验，设定一个确保机身测试初始状态时运行不发生震动的位置环增益；D ：使用电子手轮驱动机床做往复运动，其行程范围为数控机床的行程范围；若机床运行正常，被测定轴没有产生明显振动或啸叫，就增加位置环增益的设定值，增加后继续做往复运动；机床的往复运动和增加位置环增益的设定值交替进行，所述的设定值每次增加的幅度呈递减形式；重复上述程序，直至被测定轴产生明显振动或啸叫声为止；E ：记录机床往复运动停止时位置环增益参数的设定值，该值就是所测得的无滤波时的速度增益值，使用该值对机床的自身动态刚性按照常规方式进行评估。
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LMS impactTesting在机床主轴上的应用
发表时间：2011/11/25 万力游来源：LMS2011论文集
关键字：动刚性impact Testing边界模态抗振性
动刚性是指主轴抵抗外界动态力的能力，单位N/mm。
机床主轴动刚性分析是检验机床主轴动态性能好坏的一项重要指标，是机床的抗振和抗外力干扰能力的体现，特别是在高速精加工机床主轴上，这项指标尤为重要。
LMS为此提供了强大的分析功能。
数控铣床主轴是铣床的核心部件，它直接承载着刀盘的切削力，传递电机的扭矩。
因此，其上的轴承预紧、安装配合状态以及支持方式都直接影响着主轴的刚性和机床的加工能力。
我们通过动刚性测试和分析可以获取“主轴-轴承系统”的低阶固有频率以及各阶固有频率下对应的动刚度数值。
通过“移频降幅”的措施，提高主轴的抗振性，改善产品的加工质量，避免切削振纹的产生。
1 试验准备
本次试验采用LMS公司的Impact Testing测试分析软件，结构模态用ICP三向加速度计（PCB），模态力锤（软橡胶头），抗干扰屏蔽电缆线。
2 试验方法
用橡胶垫和弹性绳来模拟主轴的自由边界条件，橡胶垫和弹性绳的自然频率应为“主轴-轴承系统”固有频率的1/5。
由于在铣削加工过程中，主轴前端是承受断续切削冲击的主要部位，也是我检测主轴动态性能关键部位。
将加速计用磁铁或蜂蜡粘于主轴前端，用模态力锤在加速计附近敲击主轴前端，为保证测试的准确性，每次锤击的方向和力度要基本一致，数据取10次平均，测试带宽取800HZ，分辨率1HZ。
结合Impact Testing测试软件所得的频响函数，相干性（coherence），动刚度(dynamic Stiffness)曲线分析“主轴-轴承系统”的动刚性。
3 试验内容
(1)让主轴部件放在垫有橡胶垫的地面上，其他个方向处于自由状态。
如图1所示。
图1 测试示意图LMS impact Testing动刚性测试结果如图2、图3所示。
图2 垂直径向动刚度测试
图3 轴向动刚度测试
由图2，图3所示的动刚性曲线和相干性曲线可知，图中所示波谷为整个测试系统（包含了主轴和橡胶结合部的自然频率）的固有频率处，其对应的相干系数coherence皆在0.98以上（说明测试的输入与输出关联性很好），保证了测试结果可靠性和准确性。
(2)主轴部件用起吊绳吊起，与地面脱离，其他个方向处于自由状态。
如图4所示。
图4 测试示意图（径向）
LMS impact Testing动刚性测试结果如图5、图6所示。
图5 垂直径向动刚度
图6 轴向动刚度
由图5，图6所示的动刚性曲线和相干性曲线可知，图中指针所示的波谷位置为整个测试系统（包含了主轴和橡胶结合部的自然频率）的固有频率（共振点）处，其对应的相干系数coherence皆在0.98以上，保证了测试结果可靠性和准确性。
4 动刚性分析
由图2、图3、图5、图6可知，测试相干性好，相干曲线和动刚度曲线清晰，波峰，波谷明显，测试未出现明显的非线性，试验可信度高。
通过比较不同条件测试结果可知，垂直径向动刚度曲线在0-180HZ内发生很大的变化，而在190-800HZ带宽内其曲线基本吻合；轴向向动刚度曲线在0-90HZ内发生很大的变化，而在90-800HZ带宽内其曲线基本吻合，如图7、8所示，测试结果如表1所示。
由此我们可以判断不吻合固有频率和动刚度值所体现的并不是“主轴-轴承系统”固有状态，而是试验边界状态自然频率的体现，“主轴-轴承系统”固有频率和动刚度大小见表2。
比较表1动刚度对比数据可知：
（1）边界约束条件对测试结果会产生较大的影响，试验中应充分考虑边界模态对测试件本身模态的影响，将其从测试件模态中剔除，提高测试结果的真实性。
（2）在0-800HZ内，径向模态数明显高于轴向模态数，这是主轴采用前后支撑，轴的长度比轴的直径大的多，因此，模态相对较密，振型较多，在结构上较轴向柔软。
（3）两个方向上边界约束模态的频率达到了145HZ，说明试验的边界支撑不够柔软，不能真正地模拟自由状态。
可选用更柔软的橡胶垫和弹性绳，降低其固有频率对测试的影响。
由表2 主轴-轴承系统的动刚度测试数据可知：
（1）“主轴-轴承系统”固有频率都在85HZ以上，不在铣床的正常工作范围之内（铣床的切削受迫振动的频率约为50HZ左右），但在做铣床破坏性加工时应参考本次测试所得结果，工作频率不要超过第一阶固有频率的70%，避免因共振对机床结构造成破坏。
（2）“主轴-轴承系统”动刚度值都在450N/μm以上，动刚度较大，抵抗在交变切削力下变形的能力较强，也间接反映了轴承的游隙和预紧力达到较为理想的状态。
图7 两种试验径向刚度比较
图8 两种试验轴向刚度比较
红色：橡胶垫支撑；绿色：弹性绳吊起
表1 动刚度对比
表2 主轴-轴承系统的动刚度测试结果
5 结语
动刚度测试是一种方便快捷了解试件固有特性的方法。
为机床的切削振动，颤振和产品切削振纹提供了相应的解决方案。
为产品动态性能的改善和结构的优化设计提供依据。
鉴于动刚度和轴承预紧力的关系，我们还可以通过动刚度测试判断轴承预紧力的大小。