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圖24所示是一種緊湊的電液相對(duì)激振器結(jié)構(gòu)，寬度僅80mnu安裝測(cè)試極其方便。從圖中可見(jiàn),激勵(lì)柱塞的右端油腔由液壓?jiǎn)卧３?/span>20MPa以內(nèi)的靜壓力（相當(dāng)于7 000N的靜態(tài)力），而在柱塞中部的左右環(huán)形面施加由電液伺服閥控制的動(dòng)壓力，所產(chǎn)生的大動(dòng)態(tài)力可達(dá)1 500N。

激振器的大動(dòng)態(tài)力不僅取決于液壓系統(tǒng)的壓力，還與整個(gè)加工中心動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)的剛度有關(guān)。當(dāng)加工中心柔度較大時(shí)，在同樣液壓壓力下產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)激振力較小。此外，由于受到電液伺服閥動(dòng)態(tài)性能的限制，激振力也是激振頻率的函數(shù)。當(dāng)頻率
超過(guò)150Hz時(shí),動(dòng)態(tài)激振力明顯降低。柱塞的運(yùn)動(dòng)幅度與激振頻率和液壓?jiǎn)卧牧髯柘嚓P(guān)，當(dāng)頻率為150Hz時(shí)，激振力約為750N,柱塞行程約為±6mm。激振頭位于激振器柱塞的左端，其外周貼有應(yīng)變片，用于測(cè)量激振力的大小和波形。

3.2.6電液激振器同

電液激振器是借助一定質(zhì)量的激振塊在加速度變化時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)力對(duì)加工中心部件激勵(lì)，以類似“地震”的逆原理進(jìn)行工作，其典型結(jié)構(gòu)如圖25所示。從圖中可見(jiàn),電液伺服閥控制進(jìn)入柱塞左右環(huán)形腔的液壓油流變化，使柱塞桿及其兩端的激振塊往復(fù)快速移動(dòng)。這_運(yùn)動(dòng)的反作用力通過(guò)固定在加工中心工作臺(tái)上的激振器底板傳給加工中心，對(duì)加工中心進(jìn)行動(dòng)態(tài)激勵(lì)。柱塞桿在受力狀態(tài)下的變形借助應(yīng)變片測(cè)出，并轉(zhuǎn)化為反映動(dòng)態(tài)激振力的電信號(hào)。激振的頻率范圍為0Hz~500Hz,振幅大行程±l〇mm,激振質(zhì)量塊有4種不同規(guī)格,可以組合成不同大小的激振質(zhì)量。

3.2.7壓電陶瓷激振器

壓電效應(yīng)是某些晶體材料能夠產(chǎn)生正比于在其表面所承受機(jī)械壓力的電荷特性,廣泛用于力傳感器。隨著新型逆壓電效應(yīng)陶瓷材料的出現(xiàn)，對(duì)元件施加電壓也可使其外輪廓產(chǎn)生幾何變化,稱之為力變換器或壓電致動(dòng)元件。德國(guó)物理儀器（PhysikInstrument^公司的壓電陶瓷激振器的工作原理和外觀如圖26所示^[13]。圖26壓電陶瓷激振器的原理從圖中可見(jiàn)，逆壓電效應(yīng)的力變換器有縱向疊堆式、橫向板式和薄膜式3種。縱向疊堆式力變換器的行程變化Ai是每個(gè)單元疊加的總和。大可達(dá)300|xm,大剛度可達(dá)2 100N/|xm,大承載力3 500N。橫向板式力變換器的每個(gè)單元都可完成全行程變化AL,故行程范圍較小，僅為20|xm~45|xm,變換器剛度范圍為8N/njn~15N/(im,大承載力100N,皆與疊堆式力變換器相差甚遠(yuǎn)。薄膜式力變換器由鋼和陶瓷兩種材料合成，雖行程范圍較大，但剛度和承載力度都較小。

疊堆式力變換器所需的激勵(lì)電源電壓高達(dá)1 000V,以實(shí)現(xiàn)大幅度的行程。板式力變換器的激勵(lì)電源電壓約100V,但所需電流較大。隨著功率放大器技術(shù)的進(jìn)展，疊堆式和板式力變換器都可以作為加工中心動(dòng)態(tài)性能測(cè)試的相對(duì)激振器,但能夠達(dá)到的大幅值要比電液激振器小得多。

3.2.8不同激振方式的比較^[5]

不同激振方式和激振器的技術(shù)特點(diǎn)比較見(jiàn)表5。
采用電動(dòng)、電液和壓電相對(duì)激振時(shí)，激振器安裝在刀具(主軸）與工件(工作臺(tái))之間，加工中心處于靜止?fàn)顟B(tài)。電動(dòng)和電液激振技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。壓電激振大靜態(tài)力很大，而動(dòng)態(tài)力很小，限制了它的應(yīng)用范圍。電磁激振可以在工件或刀具旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行，但高激振頻率和大動(dòng)態(tài)力都較低。電液激振時(shí),激振器通常固定在工作臺(tái)上，借助慣性力從外部對(duì)加工中心激振。必要時(shí),工作臺(tái)可移動(dòng)，主軸可旋轉(zhuǎn)，其特點(diǎn)是激振頻率較低。力錘激振裝置，使用方便,應(yīng)用非常廣泛。其特點(diǎn)是僅能輸出脈沖非周期信號(hào)。電動(dòng)、電磁、電液和壓電激振方式都可按需要輸出簡(jiǎn)諧信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)。3.3動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)分析案例M

加工中心動(dòng)態(tài)性能理論模型及其仿真的可信性取決于邊界條件&卩阻尼比等）的確定。這些邊界條件不僅與加工中心的結(jié)構(gòu)和材料性能有關(guān),還與機(jī)構(gòu)的磨損、預(yù)緊力的變化和負(fù)載有關(guān),只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。因此，理論建模和測(cè)試兩者相互補(bǔ)充，不可偏廢。

3.3.1模態(tài)測(cè)試分析

模態(tài)測(cè)試分析是用實(shí)驗(yàn)方法獲得加工中心的振型。韓國(guó)昌原大學(xué)對(duì)一臺(tái)落地鏜銑加工中心的立柱和主軸滑枕部件進(jìn)行了動(dòng)態(tài)性能分析和測(cè)試，包括模態(tài)的有限元分析和測(cè)試以及加工中心動(dòng)剛度的評(píng)估。現(xiàn)將其作為典型案例加以簡(jiǎn)要介紹。

首先，將該加工中心部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化，忽略_些細(xì)節(jié)，并將立柱底部四角的節(jié)點(diǎn)固定，建立了含有17 976個(gè)節(jié)點(diǎn)和18 832個(gè)單元的有限元模型。借助有限元分析軟件求得一階到四階的固有頻率，分別為 59.51Hz、83.16H_z、92.64Hz 和 107.06Hz,同時(shí)獲得對(duì)應(yīng)上述固有頻率的模態(tài)振型。然后，使用力錘對(duì)滑枕端部進(jìn)行脈沖激勵(lì)，借助加速度計(jì)拾取振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集和分析獲得頻率響應(yīng)函數(shù)和模態(tài)振型。其測(cè)試方法如圖27所示。