專利名稱：一種基于內置傳感器的數控機床主軸現(xiàn)場動平衡方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測、診斷與維護技術領域中數控機床主軸轉子現(xiàn)場動平衡技術領域，涉及傳感器技術和數字信號處理領域，特別涉及到內置光柵尺動態(tài)位置信息的獲取技術和基于光柵尺動態(tài)位置信息的數控機床主軸動平衡方法。
背景技術：
大量研究證實主軸的振動容易在零件加工表面形成間距比粗糙度大得多、隨機的或接近周期形式的成分構成的表面不平度，即表面波紋度，通常也被稱作振紋。表面波紋度是評價產品加工質量的一項重要指標，以齒輪加工為例，齒輪的表面波紋度將帶來傳動噪聲與振動問題，并最終影響到產品的壽命和可靠性。不平衡是導致高速電主軸振動的一項主要誘因，現(xiàn)場動平衡是用于解決機床主軸失衡問題最為常用的技術。然而目前，幾乎所有的數控機床主軸現(xiàn)場動平衡儀器的振動信息都來源于外接的振動傳感器如位移、速度或者加速度傳感器。以加速度傳感器為例，一個完整的平衡流程包括將其吸附在機床主軸表面，利用數據采集器采集振動信息并預處理后獲取不平衡響應振動，由此計算得到不平衡矢量，最終通過執(zhí)行機構完成配重達到主軸平衡目標?；谕饨诱駝觽鞲衅鳒y振是目前主軸現(xiàn)場平衡的主流方式，然而也存在很大的不足，首先是采用外置傳感器增加了測試成本， 影響產品的市場競爭力；其次外接傳感器要求主軸留有安裝位置，甚至需要設計專門的安裝接口，而主軸上有限的安裝空間容易對傳感器的安裝帶來限制。隨著數控機床運動精度要求的不斷提高，機床各運動軸都采用伺服反饋控制技術，數控機床的內置傳感器提供了豐富的動態(tài)運動信息。
發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種基于內置光柵尺與主軸編碼器信息的數控機床主軸現(xiàn)場動平衡技術。其目的是充分利用數控機床內置信息以減少系統(tǒng)硬件成本并實現(xiàn)特殊環(huán)境要求的主軸現(xiàn)場動平衡控制。與傳統(tǒng)的基于振動傳感器的現(xiàn)場動平衡方法相比，該方法在動平衡實施中以數控機床內置光柵尺與主軸電機編碼器信息為依據。當主軸以一定轉速運轉時，由于不平衡等因素所導致的振動將直接傳遞至各進給軸，而這種受迫振動將導致各進給軸靜態(tài)位置的微量波動?；诖耍痉椒ㄔ谥鬏S不平衡信息獲取上，以主軸電機編碼器輸出的參考相作為鍵相信號觸發(fā)計數板卡同步采樣，通過計數板卡解碼主軸各進給軸的靜態(tài)位置波動信息，同時解碼主軸電機編碼器轉速信息。以此對主軸進行現(xiàn)場動平衡。具體技術方案如下步驟一數控機床主軸在平衡轉速下空載運行，其他進給軸保持靜止。利用計數板卡(兩通道時，采集鍵相信號與主軸單向振動，多通道時，采集鍵相信號和主軸多向振動信號。方案以多通道采集為例進行說明)以一定的采樣時間間隔采集主軸電機編碼器的位置信息與各進給軸非進給狀態(tài)下的位置波動信息，從而得到計數值格式的原始數據為，其中主軸電機編碼器的位置信息用作鍵相信號，完成測試后停機。通道指的是通過數據采集并解碼后得到的-
步驟:V.
路編碼器或者長光柵動態(tài)信號。將測得的主軸電機位置計數值通過公式(1)轉換為相應的轉速值。
權利要求
1.一種基于內置傳感器的數控機床主軸現(xiàn)場動平衡方法，其特征在于步驟一數控機床主軸在平衡轉速下空載運行，其他進給軸保持靜止；利用計數板卡按照采樣時間間隔采集主軸電機編碼器的位置信息與各進給軸非進給狀態(tài)下的位置波動信息，從而得到計數值格式的原始數據，其中主軸電機編碼器的位置信息用作鍵相信號，完成測試后停機；步驟二 將測得的主軸電機位置計數值通過公式(1)轉換為相應的轉速值。 兄=1-^(,-1))/(2乃)/ = 1,2,... “_ 1(丄).(xOin)-xOin-I))Ii2O = η其中x。i——主軸電機計數值，i = 0，1···η; η——采樣長度； Ts——采樣時間間隔； Vi-----對應的速度序列；將測得的光柵尺計數值通過公式( 轉換為相應位置波動值。 V(n) = C(n) Xf (2)； 其中C(n)——進給軸光柵計數值； f——進給軸直線光柵尺柵距；V(η)——進給軸非進給狀態(tài)下的直線光柵尺位置波動值；步驟三對應于“步驟一”中的多通道測試時，利用快速傅里葉變換與頻譜校正技術，精確求取主軸振動的幅值、頻率、相位用于表征主軸的原始振動信息；步驟四根據所選平衡面，結合主軸原始振動數據，確定添加不平衡試重的大小和方位；在添加試重后重新啟動數控機床主軸至平衡工作轉速；步驟五重復步驟一至步驟三，采集加試重后平衡轉速下的振動數據，計算得到工作轉速下單位不平衡試重的標準不平衡振動響應；步驟六主軸停止運行，取出試重，以原始振動為平衡目標，之前計算得到的標準不平衡振動響應為影響系數，求取各配重的合理大小和相位；步驟七添加平衡配重后，測試平衡轉速下的結果，如滿足平衡要求，則本次平衡結束； 否則，重復上述步驟四至步驟七直至達到平衡目標。
2.如權利要求1所述基于內置傳感器的數控機床主軸現(xiàn)場動平衡方法，其特征在于 雙通道模式時，采集1通道鍵相信號與1通道主軸單向振動信號，多通道模式時，采集1通道鍵相信號與若干通道主軸各向振動信號；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于內置傳感器的數控機床主軸現(xiàn)場動平衡方法。該方法在動平衡實施中以數控機床內置光柵尺與主軸電機編碼器信息為依據。當主軸以一定轉速運轉時，由于不平衡等因素所導致的振動將直接傳遞至各進給軸，而這種受迫振動將導致各進給軸靜態(tài)位置的微量波動?；诖耍痉椒ㄔ谥鬏S不平衡信息獲取上，以主軸電機編碼器輸出的參考相作為鍵相信號觸發(fā)計數板卡同步采樣，通過計數板卡解碼主軸各進給軸的靜態(tài)位置波動信息，同時解碼主軸電機編碼器轉速信息。與傳統(tǒng)的基于振動傳感器的現(xiàn)場動平衡方法相比，通過充分利用數控機床內置信息，該方法在保證平衡精度要求的同時減少了系統(tǒng)硬件成本，并可實現(xiàn)特殊環(huán)境要求的主軸現(xiàn)場動平衡控制。
文檔編號G01M1/38GK102501141SQ20111033207
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權日2011年10月28日
發(fā)明者李勇, 楊奇俊, 林京, 王琇峰 申請人:西安交通大學