專利名稱：一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行性能評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行性能評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床是加工制造領(lǐng)域中的基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備，具有高度自動(dòng)化和機(jī)電液一體的特點(diǎn)。目前數(shù)控機(jī)床的性能檢驗(yàn)主要包括幾何精度測(cè)量和運(yùn)行性能檢測(cè)兩個(gè)方面，幾何精度測(cè)量又稱為靜態(tài)精度檢驗(yàn)，用于檢測(cè)零部件組裝后的線面形狀誤差與位置位移誤差，運(yùn)行性能檢測(cè)則用來(lái)評(píng)估機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的進(jìn)給、主軸等關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況。運(yùn)行性能的檢測(cè)與評(píng)估不但反映機(jī)床各個(gè)部件運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)與配合情況，也體現(xiàn)出機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的優(yōu)化匹配程度，對(duì)保證數(shù)控機(jī)床的加工效率和精度具有重要意義。進(jìn)給系統(tǒng)是維持機(jī)床切削運(yùn)動(dòng)持續(xù)進(jìn)行的綜合系統(tǒng)，由于其空間結(jié)構(gòu)緊湊封閉，處于連續(xù)運(yùn)動(dòng)中，且工作環(huán)境惡劣，振動(dòng)、溫度、位移等外置式傳感器的安裝和使用受到極大的限制。因此，利用開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，采集和處理內(nèi)置式傳感器(光柵尺、編碼器、電機(jī)電流傳感器等)提供的位移、速度和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，逐漸成為進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行性能檢測(cè)的新技術(shù)手段。然而在進(jìn)給過(guò)程中，機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)受到位置和速度的伺服控制，使運(yùn)行檢測(cè)處于復(fù)雜多變的工作條件下，運(yùn)行性能信息與控制環(huán)的實(shí)時(shí)調(diào)整信息混疊在檢測(cè)信號(hào)中，在不進(jìn)行有效分離的情況下，很難建立可靠的運(yùn)行性能評(píng)估指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行性能評(píng)估方法，以數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置式傳感器提供的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)為分析對(duì)象，通過(guò)信號(hào)分解和特征指標(biāo)提取，在空載恒速全進(jìn)給行程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行性能的量化評(píng)估。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)解決方案是一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行性能評(píng)估方法，將空載恒速全進(jìn)給行程的伺服電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，分解為瞬時(shí)沖擊、趨勢(shì)函數(shù)和短周期波動(dòng)，分別提取反映進(jìn)給系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)性能與運(yùn)動(dòng)性能的特征指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)行性能評(píng)估，包括以下步驟I)通過(guò)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的通訊接口，采集進(jìn)給軸空載恒速全行程往返過(guò)程中的進(jìn)給位置信號(hào)P (ti)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)T (ti)，其中ti為采樣時(shí)刻；2)根據(jù)進(jìn)給位置信號(hào)P Ui)，找出非穩(wěn)定進(jìn)給階段的起始時(shí)刻與結(jié)束時(shí)刻tB和tE，非穩(wěn)定進(jìn)給階段包括啟動(dòng)、換向或變級(jí)階段，以tB < \ < tE時(shí)間段內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)為瞬時(shí)沖擊成分T1,即T1 = T(ti), tB < ti < t,計(jì)算進(jìn)給往返換向時(shí)的瞬時(shí)沖擊成分峰峰值max (T1) -min (T1)，將其作為進(jìn)給系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性特征；3)使用最小二乘法擬合穩(wěn)定進(jìn)給區(qū)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)與進(jìn)給位置的趨勢(shì)函數(shù)，該趨勢(shì)函數(shù)通常選擇直線方程T ' (t) = a+bP(t)，其中
權(quán)利要求
1.一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行性能評(píng)估方法，其特征在于，將空載恒速全進(jìn)給行程的伺服電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，分解為瞬時(shí)沖擊、趨勢(shì)函數(shù)和短周期波動(dòng)，分別提取反映進(jìn)給系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)性能與運(yùn)動(dòng)性能的特征指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)行性能評(píng)估，包括以下步驟 1)通過(guò)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的通訊接口，采集進(jìn)給軸空載恒速全行程往返過(guò)程中的進(jìn)給位置信號(hào)Pai)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)T (ti)，其中\(zhòng)為采樣時(shí)刻； 2)根據(jù)進(jìn)給位置信號(hào)PUi)，找出非穩(wěn)定進(jìn)給階段的起始時(shí)刻與結(jié)束時(shí)刻tB和tE，非穩(wěn)定進(jìn)給階段包括啟動(dòng)、換向或變級(jí)階段，以tB < \ < tE時(shí)間段內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)為瞬時(shí)沖擊成分T1,即TI = T(ti), tB < h < t,計(jì)算進(jìn)給往返換向時(shí)的瞬時(shí)沖擊成分峰峰值max (T1) -min (T1),將其作為進(jìn)給系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性特征； 3)使用最小二乘法擬合穩(wěn)定進(jìn)給區(qū)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)與進(jìn)給位置的趨勢(shì)函數(shù)，該趨勢(shì)函數(shù)通常選擇直線方程T ' (t) = a+bP(t)，其中 為平穩(wěn)區(qū)起 始時(shí)刻，tn為平穩(wěn)區(qū)終止時(shí)刻，n為平穩(wěn)進(jìn)給區(qū)采樣點(diǎn)數(shù)，以直線方程斜率b的絕對(duì)值作為進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能特征； 4)從驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)中減去瞬時(shí)沖擊成分和趨勢(shì)函數(shù)，得到短周期波動(dòng)信號(hào)Tf，計(jì)算短期波動(dòng)信號(hào)的峰峰值max (Tf)-min (Tf)，并通過(guò)傅立葉變換獲得短期波動(dòng)信號(hào)的頻譜圖，以峰峰值、頻譜峰值、頻譜峰值對(duì)應(yīng)頻率值作為運(yùn)動(dòng)性能特征； 5)對(duì)比不同數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)行性能特征值，往返換向時(shí)瞬時(shí)沖擊成分峰峰值越小表明進(jìn)給系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性越好，趨勢(shì)函數(shù)斜率值越小表明進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能越好，短周期波動(dòng)峰峰值越小表明進(jìn)給系統(tǒng)總體摩擦轉(zhuǎn)矩越小，運(yùn)動(dòng)性能越好，短周期波動(dòng)頻譜峰值指示出主要摩擦做功部件的消耗能量及運(yùn)動(dòng)頻率。
全文摘要
一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行性能評(píng)估方法，利用開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的通訊接口，獲取空載恒速全進(jìn)給行程中的伺服電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)和位置信號(hào)，根據(jù)進(jìn)給位置對(duì)轉(zhuǎn)矩信號(hào)分段，以進(jìn)給往返換向時(shí)的瞬時(shí)沖擊成分峰峰值作為暫態(tài)穩(wěn)定性特征；使用最小二乘法擬合平穩(wěn)進(jìn)給區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)矩信號(hào)相對(duì)于進(jìn)給位置的趨勢(shì)函數(shù)，作為進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能特征；以剩余短期波動(dòng)信號(hào)的峰峰值、頻譜峰值和頻譜峰值對(duì)應(yīng)頻率值作為運(yùn)行性能特征；對(duì)比三類特征，評(píng)估不同數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)行性能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行性能的量化檢測(cè)與對(duì)比評(píng)價(jià)，對(duì)保障數(shù)控機(jī)床加工效率和進(jìn)給精度具有重要意義。
文檔編號(hào)G01M99/00GK102636366SQ20121011618
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者張慶, 徐光華, 王晶, 阮東山 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)