一种基于电机转矩信号的机床进给系统运行性能评估方法，利用开放式数控系统的通讯接口，获取空载恒速全进给行程中的伺服电机输出转矩信号和位置信号，根据进给位置对转矩信号分段，以进给往返换向时的瞬时冲击成分峰峰值作为暂态稳定性特征；使用最小二乘法拟合平稳进给区内转矩信号相对于进给位置的趋势函数，作为进给系统的结构性能特征；以剩余短期波动信号的峰峰值、频谱峰值和频谱峰值对应频率值作为运行性能特征；对比三类特征，评估不同数控机床进给系统的运行性能。本发明专利技术实现了进给系统运行性能的量化检测与对比评价，对保障数控机床加工效率和进给精度具有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数控机床动态性能检测技术，具体涉及。
技术介绍
数控机床是加工制造领域中的基础生产设备，具有高度自动化和机电液一体的特点。目前数控机床的性能检验主要包括几何精度测量和运行性能检测两个方面，几何精度测量又称为静态精度检验，用于检测零部件组装后的线面形状误差与位置位移误差，运行性能检测则用来评估机床运转时的进给、主轴等关键机构的运动状况。运行性能的检测与评估不但反映机床各个部件运动的协调与配合情况，也体现出机械结构和控制系统的优化匹配程度，对保证数控机床的加工效率和精度具有重要意义。进给系统是维持机床切削运动持续进行的综合系统，由于其空间结构紧凑封闭，处于连续运动中，且工作环境恶劣，振动、温度、位移等外置式传感器的安装和使用受到极大的限制。因此，利用开放式数控系统，采集和处理内置式传感器(光栅尺、编码器、电机电流传感器等)提供的位移、速度和伺服电机转矩数据，逐渐成为进给系统运行性能检测的新技术手段。然而在进给过程中，机械部件的运动受到位置和速度的伺服控制，使运行检测处于复杂多变的工作条件下，运行性能信息与控制环的实时调整信息混叠在检测信号中，在不进行有效分离的情况下，很难建立可靠的运行性能评估指标。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，以数控系统内置式传感器提供的驱动电机转矩信号为分析对象，通过信号分解和特征指标提取，在空载恒速全进给行程范围内实现运行性能的量化评估。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术解决方案是，将空载恒速全进给行程的伺服电机输出转矩，分解为瞬时冲击、趋势函数和短周期波动，分别提取反映进给系统暂态稳定性、结构性能与运动性能的特征指标，实现进给系统的运行性能评估，包括以下步骤I)通过开放式数控系统的通讯接口，采集进给轴空载恒速全行程往返过程中的进给位置信号P (ti)和驱动电机转矩信号T (ti)，其中ti为采样时刻；2)根据进给位置信号P Ui)，找出非稳定进给阶段的起始时刻与结束时刻tB和tE，非稳定进给阶段包括启动、换向或变级阶段，以tB < \ < tE时间段内的驱动电机转矩信号为瞬时冲击成分T1,即T1 = T(ti), tB < ti < t,计算进给往返换向时的瞬时冲击成分峰峰值max (T1) -min (T1)，将其作为进给系统暂态稳定性特征；3)使用最小二乘法拟合稳定进给区内驱动电机转矩信号与进给位置的趋势函数，该趋势函数通常选择直线方程T ' (t) = a+bP(t)，其中权利要求1.，其特征在于，将空载恒速全进给行程的伺服电机输出转矩，分解为瞬时冲击、趋势函数和短周期波动，分别提取反映进给系统暂态稳定性、结构性能与运动性能的特征指标，实现进给系统的运行性能评估，包括以下步骤 1)通过开放式数控系统的通讯接口，采集进给轴空载恒速全行程往返过程中的进给位置信号Pai)和驱动电机转矩信号T (ti)，其中\为采样时刻； 2)根据进给位置信号PUi)，找出非稳定进给阶段的起始时刻与结束时刻tB和tE，非稳定进给阶段包括启动、换向或变级阶段，以tB < \ < tE时间段内的驱动电机转矩信号为瞬时冲击成分T1,即TI = T(ti), tB < h < t,计算进给往返换向时的瞬时冲击成分峰峰值max (T1) -min (T1),将其作为进给系统暂态稳定性特征； 3)使用最小二乘法拟合稳定进给区内驱动电机转矩信号与进给位置的趋势函数，该趋势函数通常选择直线方程T ' (t) = a+bP(t)，其中 为平稳区起 始时刻，tn为平稳区终止时刻，n为平稳进给区采样点数，以直线方程斜率b的绝对值作为进给系统的结构性能特征； 4)从驱动电机转矩信号中减去瞬时冲击成分和趋势函数，得到短周期波动信号Tf，计算短期波动信号的峰峰值max (Tf)-min (Tf)，并通过傅立叶变换获得短期波动信号的频谱图，以峰峰值、频谱峰值、频谱峰值对应频率值作为运动性能特征； 5)对比不同数控机床进给系统的运行性能特征值，往返换向时瞬时冲击成分峰峰值越小表明进给系统暂态稳定性越好，趋势函数斜率值越小表明进给系统结构性能越好，短周期波动峰峰值越小表明进给系统总体摩擦转矩越小，运动性能越好，短周期波动频谱峰值指示出主要摩擦做功部件的消耗能量及运动频率。全文摘要，利用开放式数控系统的通讯接口，获取空载恒速全进给行程中的伺服电机输出转矩信号和位置信号，根据进给位置对转矩信号分段，以进给往返换向时的瞬时冲击成分峰峰值作为暂态稳定性特征；使用最小二乘法拟合平稳进给区内转矩信号相对于进给位置的趋势函数，作为进给系统的结构性能特征；以剩余短期波动信号的峰峰值、频谱峰值和频谱峰值对应频率值作为运行性能特征；对比三类特征，评估不同数控机床进给系统的运行性能。本专利技术实现了进给系统运行性能的量化检测与对比评价，对保障数控机床加工效率和进给精度具有重要意义。文档编号G01M99/00GK102636366SQ20121011618公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日专利技术者张庆, 徐光华, 王晶, 阮东山 申请人:西安交通大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张庆，徐光华，王晶，阮东山，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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