[发明专利]一种基于内置传感器的数控机床主轴现场动平衡方法

说明书

技术领域

本发明属于机械系统动态监测、诊断与维护技术领域中数控机床主轴转子现场动平衡技术领域，涉及传感器技术和数字信号处理领域，特别涉及到内置光栅尺动态位置信息的获取技术和基于光栅尺动态位置信息的数控机床主轴动平衡方法。

背景技术

大量研究证实主轴的振动容易在零件加工表面形成间距比粗糙度大得多、随机的或接近周期形式的成分构成的表面不平度，即表面波纹度，通常也被称作振纹。表面波纹度是评价产品加工质量的一项重要指标，以齿轮加工为例，齿轮的表面波纹度将带来传动噪声与振动问题，并最终影响到产品的寿命和可靠性。不平衡是导致高速电主轴振动的一项主要诱因，现场动平衡是用于解决机床主轴失衡问题最为常用的技术。然而目前，几乎所有的数控机床主轴现场动平衡仪器的振动信息都来源于外接的振动传感器如位移、速度或者加速度传感器。以加速度传感器为例，一个完整的平衡流程包括将其吸附在机床主轴表面，利用数据采集器采集振动信息并预处理后获取不平衡响应振动，由此计算得到不平衡矢量，最终通过执行机构完成配重达到主轴平衡目标。基于外接振动传感器测振是目前主轴现场平衡的主流方式，然而也存在很大的不足，首先是采用外置传感器增加了测试成本，影响产品的市场竞争力；其次外接传感器要求主轴留有安装位置，甚至需要设计专门的安装接口，而主轴上有限的安装空间容易对传感器的安装带来限制。随着数控机床运动精度要求的不断提高，机床各运动轴都采用伺服反馈控制技术，数控机床的内置传感器提供了丰富的动态运动信息。

发明内容

本发明提出一种基于内置光栅尺与主轴编码器信息的数控机床主轴现场动平衡技术。其目的是充分利用数控机床内置信息以减少系统硬件成本并实现特殊环境要求的主轴现场动平衡控制。与传统的基于振动传感器的现场动平衡方法相比，该方法在动平衡实施中以数控机床内置光栅尺与主轴电机编码器信息为依据。当主轴以一定转速运转时，由于不平衡等因素所导致的振动将直接传递至各进给轴，而这种受迫振动将导致各进给轴静态位置的微量波动。基于此，本方法在主轴不平衡信息获取上，以主轴电机编码器输出的参考相作为键相信号触发计数板卡同步采样，通过计数板卡解码主轴各进给轴的静态位置波动信息，同时解码主轴电机编码器转速信息。以此对主轴进行现场动平衡。

具体技术方案如下：

步骤一：数控机床主轴在平衡转速下空载运行，其他进给轴保持静止。利用计数板卡(两通道时，采集键相信号与主轴单向振动，多通道时，采集键相信号和主轴多向振动信号。方案以多通道采集为例进行说明)以一定的采样时间间隔采集主轴电机编码器的位置信息与各进给轴非进给状态下的位置波动信息，从而得到计数值格式的原始数据为，其中主轴电机编码器的位置信息用作键相信号，完成测试后停机。通道指的是通过数据采集并解码后得到的一路编码器或者长光栅动态信号。

步骤二：将测得的主轴电机位置计数值通过公式(1)转换为相应的转速值。