[发明专利]基于电流信号的数控机床双电机消隙机构预紧扭矩测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双电机-齿轮齿条消隙机构的调试与性能评估方法，具体涉及一种基于电流信号的数控机床双电机消隙机构预紧扭矩测定方法，属机电系统状态监测与故障诊断领域。

背景技术

随着装备制造业对高速、高精度和复合加工需求的不断增长，数控机床的多进给轴复合加工日益普及，对进给轴运动精度的要求也越来越高。滚珠丝杠由于长度的限制无法应用于大型机床中，而齿轮齿条结构的传动效率高、承载能力强，适用于大型数控机床的大行程进给，但其传动间隙无法避免。为了解决这一问题，双电机-齿轮齿条消隙机构被引入数控机床中，通过电气控制系统调整双齿轮的旋向和扭矩实现传动间隙的可靠消除，逐渐成为大型数控机床精确传动主要手段之一。

双电机消隙是使用两台相同的电机分别驱动两套相同的减速机构，两套减速机构的输出齿轮共同带动工作台在齿条上运动，通过电气控制，使进给机构在启动和换向的过程中，两个输出齿轮分别贴紧齿条上两个相反的啮合面，利用预紧扭矩避免进给机构在齿轮间隙中来回摆动，从而达到消除间隙、提高进给精度的目的。根据其工作原理，只要控制双电机之间的预紧扭矩，使之大于运动时的最大瞬时扭矩，就可以满足在进给过程中始终处于消隙状态，但是预紧扭矩过大会增加电机负荷，并导致齿轮齿条的磨损。在实际应用中，通过调节电气控制特性和机械部件运行特性，使其达到良好匹配才能发挥消隙作用，否则不但无法保证进给精度，反而会加速机械部件的寿命下降。因此，迫切需要能够有效调节预紧扭矩的技术方法，为大型数控机床安装调试和维修提供帮助。

在传统的数控机床安装调试技术中，双电机-齿轮齿条消隙机构一般采用两种方法测定预紧扭矩，一种是采用激光位移传感器测量齿轮齿条间隙，另一种是逐渐加大预紧扭矩比重，根据进给机构有无产生振动，近似选取较好的预紧扭矩。前一种方法操作复杂并需要多次反复，后一种方法主要依靠人工经验，均难以满足消隙机构调整的专业化要求。

发明内容

本发明目的克服上述现有技术的缺点，发明一种建立在电机定子电流信号分析技术的基础上，目的是提供一种利用客观检测数据测定双电机-齿轮齿条消隙机构预紧扭矩的方法，能够较为全面的反映消隙性能，摆脱对人工经验的依赖，提高大型机床调试的自动化水平，满足大型机床调试需要。

本发明所采用的技术方案是，基于电流信号的数控机床双电机消隙机构预紧扭矩测定方法，其特征是以进给轴往复运动过程中的驱动电机定子电流信号，作为对比参照的分析对象，在低预紧扭矩下采集驱动电机定子电流信号，并拟合预紧扭矩与电流峰值平均值的直线方程，继而逐步增大预紧扭矩，当电流峰值平均值与拟合直线误差超过阈值时，得到最佳消隙状态的预紧扭矩；该方法的实施步骤包括：

步骤1：从两台驱动电机中任选一台，在其母线上安放电流钳，使进给轴在恒速空载下往复运动3次，采集该往返过程中的驱动电机定子电流信号，作为对比参照的分析对象；

步骤2：对步骤1获得的驱动电机定子电流信号，找到每次往返中的电流峰值，记做P_i1，P_i2和P_i3，计算3个电流峰值的平均值P_i＝(P_i1+P_i2+P_i3)/3，式中，i代表第i组采集信号；

步骤3：调节机床数控系统参数Pre-Tension-Torque，给进给轴加上消隙预紧扭矩T_i，将其分别设置为0％，2％，4％，6％，8％，10％，重复步骤1和2，得到6个预紧扭矩下的电流峰值平均值P_i，i＝1，2，Λ，6；