[发明专利]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

摘要

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。

主权项

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，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(ti)，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≤ti≤tE时间段内的驱动电机转矩信号为瞬时冲击成分TI，即TI＝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(TI)‑min(TI)，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 b = n [ Σ i = 1 n P ( t i ) T ( t i ) ] - [ Σ i = 1 n P ( t i ) ] [ Σ i = 1 n T ( t i ) ] n [ Σ i = 1 n P ( t i ) 2 ] - [ Σ i = 1 n P ( t i ) ] 2 , a = 1 n Σ i = 1 n T ( t i ) - b 1 n Σ i = 1 n P ( t i ) , t1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。