[發明專利]一種數控機床進給驅動機構軸向振動的測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201110384868.2
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102490087A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 周勇;曹小華;李文鋒;王貢獻;王國賢
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B23Q17/12
• 分類號: B23Q17/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 孟慶繁

技術領域

本發明涉及數控機床動態性能測量裝置及方法，特別是涉及數控機床進給驅動機構軸向振動的測量裝置及其測量方法。

背景技術

數控機床的進給驅動機構通常采用滾珠絲杠副作為傳動部件，由于其復雜傳動關系，不可避免會產生彈性變形和振動，進給驅動機構的軸向振動是影響機床加工精度和工件表面質量的重要因素之一。尤其在高速、高加速度條件下，其軸向振動可能成為嚴重問題。因此，有必要對機床進給驅動機構軸向振動情況進行監測，獲取其振動頻譜，為其設計優化和振動控制提供科學依據。

通常，對于機械振動的測量采用加速度傳感器。然而，數控機床進給驅動機構的軸向振動往往實在機床進行加工的運動過程中產生，加速度傳感器并不適合測量這種大位移運動過程中產生的振動。隨著對數控機床高定位精度的要求，越來越多的數控機床進給驅動機構開始安裝直線光柵尺以提高其絕對位置精度。但是，直線光柵尺的應用通常僅限于位置精度的測量，而不考慮其運動過程中所產生的振動。

發明內容

本發明的目的是提供一種可在數控機床運行時快速和準確測量其進給驅動機構直線運動部件的軸向振動，分析其軸向動力學特性的數控機床進給驅動機構軸向振動的測量裝置及其方法。

首先，本發明提供了一種數控機床進給驅動機構軸向振動的測量裝置，包括高分辯率直線光柵尺、光柵測頭、高速計數卡、振動測量與分析模塊、計算機；高分辯率直線光柵尺安裝在機床基座上，光柵測頭安裝在運動部件上，光柵測頭沿高分辯率直線光柵尺運動，用于測量運動部件的直線位移；高速計數卡安裝在計算機內，光柵測頭通過信號線與高速計數卡相連，用于讀取直線光柵尺所測得的位移量；振動測量與分析模塊為計算機軟件，安裝在計算機中，按照一定的采樣頻率實時獲取并保存離散的位移數據，并對該數據進行處理，獲得運動部件的軸向振動頻譜。

運動部件可以是工作臺，也可以是運動刀架。

其次，本發明提供了一種利用上述測量裝置的數控機床進給驅動機構軸向振動的測量方法，包括如下步驟：

1)利用數控裝置產生高速、高加速度直線運動指令，并將指令信號傳送到伺服驅動器；

2)伺服驅動器將信號經整定放大后送到伺服電機驅動滾珠絲杠副運動，滾珠絲杠副將旋轉運動轉換為運動部件的直線運動；

3)光柵測頭配合高分辨率直線光柵尺測量運動部件的位移，并將數據以脈沖形式發送到高速計數卡，

4)高速計數卡以高采樣頻率測取位移數據，得到一定采樣時間間隔的一組離散位移數據，通過振動測量與分析模塊讀取并保存至計算機；

5)振動測量與分析模塊將測得的運動位移數據進行兩次差分運算，得到運動加速度數據，截取運動部件作大位移勻速運動時的加速度信號，對該加速度信號作快速傅立葉變換，即可獲得運動部件軸向振動頻譜；

本發明可在機床運行時快速和準確測量數控機床直線運動部件的軸向振動，分析其軸向動力學特性，為數控機床進給驅動機構的設計及振動控制提供科學依據。

附圖說明

圖1為本發明測量裝置結構示意圖。

圖2為本發明測量方法流程圖。

圖3為本發明數控裝置的指令速度曲線示意圖。

圖4為本發明運動部件響應的速度曲線示意圖

圖中：1.數控裝置，2.伺服驅動器，3.高分辨率直線光柵尺，4.光柵測頭，5.高速計數卡，6.計算機，7.振動測量與分析模塊，8.伺服電機，9.聯軸器，10.絲杠前軸承，11.滾珠絲杠副，12.左導軌，13.工作臺，14.右導軌，15.絲杠后軸承，16.基座。

具體實施方式

如圖1所示，本發明所要測量的數控機床進給驅動機構主要包括數控裝置1，伺服驅動器2，伺服電機8，聯軸器9，絲杠前軸承10，滾珠絲杠副11，左導軌12，工作臺13，右導軌14，絲杠后軸承15，基座16。本發明中的測量裝置包括高分辨率直線光柵尺3、光柵測頭4、高速計數卡5、計算機6、振動測量與分析模塊7。高分辯率直線光柵尺3安裝在基座上，光柵測頭安裝在工作臺13上，光柵測頭4沿高分辯率直線光柵尺3運動；高速計數卡5安裝在計算機6內，光柵測頭4通過信號線與高速計數卡5相連；振動測量與分析模塊7為計算機軟件，安裝在計算機6中。

如圖2所示，使用上述測量裝置的數控機床進給驅動機構軸向振動的測量方法的步驟如下：

1)利用數控裝置1產生高加速度直線運動指令，并將指令信號傳送到伺服驅動器。利用數控裝置1產生直線運動指令的速度曲線如圖3所示。