[發明專利]基于電流信號的數控機床雙電機消隙機構預緊扭矩測定方法

有效

• 申請號: 201110435635.0
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102554700A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 嚴江云;許昆平;李坤;張韜;武記超
• 申請（專利權）人: 沈機集團昆明機床股份有限公司
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;B23Q5/56
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明涉及一種雙電機-齒輪齒條消隙機構的調試與性能評估方法，具體涉及一種基于電流信號的數控機床雙電機消隙機構預緊扭矩測定方法，屬機電系統狀態監測與故障診斷領域。

背景技術

隨著裝備制造業對高速、高精度和復合加工需求的不斷增長，數控機床的多進給軸復合加工日益普及，對進給軸運動精度的要求也越來越高。滾珠絲杠由于長度的限制無法應用于大型機床中，而齒輪齒條結構的傳動效率高、承載能力強，適用于大型數控機床的大行程進給，但其傳動間隙無法避免。為了解決這一問題，雙電機-齒輪齒條消隙機構被引入數控機床中，通過電氣控制系統調整雙齒輪的旋向和扭矩實現傳動間隙的可靠消除，逐漸成為大型數控機床精確傳動主要手段之一。

雙電機消隙是使用兩臺相同的電機分別驅動兩套相同的減速機構，兩套減速機構的輸出齒輪共同帶動工作臺在齒條上運動，通過電氣控制，使進給機構在啟動和換向的過程中，兩個輸出齒輪分別貼緊齒條上兩個相反的嚙合面，利用預緊扭矩避免進給機構在齒輪間隙中來回擺動，從而達到消除間隙、提高進給精度的目的。根據其工作原理，只要控制雙電機之間的預緊扭矩，使之大于運動時的最大瞬時扭矩，就可以滿足在進給過程中始終處于消隙狀態，但是預緊扭矩過大會增加電機負荷，并導致齒輪齒條的磨損。在實際應用中，通過調節電氣控制特性和機械部件運行特性，使其達到良好匹配才能發揮消隙作用，否則不但無法保證進給精度，反而會加速機械部件的壽命下降。因此，迫切需要能夠有效調節預緊扭矩的技術方法，為大型數控機床安裝調試和維修提供幫助。

在傳統的數控機床安裝調試技術中，雙電機-齒輪齒條消隙機構一般采用兩種方法測定預緊扭矩，一種是采用激光位移傳感器測量齒輪齒條間隙，另一種是逐漸加大預緊扭矩比重，根據進給機構有無產生振動，近似選取較好的預緊扭矩。前一種方法操作復雜并需要多次反復，后一種方法主要依靠人工經驗，均難以滿足消隙機構調整的專業化要求。

發明內容

本發明目的克服上述現有技術的缺點，發明一種建立在電機定子電流信號分析技術的基礎上，目的是提供一種利用客觀檢測數據測定雙電機-齒輪齒條消隙機構預緊扭矩的方法，能夠較為全面的反映消隙性能，擺脫對人工經驗的依賴，提高大型機床調試的自動化水平，滿足大型機床調試需要。

本發明所采用的技術方案是，基于電流信號的數控機床雙電機消隙機構預緊扭矩測定方法，其特征是以進給軸往復運動過程中的驅動電機定子電流信號，作為對比參照的分析對象，在低預緊扭矩下采集驅動電機定子電流信號，并擬合預緊扭矩與電流峰值平均值的直線方程，繼而逐步增大預緊扭矩，當電流峰值平均值與擬合直線誤差超過閾值時，得到最佳消隙狀態的預緊扭矩；該方法的實施步驟包括：

步驟1：從兩臺驅動電機中任選一臺，在其母線上安放電流鉗，使進給軸在恒速空載下往復運動3次，采集該往返過程中的驅動電機定子電流信號，作為對比參照的分析對象；

步驟2：對步驟1獲得的驅動電機定子電流信號，找到每次往返中的電流峰值，記做P_i1，P_i2和P_i3，計算3個電流峰值的平均值P_i＝(P_i1+P_i2+P_i3)/3，式中，i代表第i組采集信號；

步驟3：調節機床數控系統參數Pre-Tension-Torque，給進給軸加上消隙預緊扭矩T_i，將其分別設置為0％，2％，4％，6％，8％，10％，重復步驟1和2，得到6個預緊扭矩下的電流峰值平均值P_i，i＝1，2，Λ，6；