[發明專利]數控機床進給軸機電耦合性能測試臺

無效

• 申請號: 201310724883.6
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103645064A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 劉闊;李焱;于文東
• 申請（專利權）人: 沈陽機床（集團）有限責任公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01R31/00
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 羅瑩

技術領域

本發明涉及數控機床伺服進給系統的性能測試領域，具體為一種數控機床進給軸機電耦合性能測試臺。

背景技術

數據機床的伺服系統參數優化是一個比較困難的問題，在機床的伺服系統進行調試的過程中，系統會給定一組調試軸的默認參數，但這些參數一般是為保證系統正常運行而設置的比較保守的參數，不能滿足高速、高效率的加工要求。另外，數控機床的振動也是數控機床調試中的一個難點。除了由于結構共振引起的振動，伺服控制系統和機械傳動系統的不匹配導致的失穩也是一個主要因素。電機的輸出力或扭矩是聯系連接機械系統與NC伺服系統的唯一物理量，其時域頻域特征直接影響到機械系統的加工質量。機械系統作為一個復雜的動力學系統，其機械特性的實時變化會導致固有頻率的實時變化，這就要求力矩的頻率成分做出相應的變化避免系統的失穩。然而，直接測量扭矩在工業生產中不易實現，如果研究得到伺服電流與電機輸出扭矩之間的關系，就可以通過間接測量電流來得到扭矩，通過調整電流的頻率分布，使電機輸出扭矩與機械系統相匹配就能實現高的加工質量；由此需要一個專用的數控機床進給軸機電耦合性能測試臺，用于完成各參數測量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種數控機床進給軸機電耦合性能測試臺，用于完成參數測量，針對測量數據進行分析，得到伺服電流與電機輸出扭矩之間的關系，進而解決伺服系統參數優化和伺服控制系統與機械傳動系統的不匹配導致的失穩問題。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：數控機床進給軸機電耦合性能測試臺，包括測試臺臺體、控制及驅動系統、負載系統和數據采集及分析系統；其特征在于：所述的控制及驅動系統包括數控系統、伺服驅動器及伺服電機；負載系統包括扭矩加載器、轉軸及碼盤組件；數據采集及分析系統包括旋轉編碼器、編碼器內置的數據采集卡、扭矩傳感器、伺服電機內置的電流、轉速傳感器及工控機；伺服電機、扭矩加載器、轉軸、碼盤組件、旋轉編碼器、扭矩傳感器安裝在測試臺臺體上；伺服電機通過中心轉軸依次與扭矩傳感器、第一編碼器、碼盤組件、第二編碼器、扭矩加載器聯接，伺服驅動器由數控系統控制，驅動伺服電機帶動測試臺臺體的轉軸轉動。

所述的碼盤組件包括3個不同質量的碼盤。每個碼盤由兩個半圓盤組成，通過螺栓聯接緊固在轉軸上，碼盤兩邊設有碼盤支架。

所述的碼盤及碼盤支架通過測試臺底座上的T型槽實現軸向位置的改變；碼盤支架通過調整墊與測試臺底座聯接，實現各碼盤高度的調節。

所述的轉軸末端通過聯軸器與扭矩加載器聯接，在扭矩加載器的底座下面有調整墊。

所述的工控機通過高速計數卡采集旋轉編碼器的數據，通過專用扭矩傳感器信號采集軟件采集扭矩傳感器的數據，將采集到的伺服電機的轉速、輸出扭矩、電流及碼盤組件的轉速、角度誤差數據通過內置分析軟件實現數據分析。

所述的數據采集及分析系統，對伺服電機的轉速、輸出扭矩、電流及碼盤組件的轉速、角度誤差數據進行時域和頻域分析，根據制定的伺服參數優化指標，進行進給軸伺服系統的參數優化。通過對控制信號和機械系統的固有頻率分析，判斷伺服控制系統與機械傳動系統的不匹配導致的失穩原因。

本發明的有益效果：

1、通過數控機床進給軸機電耦合性能測試臺的數據測試及分析，可以進行為數據機床的伺服系統參數優化提供參考依據。開發出合理的伺服參數優化流程及評價方法，設置合適的伺服參數，使機床在現有機械結構基礎上，盡可能提高其動態性能；

2、通過數控機床進給軸機電耦合性能測試臺的數據測試及分析，可以掌握伺服電流與電機輸出扭矩之間時域頻域關系，數控系統參考指令與輸入指令之間時域頻域關系，伺服系統輸入參考指令與伺服輸出電流之間的時域頻域關系，數控指令和伺服參數對伺服電流主要頻率成分的控制作用，機械特性實時變化情況下的控制策略等，消除或減少機床機電系統互相作用導致的共振問題；

3、通過數控機床進給軸機電耦合性能測試臺的數據測試及分析，可以揭示復雜機電系統的耦合本質和規律，建立集成設計理論與方法，為數控機床及其它機電系統的優化設計提供依據。

附圖說明

圖1是本發明的總體結構示意圖。

圖2是本發明的測試臺主體結構主視圖。

圖3是本發明的測試臺主體結構俯視圖。