[發明專利]一種電主軸快速溫升的辨識方法及其系統

在審

• 申請號: 201810391539.2
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108608016A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 張濤;張衛冬;艾軼博;田錕
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B23B19/02
• 分類號: B23B19/02;B23Q17/00;G01K7/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種電主軸快速溫升的辨識方法，包括：采集步驟：采集設置在電主軸上測溫點的溫度變化數據；計算步驟：根據溫度變化數據計算粒子濾波的初值以及自適應性因子，并根據自適應因子計算均方根誤差；輸出步驟：根據均方根誤差得到最短辨識時間，并在最短辨識時間下輸出所確定的溫升辨識曲線。本發明還提供一種電主軸快速溫升的辨識系統。本發明提供的技術方案可實現高速電主軸快速溫升曲線辨識的目的，具有使用方便、結果準確、操作簡單、能夠明顯縮短辨識時間的優點。

技術領域

本發明涉及智能制造領域，特別是涉及了一種電主軸快速溫升的辨識方法及其系統。

背景技術

近年來，隨著中國制造2025的推進，具有深度感知、智慧決策、自動執行功能的智能裝備得到快速發展，其中高速電主軸作為核心功能部件，已廣泛應用于電子加工、高精密度機械加工、自動化生產線、航空航天、生物醫療等高科技行業。

電主軸是將電機轉子直接固定裝配于主軸，把傳動鏈的長度縮短為零，即實現了“零傳動”的高精度機電一體化產品。它主要包括主軸及軸承、電機、冷卻裝置、編碼器等附件。它具有結構緊湊、質量輕、振動小、噪聲低、響應快等優點，不但可以達到較高轉速、實現大功率或大扭矩輸出，同時還配有一系列調整、控制運行參數的功能，利于保障其高速運轉時的精度和可靠性。

但是，電機內置導致主軸的溫度不容易散去，同時，電主軸高速運轉時，前后軸承摩擦發熱加劇，導致溫升加劇。隨著智能制造的不斷推進，機加工愈發向高速、高精度的方向發展，而熱誤差一直以來是影響加工精度的主要因素，據統計由于熱誤差所引起的加工誤差占整個加工誤差的75％左右。因此，如何有效的減少熱誤差是一個亟需解決的難題。而引起熱誤差直接原因是電主軸溫度的變化，因此，研究電主軸溫度的變化變得尤為重要。

目前，在電主軸的溫升辨識方法上主要有幾種形式。第一種是利用理論仿真——有限元分析的方法進行數值仿真，模擬出電主軸各點的溫升曲線，同時計算熱平衡時間及最終的穩態溫度；第二種是通過對電主軸進行長時間實驗，來測量出電主軸熱態性能。

針對第一種方法，由于電主軸結構復雜，包含有冷卻系統、潤滑系統、動力系統等，此外，還有幾十個零部件，致使在進行有限元仿真分析時，很多接觸面的接觸熱阻不能確定，難以準確計算熱邊界條件，考慮有限元模型的復雜性、收斂性以及計算時間，需要進行模型簡化，這樣使得最終計算得到的電主軸熱態性能不能完全符合其實際工況下的溫度變化，這就使得第一種方法的可行性受到了限制。

針對第二種方法，一般情況下是通過電主軸跑合試驗來測量其空轉條件下達到熱平衡狀態，然后分析測量數據。這種方法比較費時費力，通常需要3至6個小時的跑合試驗才能完成測量。對于不同轉速下的每一個電主軸都要進行溫升跑合試驗，這樣就需要消耗大量的人力物力。

因此，怎么減少測量時間，如何在較短時間內辨識出單個測量點的整個溫升變化過程，提高測量的準確度以及測試效率一直是業界亟需改進的目標。

發明內容

本發明要解決的技術問題是怎么減少測量時間，如何在較短時間內辨識出單個測量點的整個溫升變化過程，提高測量的準確度以及測試效率。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供一種電主軸快速溫升的辨識方法，其中，所述方法包括：

采集步驟：采集設置在所述電主軸上測溫點的溫度變化數據；

計算步驟：根據所述溫度變化數據計算粒子濾波的初值以及自適應性因子，并根據所述自適應因子計算均方根誤差；

輸出步驟：根據所述均方根誤差得到最短辨識時間，并在所述最短辨識時間下輸出所確定的溫升辨識曲線。

優選的，所述采集步驟具體包括：

在所述電主軸的前端軸承外圈處設置一個或者多個測溫點，每個測溫點均安裝溫度傳感器；