一种基于内置传感器的数控机床主轴现场动平衡方法

摘要

本发明公开了一种基于内置传感器的数控机床主轴现场动平衡方法。该方法在动平衡实施中以数控机床内置光栅尺与主轴电机编码器信息为依据。当主轴以一定转速运转时，由于不平衡等因素所导致的振动将直接传递至各进给轴，而这种受迫振动将导致各进给轴静态位置的微量波动。基于此，本方法在主轴不平衡信息获取上，以主轴电机编码器输出的参考相作为键相信号触发计数板卡同步采样，通过计数板卡解码主轴各进给轴的静态位置波动信息，同时解码主轴电机编码器转速信息。与传统的基于振动传感器的现场动平衡方法相比，通过充分利用数控机床内置信息，该方法在保证平衡精度要求的同时减少了系统硬件成本，并可实现特殊环境要求的主轴现场动平衡控制。

主权项

一种基于内置传感器的数控机床主轴现场动平衡方法，其特征在于：步骤一：数控机床主轴在平衡转速下空载运行，其他进给轴保持静止；利用计数板卡按照采样时间间隔采集主轴电机编码器的位置信息与各进给轴非进给状态下的位置波动信息，从而得到计数值格式的原始数据，其中主轴电机编码器的位置信息用作键相信号，完成测试后停机；步骤二：将测得的主轴电机位置计数值通过公式（1）转换为相应的转速值： v i = ( x o ( 2 ) - x o ( 0 ) ) / ( 2 T s ) i = 0 ( x o ( i + 1 ) - x o ( i - 1 ) ) / ( 2 T s ) i = 1,2 , . . . n - 1 ( x o ( n ) - x o ( n - 2 ) ) / ( 2 T s ) i = n - - - ( 1 ) ; 其中：xoi‑‑‑‑‑主轴电机计数值，i=0,1...n；n‑‑‑‑‑采样长度；Ts‑‑‑‑‑采样时间间隔；vi‑‑‑‑‑对应的速度序列；将测得的光栅尺计数值通过公式（2）转换为相应位置波动值：V(n)=C(n)×f      （2）；其中：C(n)‑‑‑‑‑进给轴光栅计数值；f‑‑‑‑‑进给轴直线光栅尺栅距；V(n)‑‑‑‑‑进给轴非进给状态下的直线光栅尺位置波动值；步骤三：对应于“步骤一”中的多通道测试时，利用快速傅里叶 变换与频谱校正技术，精确求取主轴振动的幅值、频率、相位用于表征主轴的原始振动信息；步骤四：根据所选平衡面，结合主轴原始振动数据，确定添加不平衡试重的大小和方位；在添加试重后重新启动数控机床主轴至平衡工作转速；步骤五：重复步骤一至步骤三，采集加试重后平衡转速下的振动数据，计算得到工作转速下单位不平衡试重的标准不平衡振动响应；步骤六：主轴停止运行，取出试重，以原始振动为平衡目标，之前计算得到的标准不平衡振动响应为影响系数，求取各配重的合理大小和相位；步骤七：添加平衡配重后，测试平衡转速下的结果，如满足平衡要求，则本次平衡结束；否则，重复上述步骤四至步骤七直至达到平衡目标。