一种基于内置传感器的数控机床进给系统的模态测试方法

摘要

本发明公开了一种基于内置传感器的数控机床进给系统的模态测试方法。该方法首先使数控机床工作台按照给定的激励信号运动，同时用信号采集设备同步采集伺服电机电流、电机编码器、光栅尺信号；再对电机电流信号乘以电机的扭矩常数，得到电机的扭矩；并对编码器和光栅尺信号做二次差分，得到工作台的加速度信号和丝杠的角加速度信号；然后计算电机的扭矩和工作台加速度的频响函数，电机的扭矩和丝杠角加速度的频响函数；再对两个频响函数进行拟合，求出拟合的频响函数；最后计算出轴向模态参数和扭转模态参数。与传统的模态测试方法相比，提出的新方法节约了测试成本，并能实现进给系统模态参数的在线测试。

主权项

一种基于内置传感器的数控机床进给系统的模态测试方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据测试对象的数控程序所能实现的信号类型，从方波信号、正弦波信号、扫频正弦信号、随机信号、伪随机信号中合理地选取一种信号作为激励信号，确定激励信号的基本参数，并根据激励信号编写数控程序G代码，使机床工作台的X轴按照所选取激励信号的轨迹运动；2)在机床工作台运动的同时，用多通道信号采集设备同时采集X轴伺服电机的电流信号、X轴伺服电机的编码器信号和X轴的光栅尺信号；3)对采集到的电机电流信号乘以电机的扭矩常数，得到电机的扭矩信号；对采集到的光栅尺信号和编码器信号分别进行二次差分，计算出工作台运动的加速度和丝杠转动的角加速度；4)把电机的扭矩信号作为输入信号，把计算出的工作台加速度和丝杠角加速度信号分别作为输出信号，计算电机扭矩和工作台加速度的频响函数HT1(ω)，并计算电机扭矩和丝杠角加速度的频响函数HT2(ω)；5)对计算出的频响函数HT1(ω)和HT2(ω)分别进行采用模态参数的频域辨识方法进行拟合，得到拟合的频响函数HF1(ω)和HF2(ω)；6)从拟合的频响函数HF1(ω)计算出进给系统的轴向模态参数——模态频率和阻尼比；从拟合的频响函数HF2(ω)计算出进给系统的扭转模态参数——模态频率和阻尼比。