本发明专利技术属于动态扭矩输出测量技术领域，并具体公开了一种机床进给系统交流永磁同步电机动态扭矩测量装置及方法。所述装置包括槽型基座、前轴承、丝杠工作台、后轴承和控制系统，槽型基座内部设有动态扭矩传感器，动态扭矩传感器分别于待测交流永磁同步电机和丝杠工作台连接，丝杠工作台包括丝杠组件、丝杠螺母副和工作台，控制系统包括数控模块以及伺服驱动器。所述方法包括：数控模块发送指令信号并实时接收待测交流永磁同步电机和工作台的位置信息以及动态扭矩传感器反馈的电压信号和频率信号，作为机床进给系统动态扭矩响应的依据。本发明专利技术可直接获得动态扭矩信号，为建立机床进给系统动力学模型提供准确数据，无需依赖计算模型。
Dynamic torque measuring device and method of AC permanent magnet synchronous motor for machine tool feed system
【技术实现步骤摘要】
机床进给系统交流永磁同步电机动态扭矩测量装置及方法
本专利技术属于动态扭矩输出测量
，更具体地，涉及一种机床进给系统交流永磁同步电机动态扭矩测量装置及方法。
技术介绍
数控机床是工业制造的母机，具有高效率、高精度、高自动化及高柔性的特点，在国民经济发展和国防科技现代化中都具有不可忽视的重要性。数控系统是数控机床的大脑，数控机床进给系统包括数控系统、伺服控制驱动器及伺服电机驱动丝杠传动系统，交流永磁同步电机具有体积小、转矩电流比高、快速响应等特点，常作为机床进给系统伺服电机的首选。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础，正在向着集成化、智能化、网络化方向发展，为此，研究智能数控机床进给系统动态特性已是当前数控技术研究的发展趋势。当机床处于高速加工状态时，其动力学特性会直接影响零件加工质量，对于智能数控机床而言，进行机床动力学特性分析，了解机床进给系统的刚度、阻尼、摩擦力等特性并建立准确的动力学模型，将对机床预测误差精度的提升有着重要的作用。由于伺服电机输出的扭矩是驱动丝杠工作台运动的直接动力，进给系统负载的突增、突减及平稳等工况变化可直观反映在扭矩输出上。因此，在机床加工运动过程中对于电机扭矩的准确测量在机床动力学建模分析中就显得尤为重要。为了减少引入误差，一般不允许在机床电机与丝杠之间加装扭矩传感器，因此现有机床进给系统无法直接获得扭矩。对于交流永磁同步电机而言，通过测量机床进给轴的负载电流可间接计算得到电机输出扭矩。但是这种间接测量的方法，仅适用于同步电机，而且对于不同的电机，计算需用到的转矩系数在运动过程中不是一个固定常数，对动力学建模分析带来误差。在专利CN104298227A和专利CN204359908U中介绍了伺服电机及伺服驱动性能测试装置及方法研究，但均未涉及机床进给系统交流永磁同步电机动态特性的研究方法。因此，本领域亟待提出一种可模拟机床实际运动过程中电机输出扭矩的动态变化的装置，以直接获得扭矩信息，为机床进给系统动力学建模和机床预警提供精准数据。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种机床进给系统交流永磁同步电机动态扭矩测量装置及方法，其中结合进给系统交流永磁同步电机的特征及其动态扭矩测量的工艺特点，相应了对其测量组件及反馈系统的具体设置方式进行研究和设计，从而可实时模拟机床实际运动过程中电机输出扭矩的动态变化，提供动力学建模所需的力矩数据，并将扭矩信号反馈到数控模块后台存储，作为机床预警的一个重要指标。本专利技术具有结构简单、体积小、可自由拆装，可模拟真实机床不同工况下进给系统力矩和其它数据输出，便于科研人员在不同工况下研究机床动力学建立模型分析的特点。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种机床进给系统交流永磁同步电机动态扭矩测量装置，其特征在于，包括依次连接的槽型基座、前轴承、丝杠工作台、后轴承以及控制系统，其中，所述槽型基座远离所述前轴承的一端设有待测交流永磁同步电机，所述槽型基座内部设有空腔结构，所述空腔结构内设有动态扭矩传感器，该动态扭矩传感器一端通过第一联轴器与待测交流永磁同步电机连接，另一端通过设于所述槽型基座与所述前轴承之间的第二联轴器与所述丝杠工作台连接，工作时，所述动态扭矩传感器随所述第一联轴器和第二联轴器同步转动，并将检测的待测交流永磁同步电机输出的电磁转矩信号放大转换成成电压信号和频率信号；所述丝杠工作台设于所述前轴承与所述后轴承之间，包括连接所述前轴承与所述后轴承的丝杠组件、设于所述丝杠组件上的丝杠螺母副以及设于所述丝杠螺母副上的工作台；所述控制系统包括数控模块和伺服驱动器，所述数控模块通过总线将指令信号经所述伺服驱动器发送给待测交流永磁同步电机，并实时接收所述伺服驱动器反馈的待测交流永磁同步电机和工作台的位置信息以及所述动态扭矩传感器检测的电压信号和频率信号，并实时储存，作为进给系统各工况中交流永磁同步电机动态扭矩响应的依据。作为进一步优选的，所述槽型基座包括安装座前板、两块安装座侧板、安装座后板以及安装座底板，所述安装座前板、两块安装座侧板、安装座后板以及安装座底板公共围成一个具有所述空腔结构的槽型结构，所述空腔结构内还设有传感器安装座，用于固定所述动态扭矩传感器。作为进一步优选的，所述槽型基座与待测交流永磁同步电机之间还设有电机安装转接板，所述第一联轴器可活动的穿过该电机安装转接板与待测交流永磁同步电机连接。作为进一步优选的，所述槽型基座与所述前轴承之间还设有轴承固定槽，用于固定所述前轴承，所述第二联轴器可活动的穿过该轴承固定槽与所述前轴承固定连接。作为进一步优选的，所述数控模块输入所述工作台运动轨迹转化成的G代码，并根据该G代码控制所述待测交流永磁同步电机输出相应的电磁转矩，以控制所述工作台的给进速度和线性位移，从而模拟机床进给系统的各种工况。作为进一步优选的，所述伺服驱动器集成有控制板和智能功率组件，在所述伺服驱动器接收指令信号后，其控制板上的DSP芯片输出六路PWM信号并驱动智能功率组件工作，输出三相频率可控的交流电控制待测交流永磁同步电机运动。作为进一步优选的，所述工作台上还设有光栅尺，用于实时测量所述工作台的位置信息。作为进一步优选的，所述控制系统还包括采集单元，用于采集动态扭矩传感器检测的电压信号和频率信号。作为进一步优选的，所述控制系统还包括电气控制模块，用于根据指令信号控制所述数控模块、伺服驱动器、丝杠工作台以及动态扭矩传感器的上电和断电。按照本专利技术的另一个方面，提供一种机床进给系统交流永磁同步电机动态扭矩测量方法，包括以下步骤：S1数控模块根据工作台的工况将所述工作台的运动轨迹转化成指令信号，并通过总线将指令信号经所述伺服驱动器发送给待测交流永磁同步电机；S2待测交流永磁同步电机根据指令信号驱动丝杠组件转动，以实现工作台按照指令信号运动，同时，动态扭矩传感器随第一联轴器和第二联轴器同步转动，将检测得到的待测交流永磁同步电机输出的电磁转矩信号放大转换成电压信号和频率信号；S3所述伺服驱动器将待测交流永磁同步电机和工作台的位置信息以及所述动态扭矩传感器检测的电压信号和频率信号反馈给所述数控模块实时储存，作为进给系统各工况中交流永磁同步电机动态扭矩响应的依据。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术数控模块通过总线将指令信号经所述伺服驱动器发送给待测交流永磁同步电机，并实时接收所述伺服驱动器反馈的待测交流永磁同步电机和工作台的位置信息以及所述动态扭矩传感器检测的电压信号和频率信号，并实时储存，作为进给系统各工况中交流永磁同步电机动态扭矩响应的依据，无需依赖计算模型，具有结构简单、体积小、可自由拆装，可模拟真实机床不同工况下进给系统力矩和其它数据输出，便于在不同工况下研究机床动力学建立模型分析的特点。2.本专利技术电机安装转接板、第一联轴器、动态扭矩传感器、传感器安装座、第二联轴器及槽型基座等都是采用设计良好的机械本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机床进给系统交流永磁同步电机动态扭矩测量装置，其特征在于，包括依次连接的槽型基座、前轴承(8)、丝杠工作台、后轴承(12)以及控制系统，其中，/n所述槽型基座远离所述前轴承(8)的一端设有待测交流永磁同步电机，所述槽型基座内部设有空腔结构，所述空腔结构内设有动态扭矩传感器(4)，该动态扭矩传感器(4)一端通过第一联轴器(3)与待测交流永磁同步电机连接，另一端通过设于所述槽型基座与所述前轴承(8)之间的第二联轴器(6)与所述丝杠工作台连接，工作时，所述动态扭矩传感器(4)随所述第一联轴器(3)和第二联轴器(6)同步转动，并将检测的待测交流永磁同步电机输出的电磁转矩信号放大转换成成电压信号和频率信号；/n所述丝杠工作台设于所述前轴承(8)与所述后轴承(12)之间，包括连接所述前轴承(8)与所述后轴承(12)的丝杠组件、设于所述丝杠组件上的丝杠螺母副(10)以及设于所述丝杠螺母副(10)上的工作台(11)；/n所述控制系统包括数控模块和伺服驱动器，所述数控模块通过总线将指令信号经所述伺服驱动器发送给待测交流永磁同步电机，并实时接收所述伺服驱动器反馈的待测交流永磁同步电机和工作台(11)的位置信息以及所述动态扭矩传感器(4)检测的电压信号和频率信号，并实时储存，作为进给系统各工况中交流永磁同步电机动态扭矩响应的依据。/n...
【技术特征摘要】
1.一种机床进给系统交流永磁同步电机动态扭矩测量装置，其特征在于，包括依次连接的槽型基座、前轴承(8)、丝杠工作台、后轴承(12)以及控制系统，其中，
所述槽型基座远离所述前轴承(8)的一端设有待测交流永磁同步电机，所述槽型基座内部设有空腔结构，所述空腔结构内设有动态扭矩传感器(4)，该动态扭矩传感器(4)一端通过第一联轴器(3)与待测交流永磁同步电机连接，另一端通过设于所述槽型基座与所述前轴承(8)之间的第二联轴器(6)与所述丝杠工作台连接，工作时，所述动态扭矩传感器(4)随所述第一联轴器(3)和第二联轴器(6)同步转动，并将检测的待测交流永磁同步电机输出的电磁转矩信号放大转换成成电压信号和频率信号；
所述丝杠工作台设于所述前轴承(8)与所述后轴承(12)之间，包括连接所述前轴承(8)与所述后轴承(12)的丝杠组件、设于所述丝杠组件上的丝杠螺母副(10)以及设于所述丝杠螺母副(10)上的工作台(11)；
所述控制系统包括数控模块和伺服驱动器，所述数控模块通过总线将指令信号经所述伺服驱动器发送给待测交流永磁同步电机，并实时接收所述伺服驱动器反馈的待测交流永磁同步电机和工作台(11)的位置信息以及所述动态扭矩传感器(4)检测的电压信号和频率信号，并实时储存，作为进给系统各工况中交流永磁同步电机动态扭矩响应的依据。
2.根据权利要求1所述的动态扭矩测量装置，其特征在于，所述槽型基座包括安装座前板(13)、两块安装座侧板、安装座后板(14)以及安装座底板(17)，所述安装座前板(13)、两块安装座侧板、安装座后板(14)以及安装座底板(17)公共围成一个具有所述空腔结构的槽型结构，所述空腔结构内还设有传感器安装座(5)，用于固定所述动态扭矩传感器(4)。
3.根据权利要求1所述的动态扭矩测量装置，其特征在于，所述槽型基座与待测交流永磁同步电机之间还设有电机安装转接板(2)，所述第一联轴器(3)可活动的穿过该电机安装转接板(2)与待测交流永磁同步电机连接。
4.根据权利要求1所述的动态扭矩测量装置，其特征在于，所述槽型基座与所述前轴承(8)之间还设有轴承固定槽(7)，用于固定所述前轴承(8)，所述第二联轴器(6)可活动...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建中，李敏，蒋亚坤，杨志国，
申请(专利权)人：华中科技大学，武汉华大新型电机科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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