本发明专利技术公开了一种对物理上正交耦合的进给机器轴进行不对中监控的方法，该方法包括：Ａ、令物理上正交耦合的进给机器轴中的一个轴保持静止、另一个轴匀速从其一端运动到另一端，在所述运动的过程中，记录所述两个轴的直接位置测量系统ＤＭＳ位置信号；Ｂ、根据所述保持静止的轴的ＤＭＳ位置信号，确定所述保持静止的轴的振动频率特征值；Ｃ、根据所述保持静止的轴的振动频率特征值、所述两个轴的ＤＭＳ位置信号，重建所述匀速运动的轴的不对中曲线；Ｄ、根据所述重建的不对中曲线确定所述匀速运动的轴的不对中情况。应用本发明专利技术能够实现成本低、效益高、直观、且使用简便的不对中监控方法，以达到对物理上正交耦合的进给机械轴的不对中进行监控的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数控(CNC， Computer Numerical Control)
，特别涉及一种对 物理上正交耦合的进给机器轴进行不对中监控的方法。
技术介绍
进给系统是数控机床中最重要的部分之一。图1示出了数控机床中一典型进给系 统的组成结构示意图。参见图l，进给系统通常包括电机101、联轴器102、轴承103、滚珠 丝杠104、滚珠丝杠丝母105和工作台106等。图1还示出了用于对进给系统的运动进行控 制的机床控制系统的各主要功能模块，包括直接位置测量系统(匿S)中的光栅尺107、间 接位置测量系统 (IMS)中的电机编码器108、位置控制模块109、速度控制模块110、电流控制模块 111和放大器112等。其中，DMS位置信号113是光栅尺107的输出信号，IMS位置信号114 是电机编码器108的输出信号。 进给系统直接决定机床的加工精度，进给系统的对中质量对机床的整体性能起着 关键性的作用。进给系统对中质量的降低将对机床产生不良影响，从而可能导致振动、丝杠 弯曲、轴承和联轴器的使用寿命縮短、动力传输性能下降等；而联轴器、滚珠丝杠和支撑轴 承的状态好坏将影响进给系统的对中质量。进给系统的对中质量会随着机床使用而降低， 那么，一旦机床进给系统的对中质量调校到其所要求的规范，我们就需要有对机床进给系 统对中质量进行监控的方法对进给系统的对中质量进行监控。而一旦对对中质量恶化得超 出预设的容忍门限，则机床的精度将下降。对对准度的变化进行早期检测和校准能够减轻 部件的损毁程度。因此，对进给系统的不对中程度进行监控是机床的预测性维护中的一项 重要任务。 在机床中，物理上正交耦合的进给机械轴的构造非常常见，该结构如图2所示。图 2中，轴201示出的方向为X轴方向，轴202示出的方向为Y轴方向。下面简要介绍现有对 机床进给系统的不对中进行监控的方法。 众所周知，进给系统的对中性对机床输送装置的使用寿命以及加工精度来说非常 重要。千分表和测隙规常用于确定两个相耦合的轴之间的同轴度，但是，这两种仪器不适用 于连续地监控机床进给系统的同轴度。这是因为技术专家需要时常操作这些量规，并且由 于进给系统通常被保护层所屏蔽，使得这些仪器的安装成了一个大问题。此外，这两种仪器 不能用于确定由滚珠丝杠弯曲所引起的不对中。 另外两种行之有效的监控不对中的方法是监控振动和温度。振动通常在轴的所有 轴承支撑架的径向上进行测量。通过检查振动频谱的2倍和3倍频率分量来监测不对中。 温度监控技术通常使用红外热成像仪测量设备表面的红外发射量来监控不对中的发展程 度。随着不对中程度的发展，温度将随着摩擦力的增加而上升，因此，可以采用温度监控的 方式确定轴的不对中程度。然而，使用振动传感器不仅带来费用的增加，而且其安装可能破 坏机械结构。使用红外传感器技术的最大问题在于为安全起见，大多数机床的机械传动系4统都被盖板遮盖而不能使用红外传感器。 美国专利US4864148提出了一种用于探测并监控旋转轴位置变化的设备。它将 光源及其相应的光接收装置安装在一个轴上，在另一个轴上安装一个菱镜。光源向菱镜 发出光线，菱镜将光线反射回光接收装置，从而，使得轴的对中状况得以测量。美国专利 US5684578也公开了一种类似的激光测量系统。另外，还可以在许多其它文献中找到类似 的方法。但是，使用这些方法无法简便地实现对进给系统的不对中程度进行监控。由于需 要安装传感器，并且进给系统的周围存在障碍物(这些障碍物包括保护盖板和工作台等) 使得这些方法不便于实际使用。 通过研究发现传统的方法往往通过外部传感器或仪器实施对不对中的监控，例 如通过振动感应器、激光感应器、温度感应器、以及千分表或其它特定的仪器。但是，这些 方法均需要花费较大的成本，并需要额外的空间来安装这些仪器，而这些仪器的安装有可 能损害机床本身的结构。并且，对于整个机械传动系统均被保护层屏蔽、并与工作台集成在 一起的物理上正交耦合的供给机械轴来说，对其不对中性进行监控则更加困难。此外，这些 外部监控系统通常都需要技术专家和专用的信号处理方法来完成系统不对中的监控。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种成本低、效益高、直观、且使用简便的不对中监控方法，以实现对物理上正交耦合的进给机械轴的不对中进行监控。为达到上述目的，本专利技术的技术方案具体是这样实现的 —种对物理上正交耦合的进给机械轴进行不对中监控的方法，包括A、令物理上正交耦合的进给机器轴中的一个轴保持静止、另一个轴匀速从其一端运动到另一端，在所述运动的过程中，记录所述两个轴的直接位置测量系统DMS位置信号；B、根据所述保持静止的轴的DMS位置信号，确定所述保持静止的轴的振动频率特征值；C、根据所述保持静止的轴的振动频率特征值、所述两个轴的DMS位置信号，重建所述匀速运动的轴的不对中曲线；D、根据所述重建的不对中曲线确定所述匀速运动的轴的不对中情况。 较佳地，步骤B所述确定保持静止的轴的振动频率特征值可以为将滚珠丝杠的旋转频率作为所述保持静止的轴的振动频率特征值。 较佳地，所述步骤C可以包括使用所述两个轴的DMS位置信号在二维平面坐标系 中绘制总体不对中曲线。此时，所述步骤D可以包括根据所述总体不对中曲线确定所述匀 速运动的轴的总体不对中情况。 较佳地，所述步骤C可以包括使用低于所述保持静止的轴的振动频率特征值的 频率、以及所述两个轴的DMS位置信号，重建轴向位移相关的不对中曲线。此时，所述步骤 D可以包括根据所述轴向位移相关的不对中曲线确定由沿匀速运动的轴的轴向分布的部 件引起的不对中，所述轴向位移相关的不对中曲线的振幅沿着匀速运动的轴的轴向位置变 化，振幅越大表示所述匀速运动的轴的不对中情况越差。所述沿匀速运动的轴的轴向分布 的部件引起的不对中可以包括轴承安装得不对中、滚珠丝杠倾斜和联轴器的角不对中。 较佳地，所述步骤C可以包括使用所述保持静止的轴的振动频率特征值的n倍频 分量、以及所述两个轴的DMS位置信号，重建旋转相关的不对中曲线，所述n大于等于2。此 时，所述步骤D可以包括根据所述旋转相关的不对中曲线确定由旋转部件的旋转引起的不对中，所述旋转相关的不对中曲线的振幅随着匀速运动的轴的旋转而周期性变化，振幅 越大表示所述匀速运动的轴的不对中情况越差。所述旋转部件的旋转引起的不对中可以包 括联轴器的平行性偏差、滚珠丝杠倾斜、轴承故障。 较佳地，所述步骤C可以包括使用除所述保持静止的轴的振动频率特征值的n倍 频分量、以及低于所述保持静止的轴的振动频率特征值的频率之外的频率，以及所述两个 轴的DMS位置信号，重建其它因素相关的不对中曲线。此时，所述步骤D包括根据所述其 它因素相关的不对中曲线确定由除沿匀速运动的轴的轴向分布的部件、旋转部件的旋转之 外的其它因素引起的不对中，所述其它因素相关的不对中曲线的振幅越大表示所述匀速运 动的轴的不对中情况越差。所述其它因素引起的不对中可以包括匀速运动的轴在运动过 程中的振动引起的不对中。 上述技术方案中，所述步骤D可以进一步包括从所述不对中曲线中提取特征值， 根据所述提取的特征值确定匀速运动的轴的不对中情况的历史趋势。较佳地，所述特征值 可以包括不对中曲线的最大值、平均值本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对物理上正交耦合的进给机械轴进行不对中监控的方法，其特征在于，包括：Ａ、令物理上正交耦合的进给机器轴中的一个轴保持静止、另一个轴匀速从其一端运动到另一端，在所述运动的过程中，记录所述两个轴的直接位置测量系统ＤＭＳ位置信号；Ｂ、根据所述保持静止的轴的ＤＭＳ位置信号，确定所述保持静止的轴的振动频率特征值；Ｃ、根据所述保持静止的轴的振动频率特征值、所述两个轴的ＤＭＳ位置信号，重建所述匀速运动的轴的不对中曲线；Ｄ、根据所述重建的不对中曲线确定所述匀速运动的轴的不对中情况。
【技术特征摘要】
一种对物理上正交耦合的进给机械轴进行不对中监控的方法，其特征在于，包括A、令物理上正交耦合的进给机器轴中的一个轴保持静止、另一个轴匀速从其一端运动到另一端，在所述运动的过程中，记录所述两个轴的直接位置测量系统DMS位置信号；B、根据所述保持静止的轴的DMS位置信号，确定所述保持静止的轴的振动频率特征值；C、根据所述保持静止的轴的振动频率特征值、所述两个轴的DMS位置信号，重建所述匀速运动的轴的不对中曲线；D、根据所述重建的不对中曲线确定所述匀速运动的轴的不对中情况。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述确定保持静止的轴的振动频率 特征值为将滚珠丝杠的旋转频率作为所述保持静止的轴的振动频率特征值。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括 使用所述两个轴的DMS位置信号在二维平面坐标系中绘制总体不对中曲线。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括 根据所述总体不对中曲线确定所述匀速运动的轴的总体不对中情况。5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括使用低于所述保持静止的轴的振动频率特征值的频率、以及所述两个轴的DMS位置信 号，重建轴向位移相关的不对中曲线。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括根据所述轴向位移相关的不对中曲线确定由沿匀速运动的轴的轴向分布的部件引起 的不对中，所述轴向位移相关的不对中曲线的振幅沿着匀速运动的轴的轴向位置变化，振 幅越大表示所述匀速运动的轴的不对中情况越差。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述沿匀速运动的轴的轴向分布的部件引起的不对中包括轴承安装得不对中、滚珠丝杠倾斜和联轴器的角不对中。8. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括使用所述保持静止的轴的振动频率特征值的n倍频分量、以及所述两个轴的DMS位置 信号，重建旋转相关的不对中曲线，所述n大于等于2。9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括根据所...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵晓寅，王青岗，时文刚，马维民，邢建辉，胡喜，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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