基于电动机电流的数控机床主轴状态监测系统研究.pdf

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1、DesignandResearch设计与研究基于电动机电流的数控机床主轴状态监测系统研究周玉清①孙挪刚②黎玉刚①母勇民①(①西安现代控制技术研究所，陕西西安710049；②西安交通大学机械工程学院，陕西西安710069)摘要：提出了一种基于主轴电动机电流的数控机床主轴状态监测系统，建立了主轴交流电动机转矩输出模型，深入研究了主轴组件故障诊断和主轴当前运行能力评估原理，搭建了主轴状态监测系统；实验证明提出的主轴状态监测方法简单、准确、有效，具有很高的性价比，从而为数控机床状态在线监测提供了技术支撑。关键词：数控机床电动机电流状态监测中图

2、分类号：TP273文献标志码：ANCmachinetoolspindleconditionmonitoringsystembasedonmotorcurrentZHOUYuqing①SUNNuogang②LIYugang①MUYongmin①，，，(①Xi’anInstituteofModernControlTechnology，Xi’an710049，CHN；@SchoolofMechanicEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710069，CHN)Abstract：Inthispape

3、r，anewnumericalcontrolmachinetoolspindleconditionmonitoringsystembasedonmotorcurrentisproposed．Firstly，themathematicmodelofthespindlemotoroutputtorqueisestablished．Secondly，theprinciplesofspindlemechanicalpartsfaultdiagnosisandworkingstateareprofoundlyin—vestigated．Fina

4、lly，themeasuringsystemisconstructed．Theresultsoftheexperimentsshowthatitissimple，accurate，effectiveandcheaptousethemotorcurrentforspindleconditionmonitoring．Keywords：NCMachineTool；MotorCurrent；ConditionMonitoring在能源、交通和国防等这些涉及国计民生领域，常统，一方面，采用电动机电流信息可对主轴的运行能力常需要制造大型、复杂以及

5、难加工材料的精密零件，由进行在线评估；另一方面，可对主轴组件进行故障状态此对加工这些零件的数控机床的精度、可靠性以及寿监测，并且电流传感器价格便宜，安装方便。试验证命等提出了很高的要求。在高速、高加速度和大载荷明，文中所提出的方法是可行有效的，从而为数控机床等工况下，振动、冲击等因素常会对数控机床的主轴系主轴状态监测奠定了基础。统等产生重大影响，并易导致轴承、齿轮等部件发生故1数控机床主轴电动机模型的建立障，影响到工件的加：质量，并造成数控机床的意外停机、寿命缩短甚至报废。因此，研究数控机床主轴的状如图1所示，主轴系统主要由交流伺服电

6、动机、减态监测技术具有很强的现实意义。速箱、轴承、刚性主轴等组成，其中减速箱由多个齿轮目前，人们采用安装加速度、涡流位移、振动等外组成。置传感器获取主轴的状态信息，尽管基于这些信息可对主轴性能进行状态监测以及对减速器等组件进行故障诊断，但是存在下面两个问题：其一，传感器安装不方便；其二，外置传感器不能很好地对主轴的运行能力进行评估，即切削力大小对主轴的影响。为此，本文提图1主轴系统出一种基于电动机电流的数控机床主轴状态监测系$高档数控机床基础制造装备重大专项(2009ZX04014—023)，家自然科学基金(50875203)固==’

7、’+耋0设计与研究DesignandResearch1．1主轴电动机输出转矩建模动机的电流信息；调理电路对电流传感器的信号进行根据图1，可以建立主轴电动机转矩输出模型(不调整、放大成0～5V信号；PCI一1712板卡实现电流计磁芯和磁饱和造成损失)：传感器输出信号的采集，并且采样频率1Hz、16通道、=12位AD；工业控制计算机对采集信息进行保存、处．，+B∞+(1)IJ理，实现对当前主轴状态的评估。式中：_，为主轴驱动的转动惯量常数；B为等效粘性组尼系数；∞为主轴电动机角速度；Te为主轴电动机输出转矩；为总的干扰转矩。如果不考虑转子

8、绕组的损耗，则有=K，(2)，：6+i+i(3)式巾：为主轴电动机转矩常量；为三相电流的RMS图3基于电动机电流的数控机床主轴状态监测系统值；ii⋯i为主轴电动机三相输入电流，如图2所示。2．2调理电路主轴电动机的总干扰