一种数控机床主轴的振动数据采集方法及系统与流程

本发明属于数控机床振动分析，更具体地，涉及一种数控机床主轴的振动数据采集方法及系统。

背景技术：

1、数控机床主轴的振动数据采集是为了评估主轴运行的稳定性和性能。振动数据可以提供有关主轴运动的信息，帮助检测潜在问题并进行预防性维护。以下是一般的振动数据采集步骤：

2、选择振动传感器：选择适当的振动传感器，这可能是加速度传感器、速度传感器或位移传感器。加速度传感器是最常用的类型，因为它们提供了关于振动的详细信息。为了得到原始的振动数据，本方法采用了压电传感器，这种传感器可以在振动中生成一个模拟电压信号，以响应动态压缩力和张力，其采用的工业标准是iepe(工业集成电路)。

3、传感器安装：安装振动传感器在数控机床主轴附近。确保传感器与主轴表面紧密连接以获得准确的振动数据。安装位置的选择可能需要参考数控机床制造商的建议。

4、采样频率：确定振动数据采样的频率。通常，较高的采样频率能够提供更详细的振动信息。但是，也需要考虑数据处理和存储的要求。

5、在完全理想的条件下，加工不会产生振动，设备所有的功率和扭矩都是用来完成加工的。然而，在实践中，振动是通过循环力的正常传递机制而发生的。机床的部件相互作用，一些功率和扭矩被消耗为结构的振动。好的结构，其振动水平很低，然而，零件变形、动态特性发生轻微变化、轴杆不重合、轴承磨损、转子不平衡，会增加结构上的振动量。所有这些因素导致振动能量的增加，它通过机床消耗分散，激发共振并给轴承增加相当大的动态负载最后导致加工不理想。振动会导致机床磨损和故障。只要激励力恒定或保持在一定限度内，测量的振动水平也是恒定的或在相同的限度内变化。

6、另外，大多数良好状态的机床具有典型的振动水平和频谱特征形状。该频谱称为机床的振动特征，通过分析频率信号获得。当缺陷开始出现时，加工的动态过程被改变，一些驱动力被修改，这导致振动水平的变化，在频谱中，一些柱状高度增加。振动信号包含与机床运行条件有关的许多信息，因此需要定期使用振动测量作为机床健康状况的指标和维护的及时性。

7、但是现有技术中并没有一种技术方案，能够考虑进给轴对主轴的影响，从而完成数据分析。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提出一种数控机床主轴的振动数据采集方法，用于在进给轴的影响下，获取主轴振动响应值，从而分析主轴的振动情况，包括：

2、获取主轴和进给轴振动时的交叉功率谱密度和进给轴振动时的功率谱密度，计算主轴和进给轴之间的耦合系数；

3、获取主轴自身振动的振幅、主轴自身振动的角频率、主轴自身振动的相位、主轴振动的振动强度和主轴振动的二次谐波的振幅，并结合所述主轴和进给轴之间的耦合系数和进给轴振动时的功率谱密度，计算主轴振动响应值，从而完成主轴的振动情况分析。

4、进一步的，计算所述主轴振动响应值包括：

5、vm(t)＝am·sin(ωm·t+φm)+bmf·pf+cm·sin2(ωm·t+φm)+dm·cos(2ωm·t)

6、其中，vm(t)为在时间t时主轴振动响应值，am为主轴自身振动的振幅，ωm为主轴自身振动的角频率，φm为主轴自身振动的相位，bmf为主轴和进给轴之间的耦合系数，pf为进给轴振动时的功率谱密度，cm为主轴振动的振动强度，dm为主轴振动的二次谐波的振幅。

7、进一步的，所述主轴和进给轴之间的耦合系数bmf包括：

8、

9、其中，pmf为主轴和进给轴振动时的交叉功率谱密度，qmf为高频耦合效应值，用于模拟主轴和进给轴振动时的高频非线性耦合，rf为低频耦合效应值，用于表示在低频时进给轴振动受到主轴影响的激励效应。

10、进一步的，所述高频耦合效应值qmf包括：

11、qmf＝kq·sin(2ωm)

12、其中，kq为进给轴振动影响下的主轴的高频振幅系数。

13、进一步的，所述低频耦合效应值rf包括：

14、

15、其中，kr为主轴振动影响下的进给轴的低频振幅系数，ωr为进给轴的低频角频率，其中，进给轴的角频率低于预设阈值时为低频角频率。

16、本发明还提出一种数控机床主轴的振动数据采集系统，用于在进给轴的影响下，获取主轴振动响应值，从而分析主轴的振动情况，包括：

17、计算耦合系数模块，用于获取主轴和进给轴振动时的交叉功率谱密度和进给轴振动时的功率谱密度，计算主轴和进给轴之间的耦合系数；

18、计算响应值模块，用于获取主轴自身振动的振幅、主轴自身振动的角频率、主轴自身振动的相位、主轴振动的振动强度和主轴振动的二次谐波的振幅，并结合所述主轴和进给轴之间的耦合系数和进给轴振动时的功率谱密度，计算主轴振动响应值，从而完成主轴的振动情况分析。

19、进一步的，计算所述主轴振动响应值包括：

20、vm(t)＝am·sin(ωm·t+φm)+bmf·pf+cm·sin2(ωm·t+φm)+dm·cos(2ωm·t)

21、其中，vm(t)为在时间t时主轴振动响应值，am为主轴自身振动的振幅，ωm为主轴自身振动的角频率，φm为主轴自身振动的相位，bmf为主轴和进给轴之间的耦合系数，pf为进给轴振动时的功率谱密度，cm为主轴振动的振动强度，dm为主轴振动的二次谐波的振幅。

22、进一步的，所述主轴和进给轴之间的耦合系数bmf包括：

23、

24、其中，pmf为主轴和进给轴振动时的交叉功率谱密度，qmf为高频耦合效应值，用于模拟主轴和进给轴振动时的高频非线性耦合，rf为低频耦合效应值，用于表示在低频时进给轴振动受到主轴影响的激励效应。

25、进一步的，所述高频耦合效应值qmf包括：

26、qmf＝kq·sin(2ωm)

27、其中，kq为进给轴振动影响下的主轴的高频振幅系数。

28、进一步的，所述低频耦合效应值rf包括：

29、

30、其中，kr为主轴振动影响下的进给轴的低频振幅系数，ωr为进给轴的低频角频率，其中，进给轴的角频率低于预设阈值时为低频角频率。

31、通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

32、本发明获取主轴和进给轴振动时的交叉功率谱密度和进给轴振动时的功率谱密度，计算主轴和进给轴之间的耦合系数；获取主轴自身振动的振幅、主轴自身振动的角频率、主轴自身振动的相位、主轴振动的振动强度和主轴振动的二次谐波的振幅，并结合所述主轴和进给轴之间的耦合系数和进给轴振动时的功率谱密度，计算主轴振动响应值，从而完成主轴的振动情况分析。本发明通过以上技术方案，能够根据主轴和进给轴振动时的耦合情况，计算主轴振动响应值，从而对主轴完成振动分析。

技术特征：

1.一种数控机床主轴的振动数据采集方法，用于在进给轴的影响下，获取主轴振动响应值，从而分析主轴的振动情况，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种数控机床主轴的振动数据采集方法，其特征在于，计算所述主轴振动响应值包括：

3.如权利要求2所述的一种数控机床主轴的振动数据采集方法，其特征在于，所述主轴和进给轴之间的耦合系数bmf包括：

4.如权利要求3所述的一种数控机床主轴的振动数据采集方法，其特征在于，所述高频耦合效应值qmf包括：

5.如权利要求3所述的一种数控机床主轴的振动数据采集方法，其特征在于，所述低频耦合效应值rf包括：

6.一种数控机床主轴的振动数据采集系统，用于在进给轴的影响下，获取主轴振动响应值，从而分析主轴的振动情况，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的一种数控机床主轴的振动数据采集系统，其特征在于，计算所述主轴振动响应值包括：

8.如权利要求7所述的一种数控机床主轴的振动数据采集系统，其特征在于，所述主轴和进给轴之间的耦合系数bmf包括：

9.如权利要求8所述的一种数控机床主轴的振动数据采集系统，其特征在于，所述高频耦合效应值qmf包括：

10.如权利要求8所述的一种数控机床主轴的振动数据采集系统，其特征在于，所述低频耦合效应值rf包括：

技术总结本发明公开一种数控机床主轴的振动数据采集方法及系统，用于在进给轴的影响下，获取主轴振动响应值，从而分析主轴的振动情况，该方法包括：获取主轴和进给轴振动时的交叉功率谱密度和进给轴振动时的功率谱密度，计算主轴和进给轴之间的耦合系数；获取主轴自身振动的振幅、主轴自身振动的角频率、主轴自身振动的相位、主轴振动的振动强度和主轴振动的二次谐波的振幅，并结合所述主轴和进给轴之间的耦合系数和进给轴振动时的功率谱密度，计算主轴振动响应值，从而完成主轴的振动情况分析。技术研发人员：宋阳,索强,秦曾,张宁,杨鹏飞受保护的技术使用者：东风设备制造有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13