專利名稱：一種快速判定機床安裝與運行性能的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種快速判定機床安裝與運行性能的方法。
背景技術：
機床的安裝與運行性能的好壞直接關系到加工產品的質量和設備的使用壽命，因而有必要預先對其檢測判定，及時校正，以保證機床的最佳使用。
機床的安裝狀態(tài)是受地基、支撐等影響的，現(xiàn)一般采用水平儀檢查機床安裝后工作臺的水平性(即傾斜不超過某個許用值)。這種測量方法不能反映地基、墊鐵、和地腳螺釘?shù)戎С械馁|量和緊固力量。因此不能準確反映出實際的安裝質量。
機床的運行性能又與其安裝狀態(tài)直接相關，目前對機床的運行性能的檢測采用的是通過實際加工檢測零件實際精度的方法來判定其運行性能，其缺陷是在未知其安裝與運行性能的前提下，對機床初期加工檢測的零件無法保證其成品率，導致零件的報廢，造成損失，且還會影響機床刀具的使用壽命。
機床運行性能的好壞是可以通過其動態(tài)特性振動幅—頻特征來體現(xiàn)的，機床的強迫振動和白激振動主要取決于機床部件或整臺機床的動態(tài)特性，這些特性包括固有頻率、阻尼比、在共振時機床的剛度(或柔度)和共振時的振動形態(tài)等。這些都直接影響加工的表面質量、金屬切除率和刀具耐用度?，F(xiàn)常用的系統(tǒng)動態(tài)特性測量方法的原理參見圖7，多采用電動、電磁、電液式激振器，通過穩(wěn)態(tài)正弦、隨機、瞬態(tài)激振的激勵方法產生振動信號，由主控系統(tǒng)對其定性分析。
上述的穩(wěn)態(tài)正弦激振的激勵方法正弦激振——掃頻激振，激振的頻率隨時間而變化。
隨機激振的激勵方法隨機激振是一種寬帶激振的方法，一般用白噪聲發(fā)生或隨機信號發(fā)生器作為信號源。隨機激振測試系統(tǒng)雖有快速甚至“實時”測試的優(yōu)點，但它所用的設備要復雜一些，價格也較昂貴。
瞬態(tài)激振的激勵方法1)快速正弦掃描激振激振信號由振蕩頻率可控變化的信號發(fā)生器供給。通常采用線性的正弦掃描激振，激振的信號頻率在掃描周期內呈線性增大，但幅值保持為常值。
2)脈沖激振實際進行脈沖激振時采用的是裝有力傳感器的脈沖錘敲擊試件。它對試件的實際作用力是近似半正弦波，其有效頻率范圍決定于脈沖持續(xù)時間。
3)階躍(張馳)激振在擬定的激振點處，用一根剛度大重量輕的弦經過力傳感器對待測結構施加張力，使之產生初始變形。然后突然切斷張力弦，這就相當于對該結構施加一個負的階躍激振力。階躍激振也屬于寬帶激振。這種方法在建筑結構的振動測試中用得較普遍。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種快速判定機床安裝與運行性能的方法，它是通過對機床動態(tài)特性--振動幅-頻特征的測量來判別機械設備安裝的正確性。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設計方案一種快速判定機床安裝與運行性能的方法，所述的判定方法如下a)將檢測系統(tǒng)激振器的偏心裝置安裝在待測機床的主軸上，調整偏心量以適合該質量的機床；b)設定該質量機床正確安裝時的振動幅值、幅-頻曲線；c)啟動檢測系統(tǒng)，激勵激振器，掃描，掃描頻率范圍為3～60Hz；d)采集一定時段的振動信號，對采集到的振動信號處理，初步得出對應的振動幅值、幅-頻曲線；e)計算得出初步的共振峰頻率fi；f)在每個共振頻率fi±3Hz范圍內再次以0.2Hz的升幅掃描得到細化的振動幅值、幅-頻曲線；G)將上述步驟中得到的測量結果與正確安裝時的振動幅值、幅-頻曲線進行比較，定性分析。
本發(fā)明的優(yōu)點是對機床動態(tài)特性——振動幅-頻特征的測量準確、快速，能準確和更全面地反映機床實際安裝的質量，預測機床的運行性能，從而指導機床的正確安裝，減少機床的安裝調試時間，縮短生產準備時間；且適用于不同質量的機床設備，應用范圍廣。


圖1為本實現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意2為本發(fā)明測試電路原理方框3為本發(fā)明測試電路原理4為本發(fā)明系統(tǒng)激振器的結構示意5為本發(fā)明軟件基本處理流程6-a本發(fā)明正確安裝時一實施例機床的幅頻特征值示意6-b本發(fā)明一實施例有一個地腳螺釘松動時機床的幅頻特征值示意6-c本發(fā)明一實施例有二個地腳螺釘松動時機床的幅頻特征值示意7為機床動態(tài)特性測量常用方法原理圖具體實施方式
本發(fā)明快速判定機床安裝與運行性能的方法是一種利用振動幅-頻特征測量來判別機械設備安裝的正確性的方法。
實現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)構成可參見圖1、圖2所示，由無源激振器2、加速度計1、電荷放大器3、A/D轉換與數(shù)據采集4及計算機5構成。
其中，一較佳實施例選用江蘇聯(lián)能電子技術有限公司研制的CA-YD-117加速度傳感器、YE5851電荷放大器，祥云計算機技術公司的PC-1216K2 A/D轉換板，具體電路連接如圖3所示。
圖3中±12V雙路直流穩(wěn)壓電源可以替換為±(6～15)V的雙路直流穩(wěn)壓電源。PC-1216K2 A/D轉換板插入PC主板ISA插槽。
圖4所示的是本發(fā)明系統(tǒng)激振器的結構示意，激振器的偏心裝置可設計為一不平衡塊11，其可通過螺栓12、墊塊13安裝在心軸14上。心軸14安裝在主軸孔內。
本發(fā)明的工作原理機床主軸頻率與其轉速有如下關系f＝N/60(1)在(1)式中f為主軸頻率，單位為赫茲(Hz)；N為主軸轉速，單位為轉/分(r/min)。
在數(shù)控機床運行過程中，主軸轉動的不平衡將引起整個機床周期性地振動，引起整個機床共振(振幅最大)。
機床振動的測試原理機床振動時其在空間各個方向上都有振幅，但通過分析可以知道，在機床安裝固定調試好后，在其垂直于地面水平面的方向上具有最大振幅，故對垂直于水平面的的方向進行測試，測試點位于數(shù)控機床水平工作臺上。
根據振動學的知識，物體振動振幅與外部加速度有下面的關系/a/＝/Aω2/sin(ωt) (2)(2)式中a為加速度，A為振幅，ω為角速度，t表示時間。當ω2sin(ωt)值一定時a與A成正比關系，即加速度越大振幅也越大。在這里直接對機床水平工作臺的振幅進行測量是不方便的，由于加速度與振幅有正比關系，我們可以通過對加速度的測試定性的分析出固有頻率。
采用本發(fā)明快速判定機床安裝與運行性能的方法，首先計算機控制系統(tǒng)先采集安裝了激振器的機床心軸的振動信號，通過自身編制的軟件對這些信號實時處理，其軟件基本流程圖參見圖5，其處理流程如下數(shù)據處理時間分段數(shù)據處理時間段分為等待時段、采集時段和處理時段 在等待時段系統(tǒng)進行一些初始化等操作(耗時1秒)，并等待2秒，以使機床主軸加速至預定轉速并轉動平穩(wěn)，之后進入采集時段，這時系統(tǒng)開始采集數(shù)據，采集3秒后進入處理時段，這時系統(tǒng)對采集到的所有值求平均值，并以曲線形式輸出到顯示器上。此過程總耗時10秒，完成后進入下一個等待時段，如此循環(huán)，直到所有預定的機床主軸轉速下的加速度被采集完。
最后將得到的測量結果與正確安裝時的振動幅值、幅-頻曲線進行比較，誤差在±5％以內則認為安裝正確，不會對隨后的運行產生影響；超出上述范圍則認為安裝存在問題，會對隨后的運行性能造成影響。
實施例1以數(shù)控機床為例，本發(fā)明的具體方法如下a)將檢測系統(tǒng)激振器的不平衡塊安裝在數(shù)控機床主軸孔內，調整偏心量以適合該質量的數(shù)控機床；b)調出該數(shù)控機床正確安裝時的振動幅值、幅-頻曲線；c)啟動檢測系統(tǒng)，激勵激振器，在主軸許用轉速范圍內(0～Nmax，具體值以機床說明書為準，但不超出0～3600rpm范圍內)，通過數(shù)控指令編程控制主軸轉速n從0升至Nmax，掃描頻率范圍為0～60Hz；d)在主軸轉速從0升至Nmax期間自動采集通過加速度計測得的振動信號；過數(shù)據濾波等手段對信號進行出理得出設備對應的振動幅值、幅-頻曲線。
e)利用軟件判斷幅頻特征，并自動生成需要細掃描的頻率范圍，再次頻率掃描得到準確的幅頻特征值；f)通過與記錄保存的安裝正確時的幅頻特征比較；G)定性。
作為機床支承系統(tǒng)的一階諧振頻率通常在10～60Hz范圍內，安裝條件的劣化將使諧振頻率定向偏移和幅值的變化。誤差在5％之內的為正確安裝，超出5％時為安裝不正確。
實施例2正確安裝一機床(立式加工中心KT1400)，方法如實施例1。其得到的幅頻特征值示意圖參見圖6-a。
實施例3安裝一機床(有一個地腳螺釘松動時)，方法如實施例1。其得到的幅頻特征值示意圖參見圖6-b。
實施例4安裝一機床(有二個地腳螺釘松動時)，方法如實施例1。其得到的幅頻特征值示意圖參見圖6-c。
上述實施例2、實施例3、實施例4中安裝為同一機床，f1/y1為外界干擾振動，f2/y2為支承固有頻率。評定據是f2和y2。
圖6-a為正確安裝時的幅頻特征曲線。
圖6-b、圖6-c為安裝狀況劣化時的幅頻特征曲線。
兩者比較(1)頻譜曲線形狀變化(多峰)。
(2)頻率偏移。
(3)峰值偏離。
權利要求
1.一種快速判定機床安裝與運行性能的方法，其特征在于所述的判定方法如下a)將檢測系統(tǒng)激振器的偏心裝置安裝在待測機床的主軸上，調整偏心量以適合該質量的機床；b)設定該質量機床正確安裝時的振動幅值、幅—頻曲線；c)啟動檢測系統(tǒng)，激勵激振器，掃描，掃描頻率范圍為3～60Hz；d)采集一定時段的振動信號，對采集到的振動信號處理，初步得出對應的振動幅值、幅—頻曲線；e)計算得出初步的共振峰頻率fi；f)在每個共振頻率fi±3Hz范圍內再次以0.2Hz的升幅掃描得到細化的振動幅值、幅—頻曲線；G)將上述步驟中得到的測量結果與正確安裝時的振動幅值、幅—頻曲線進行比較，定性分析。
2.根據權利要求1所述的快速判定機床安裝與運行性能的方法，其特征在于所述的激振器為無源激振器，其采用穩(wěn)態(tài)正弦激振激勵方法。
3.根據權利要求1所述的快速判定機床/安裝與運行性能的方法，其特征在于所述的步驟d)中一定時段為主軸轉速從0以120轉/分的升幅升至Nmax期間段。
4.根據權利要求1所述的快速判定機床安裝與運行性能的方法，其特征在于所述的步驟d)中采集的振動信號是通過加速度傳感器測定的。
全文摘要
一種快速判定機床安裝與運行性能的方法，判定方法如下將檢測系統(tǒng)激振器的偏心裝置安裝在待測機床的主軸上，啟動檢測系統(tǒng)，激勵激振器，掃描，采集一定時段的振動信號并處理，初步得出對應的振動幅值、幅—頻曲線；計算得出初步的共振峰頻率f
文檔編號G01M99/00GK1683109SQ20041003271
公開日2005年10月19日 申請日期2004年4月16日 優(yōu)先權日2004年4月16日
發(fā)明者盛伯浩, 羅振璧, 唐華 申請人:北京機床研究所