CN108637490B - 一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光切割领域，具体的说是一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法。包括如下步骤：S1，根据需要选择测量XY轴或Z轴的负载惯量和摩擦力矩，若测量XY轴则转步骤S2，若测量Z轴在转步骤S6；S2，测量XY轴的负载惯量；S3，在往复运动过程中，读取电机力矩T1；S4，计算电机的角加速度β1；S5，计算机床电机轴总负载惯量Jn1以及变速段平均摩擦力矩Tf1，并计算机床电机轴摩擦力矩；S6，测量Z轴负载惯量和摩擦力矩；S7，在往复运动过程中，读取电机力矩T2；S8，计算电机的角加速度β2；S9，计算机床电机轴摩擦力矩。本发明同现有技术相比，使用方便；不仅可以帮助提高机床性能，还能作为维护机床，检修机械故障的有力手段；省时省力成本低廉，精度较传统方法极大提升。

Description

一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法
技术领域
本发明涉及激光切割领域，具体的说是一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法。
背景技术
激光切割设备一般由XYZ三轴组成，XY为水平轴，驱动机床在水平面运动；Z轴为垂直轴，驱动激光切割头上下运动。为了让激光切割机床发挥最大的性能，提高运行速度以及控制精度，需要计算出机床的负载惯量与摩擦力力矩数据。现在都是由专业人员，现场根据调试数据估算出来，耗时耗力成本高，且并不精确。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，设计一种可以自动计算出机床XYZ的负载惯量、摩擦力矩，以及Z轴的重力矩的自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法。
为实现上述目的，设计一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法，其特征是包括如下步骤：S1，根据需要选择测量XY轴或Z轴的负载惯量和摩擦力矩，若测量XY轴则转步骤S2，若测量Z轴在转步骤S6；S2，测量XY轴的负载惯量，机床以给定的加速度依次进行匀加速运动、匀速运动和匀减速运动，并往复运动若干次；S3，在往复运动过程中，读取电机力矩T1，分别计算匀加速段平均力矩T+，匀减速段力矩T-，和匀速段力矩Tfc1；S4，依据机床的传动结构参数计算当机床轴加速度为A1时，对应电机的角加速度β1；S5，计算机床电机轴总负载惯量Jn1以及变速段平均摩擦力矩Tfv1，并计算机床电机轴摩擦力矩；S6，测量Z轴负载惯量和摩擦力矩，机床以给定的加速度依次进行匀加速运动、匀速运动和匀减速运动，并往复运动若干次；S7，在往复运动过程中，读取电机力矩T2，分别计算分别计算向上运动时匀加速度段平均力矩Tup+，匀减速段力矩Tup-，以Vh2匀速段力矩Tupfc2，和向下运动时匀加速度段平均力矩Tdn+，匀减速段力矩Tdn-，以Vh2匀速段力矩Tdnfc2；S8，根据机床的传动结构参数计算当机床加速度为A2时，对应电机的角加速度β2；S9，计算机床电机轴总负载惯量Jn2和变速段平均摩擦力矩Tfv2，以及Z轴负载重力矩Tmg，并计算机床电机轴摩擦力矩。
所述步骤S2包括如下步骤：S21，机床以给定的加速度A1加速到Vh1；S22，机床以Vh1的速度匀速运动0.1-1秒；S23，机床以加速度A1减速直至停止；S24，重复步骤S21至步骤S23，重复三到五次。
所述步骤S5中计算机床电机轴总负载惯量Jn1以及变速段平均摩擦力矩Tfv1的方程为
Figure GDA0002387986840000021
所述计算机床电机轴摩擦力矩Tfm的公式为
Figure GDA0002387986840000022
其中V为实时速度。
所述步骤S6包括如下步骤：S61，机床以给定的加速度A2加速到Vh2；S62，机床以Vh2的速度匀速运动0.1-1秒；S63，机床以加速度A2减速直至停止；S64，重复步骤S61至步骤S63，重复三到五次。
所述步骤S9中计算机床电机轴总负载惯量Jn2和变速段平均摩擦力矩Tfv2的方程为
Figure GDA0002387986840000023
所述计算机床电机轴摩擦力矩的公式为
Figure GDA0002387986840000024
其中V为实时速度。
一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的系统，包括X轴左滑轨，X轴右滑轨，X轴左电机，X轴右电机，Y轴横梁，机床，其特征是：所述机床的左右两侧分别设有X轴左滑轨和X轴右滑轨，机床的上方设有Y轴横梁，Y轴横梁左右两侧的下方分别设有X轴左电机和X轴右电机，X轴左电机与X轴左滑轨相连，X轴右电机与X轴右滑轨相连，Y轴横梁的前侧设有Z轴调高装置。
一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的系统，包括Y轴左滑轨，Y轴右滑轨，Y轴左电机，Y轴右电机，X轴横梁，机床，其特征是：所述机床的左右两侧分别设有Y轴左滑轨和Y轴右滑轨，机床的上方设有X轴横梁，X轴横梁左右两侧的下方分别设有Y轴左电机和Y轴右电机，Y轴左电机与Y轴左滑轨相连，Y轴右电机与Y轴右滑轨相连，X轴横梁的前侧设有Z轴调高装置。
本发明同现有技术相比，使用方便；不仅可以帮助提高机床性能，还能作为维护机床，检修机械故障的有力手段；省时省力成本低廉，精度较传统方法极大提升。
附图说明
图1为本发明中X轴双电机的装置结构示意图。
图2为本发明中Y轴双电机的装置结构示意图。
参见图1～图2，其中，1是X轴左滑轨，2是X轴右滑轨，3是X轴左电机，4是X轴右电机，5是Y轴横梁，6是机床，7是Y轴左滑轨，8是Y轴右滑轨，9是Y轴左电机，10是Y轴右电机，11是X轴横梁。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步的说明。
实施例一：
如图1所示，本实施例采用X轴双电机布置，其装置为结构为所述机床6的左右两侧分别设有X轴左滑轨1和X轴右滑轨2，机床6的上方设有Y轴横梁5，Y轴横梁5左右两侧的下方分别设有X轴左电机3和X轴右电机4，X轴左电机3与X轴左滑轨1相连，X轴右电机4与X轴右滑轨2相连，Y轴横梁5的前侧设有Z轴调高装置。
本实施例中XY轴采用齿轮齿条传动，减速被为1:5，齿轮的分度圆直径42.455；Z轴采用丝杆传动，导程P＝10MM，无减速机构。
首先测量XY轴负载惯量与摩擦力矩的步骤为：首先机床以给定的加速度0.8G加速到200mm/S，然后以200mm/S匀速运动0.5秒后，再以加速度0.8G减速到零，并往复运动3次，在往复运动过程中，读取电机力矩曲线T1，并分别计算匀加速段平均力矩T+＝12.33NM，匀减速段力矩T-＝11.03NM，和匀速段力矩Tfc1＝1.23NM。依据机床的传动结构参数计算当机床轴加速度为0.8G时，对应电机的角加速度β＝1884.35弧度/S^2。根据公式
Figure GDA0002387986840000041
计算机床电机轴总负载惯量Jm＝62E-4KG*M^2以及变速段平均摩擦力矩Tfv1＝0.65NM，并根据公式
Figure GDA0002387986840000042
计算得到机床电机轴摩擦力矩Tfm。
随后测量Z轴的负载惯量和摩擦力矩，首先机床Z轴以给定的加速度0.5G加速到100mm/S，然后以100mm/S匀速运动0.5秒后，再以加速度0.5G减速到零，并往复运动3次，在往复运动过程中，读取Z轴电机力矩曲线T2，并分别计算分别计算向上运动时匀加速度段平均力矩Tup+＝0.649NM，匀减速段力矩Tup-＝0.171NM，以Vh2匀速段力矩Tupfc2＝0.289NM，和向下运动时匀加速度段平均力矩Tdn+＝0.331NM，匀减速段力矩Tdn-＝0.489NM，以100mm/S匀速段力矩Tdnfc2＝-0.03NM。依据机床的传动结构参数计算当机床轴加速度为0.5G时，对应电机的角加速度β2＝3140弧度/S^2。并根据方程
Figure GDA0002387986840000043
计算机床电机轴总负载惯量Jm2＝1.305E-4KG*M^2和变速段平均摩擦力矩Tfv2＝0.08NM，根据公式
Figure GDA0002387986840000044
计算机床电机轴摩擦力矩Tfm。
实施例二：
如图2所示，本实施例采用Y轴双电机布置，其装置结构为所述机床6的左右两侧分别设有Y轴左滑轨7和Y轴右滑轨8，机床6的上方设有X轴横梁11，X轴横梁11左右两侧的下方分别设有Y轴左电机9和Y轴右电机10，Y轴左电机9与Y轴左滑轨7相连，Y轴右电机10与Y轴右滑轨8相连，X轴横梁11的前侧设有Z轴调高装置。
本实施例中XY轴采用齿轮齿条传动，减速被为1:5，齿轮的分度圆直径42.455；Z轴采用丝杆传动，导程P＝16MM，无减速机构。
首先测量XY轴负载惯量与摩擦力矩的步骤为：首先机床以给定的加速度A1＝0.8G加速到200mm/S，然后以200mm/S匀速运动0.5秒后，再以加速度0.5G减速到零，并往复运动3次，在往复运动过程中，读取电机力矩曲线T1，并分别计算匀加速段平均力矩T+＝6.56NM，匀减速段力矩T-＝5.50NM，和匀速段力矩Tfc1＝0.98NM。依据机床的传动结构参数计算当机床轴加速度为0.5G时，对应电机的角加速度β1＝1507.5弧度/S^2。根据公式
Figure GDA0002387986840000051
计算机床电机轴总负载惯量Jm1＝40E-4KG*M^2以及变速段平均摩擦力矩Tfv1＝0.53NM，并根据公式
Figure GDA0002387986840000052
计算机床电机轴摩擦力矩Tfm。
随后测量Z轴的负载惯量和摩擦力矩，首先机床以给定的加速度0.5G加速到Vh2＝100mm/S，然后以100mm/S匀速运动0.5秒后，再以加速度0.5G减速到零，并往复运动3次，在往复运动过程中，读取电机力矩曲线T2，并分别计算分别计算向上运动时匀加速度段平均力矩Tup+＝0.68NM，匀减速段力矩Tup-＝0NM，以Vh2匀速段力矩Tupfc2＝0.40NM，和向下运动时匀加速度段平均力矩Tdn+＝0.18NM，匀减速段力矩Tdn-＝0.50NM，以Vh2匀速段力矩Tdnfc2＝-0.10NM。依据机床的传动结构参数计算当机床轴加速度为A2时，对应电机的角加速度β2＝1962.5弧度/S^2。并根据方程
Figure GDA0002387986840000053
计算机床电机轴总负载惯量Jm2＝1.74E-4KG*M^2和变速段平均摩擦力矩Tfv2＝0.09NM，根据公式
Figure GDA0002387986840000054
计算机床电机轴摩擦力矩Tfm。

Claims (7)

1.一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法，其特征是包括如下步骤：S1，根据需要选择测量XY轴或Z轴的负载惯量和摩擦力矩，若测量XY轴则转步骤S2，若测量Z轴在转步骤S6；S2，测量XY轴的负载惯量，机床以给定的加速度依次进行匀加速运动、匀速运动和匀减速运动，并往复运动若干次；S3，在往复运动过程中，读取电机力矩T1，分别计算匀加速段平均力矩T+，匀减速段力矩T-，和匀速段力矩Tfc1；S4，依据机床的传动结构参数计算当机床轴加速度为A1时，对应电机的角加速度β1；S5，计算机床电机轴总负载惯量Jn1以及变速段平均摩擦力矩Tfv1，并计算机床电机轴摩擦力矩；S6，测量Z轴负载惯量和摩擦力矩，机床以给定的加速度依次进行匀加速运动、匀速运动和匀减速运动，并往复运动若干次；S7，在往复运动过程中，读取电机力矩T2，分别计算向上运动时匀加速度段平均力矩Tup+，匀减速段力矩Tup-，以Vh2匀速段力矩Tupfc2，和向下运动时匀加速度段平均力矩Tdn+，匀减速段力矩Tdn-，以Vh2匀速段力矩Tdnfc2；S8，根据机床的传动结构参数计算当机床加速度为A2时，对应电机的角加速度β2；S9，计算机床电机轴总负载惯量Jn2和变速段平均摩擦力矩Tfv2，以及Z轴负载重力矩Tmg，并计算机床电机轴摩擦力矩。
2.根据权利要求1所述的一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法，其特征是所述步骤S2包括如下步骤：S21，机床以给定的加速度A1加速到Vh1；S22，机床以Vh1的速度匀速运动0.1-1秒；S23，机床以加速度A1减速直至停止；S24，重复步骤S21至步骤S23，重复三到五次。
3.根据权利要求1所述的一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法，其特征是所述步骤S5中计算机床电机轴总负载惯量Jn1以及变速段平均摩擦力矩Tfv1的方程为
Figure 748013DEST_PATH_IMAGE001
；所述计算机床电机轴摩擦力矩的公式为
Figure 727470DEST_PATH_IMAGE002
，其中V为实时速度。
4.根据权利要求1所述的一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法，其特征是所述步骤S6包括如下步骤：S61，机床以给定的加速度A2加速到Vh2；S62，机床以Vh2的速度匀速运动0.1-1秒；S63，机床以加速度A2减速直至停止；S64，重复步骤S61至步骤S63，重复三到五次。
5.根据权利要求1所述的一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法，其特征是所述步骤S9中计算机床电机轴总负载惯量Jn2和变速段平均摩擦力矩Tfv2的方程为
Figure 507207DEST_PATH_IMAGE003
；所述计算机床电机轴摩擦力矩的公式为
Figure 715466DEST_PATH_IMAGE004
，其中V为实时速度。
6.利用权利要求1所述的一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法的系统，包括X轴左滑轨，X轴右滑轨，X轴左电机，X轴右电机，Y轴横梁，机床，其特征是：所述机床（6）的左右两侧分别设有X轴左滑轨（1）和X轴右滑轨（2），机床（6）的上方设有Y轴横梁（5），Y轴横梁（5）左右两侧的下方分别设有X轴左电机（3）和X轴右电机（4），X轴左电机（3）与X轴左滑轨（1）相连，X轴右电机（4）与X轴右滑轨（2）相连，Y轴横梁（5）的前侧设有Z轴调高装置。
7.利用权利要求1所述的一种自动测量双驱激光切割机负载惯量与摩擦力矩的方法的系统，包括Y轴左滑轨，Y轴右滑轨，Y轴左电机，Y轴右电机，X轴横梁，机床，其特征是：所述机床（6）的左右两侧分别设有Y轴左滑轨（7）和Y轴右滑轨（8），机床（6）的上方设有X轴横梁（11），X轴横梁（11）左右两侧的下方分别设有Y轴左电机（9）和Y轴右电机（10），Y轴左电机（9）与Y轴左滑轨（7）相连，Y轴右电机（10）与Y轴右滑轨（8）相连，X轴横梁（11）的前侧设有Z轴调高装置。
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