一種高精度加工主軸的在線動平衡測控系統的製作方法

2023-04-26 15:09:51 3

一種高精度加工主軸的在線動平衡測控系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，包括信號調理電路、信號採集電路、DSP處理電路、人機互動終端、單片機控制電路、用於控制主軸動平衡的動平衡控制終端、用於檢測主軸位移信號、加速度信號及用戶所需位置的溫度信號的信號檢測電路；所述信號檢測電路的輸出端與信號調理電路的輸入端相連接，信號調理電路的輸出端與信號採集電路的輸入端相連接，信號採集電路的控制端與人機互動終端相連接，DSP處理電路與信號採集電路相連接，人機互動終端與DSP處理電路及單片機控制電路相連接，單片機控制電路的輸出端與動平衡控制終端的輸入端相連接。本發明可以直觀、準確、快速的完成對加工主軸的在線動平衡測控。
【專利說明】一種高精度加工主軸的在線動平衡測控系統

【技術領域】
[0001]本發明屬於主軸高速動平衡【技術領域】，涉及一種高精度加工主軸的在線動平衡測控系統。

【背景技術】
[0002]現代機械加工的發展方向為高速、高精度、高效率，工具機的高速化成為目前工具機的發展趨勢，這種趨勢對加工工具機提出了更高的要求，而主軸作為工具機的核心部件很大程度上決定了工具機的加工性能。在實際加工工程中，由於製造誤差、材質不均勻以及安裝誤差等因素的影響，主軸必然存在不平衡量。不平衡量通常會導致主軸振動，在高速工具機上體現的尤為明顯,而主軸振動過大會直接影響加工精度，同時會大大縮短主軸組件壽命,甚至產生主軸斷裂等嚴重事故。因此，對主軸不平衡造成的振動進行監測控制顯得尤為重要。
[0003]但是，目前國內的主軸動平衡測控系統主要是針對加工精度不高的中低速主軸，對高速高精度主軸並不適用，現有的系統主要有以下不足:
[0004]首先，傳統系統結構較為集中，通常只用一個單一化的處理晶片來完成主軸運行狀態的檢測、控制及數據的計算處理功能，由於功能複雜導致晶片的運行負荷較大，進而形成了工作效率低、反應速度慢等諸多方面的不足之處，在對主軸進行動態特性測試時，在系統整周期工作頻率固定的情況下，如果主軸轉速較高，系統相對識別精度降低，且系統在數據處理的過程中還要同時執行其他功能，進而導致系統運行時間較長，無法利用傳統系統實現主軸動平衡的精確性能測試和動平衡控制；且系統管理複雜，不容易分別實現對每個功能的優化，且穩定性不高，只要有一個功能環節出現問題將會導致整個系統的崩潰；
[0005]其次，現有的主軸動平衡測控系統並未配置對外數據通信接口，無法與數控系統等其他設備進行數據交換，為一孤立的系統，不能實現與其他設備或系統的聯合使用，且人機互動能力較差，不能在運行過程中進行實時命令輸入與結果顯示，操作複雜，不夠直觀。


【發明內容】

[0006]本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供了一種高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，該系統直觀、準確、快速的完成對加工主軸的在線動平衡測控。
[0007]為達到上述目的，本發明所述高精度加工主軸的在線動平衡測控系統包括信號調理電路、信號採集電路、DSP處理電路、人機互動終端、單片機控制電路、用於控制主軸動平衡的動平衡控制終端、用於檢測主軸位移信號、加速度信號及用戶所需位置的溫度信號的信號檢測電路；
[0008]所述信號檢測電路的輸出端與信號調理電路的輸入端相連接，信號調理電路的輸出端與信號採集電路的輸入端相連接，信號採集電路的控制端與人機互動終端相連接，DSP處理電路與信號採集電路相連接，人機互動終端與DSP處理電路及單片機控制電路相連接，單片機控制電路的輸出端與動平衡控制終端的輸入端相連接。
[0009]還包括儲存器及通訊模塊，存儲器的輸入端與人機互動終端的輸出端相連接，存儲器的輸出端與外接設備通過通訊模塊相連接。
[0010]所述信號檢測電路包括位移傳感器、加速度傳感器及溫度傳感器。
[0011]所述信號調理電路包括前置放大電路、後置放大電路及濾波電路，前置放大電路的輸入端與信號檢測電路的輸出端相連接，前置放大電路的輸出端通過濾波電路與後置放大電路的輸入端相連接，後置放大電路的輸出端與信號採集電路的輸入端相連接。
[0012]所述信號採集模塊包括多路模擬開關電路及A/D數模轉換電路，多路模擬開關電路的控制端與人機互動終端相連接，多路模擬開關電路的輸入端與信號調理電路的輸出端相連接，多路模擬開關電路的輸出端與A/D數模轉換電路的輸入端相連接，A/D數模轉換電路與DSP處理電路相連接。
[0013]所述人機互動終端包括ARM晶片及TFT觸控螢幕，ARM晶片與DSP處理電路、TFT觸控螢幕、信號採集電路的控制端、單片機控制電路及存儲器的輸入端相連接。
[0014]所述ARM晶片的型號為STM32F103ZET6，ARM晶片與TFT觸控螢幕通過RS232接口相連接；
[0015]所述A/D數模轉換電路設有AD976晶片；
[0016]所述DSP處理電路設有DSP晶片，所述DSP晶片為TMS320F28335晶片。
[0017]所述存儲器為CH376文件管理控制晶片。
[0018]所述DSP處理電路與人機互動終端通過SPI總線相連接。
[0019]本發明具有以下有益效果:
[0020]本發明所述的高精度加工主軸的在線動平衡測控系統在對加工主軸進行在線動平衡測控的過程中，通過信號檢測電路採集主軸位移信號、加速度信號及用戶所需位置的溫度信號，所述主軸位移信號、加速度信號及用戶所需位置的溫度信號經信號調理電路調理後輸入到信號採集電路中，用戶根據自身的需要根據主軸位移信號、加速度信號及用戶所需位置的溫度信號生成位移振動頻譜圖、加速度振動頻譜圖、軸心軌跡圖或溫度軌跡圖，並通過人機互動終端顯示所述位移振動頻譜圖、加速度振動頻譜圖、軸心軌跡圖或溫度軌跡圖，同時用戶可以操作人機互動終端通過單片機控制電路控制動平衡控制終端實現對主軸的動平衡，從而直觀、準確、快速的完成對加工主軸進行在線動平衡測控，不用重複啟停主軸，靈活方便，滿足30000r/min轉速下的電主軸動平衡監測與控制功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的結構示意圖；
[0022]圖2為本發明中信號採集電路4的結構示意圖；
[0023]圖3為本發明中信號調理電路3的結構示意圖。
[0024]其中，I為人機互動終端、2為信號檢測電路、3為信號調理電路、4為信號採集電路、5為DSP處理電路、6為單片機控制電路、7為存儲器、8為通訊模塊、9為動平衡控制終端、10為外接設備、31為前置放大電路、32為濾波電路、33為後置放大電路、41為多路模擬開關電路、42為A/D數模轉換電路。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述:
[0026]參考圖1、圖2及圖3，本發明所述的高精度加工主軸的在線動平衡測控系統包括信號調理電路3、信號採集電路4、DSP處理電路5、人機互動終端1、單片機控制電路6、用於控制主軸動平衡的動平衡控制終端9、用於檢測主軸位移信號、加速度信號及用戶所需位置的溫度信號的信號檢測電路2 ;所述信號檢測電路2的輸出端與信號調理電路3的輸入端相連接，信號調理電路3的輸出端與信號採集電路4的輸入端相連接，信號採集電路4的控制端與人機互動終端I相連接，DSP處理電路5與信號採集電路4相連接，人機互動終端I與DSP處理電路5及單片機控制電路6相連接，單片機控制電路6的輸出端與動平衡控制終端9的輸入端相連接。
[0027]需要說明的是，本發明還包括儲存器及通訊模塊8，存儲器7的輸入端與人機互動終端I的輸出端相連接，存儲器7的輸出端與外接設備10通過通訊模塊8相連接，信號檢測電路2包括位移傳感器、加速度傳感器及溫度傳感器，信號調理電路3包括前置放大電路31、後置放大電路33及濾波電路32，前置放大電路31的輸入端與信號檢測電路2的輸出端相連接，前置放大電路31的輸出端通過濾波電路32與後置放大電路33的輸入端相連接，後置放大電路33的輸出端與信號採集電路4的輸入端相連接，信號採集模塊包括多路模擬開關電路41及A/D數模轉換電路42，多路模擬開關電路41的控制端與人機互動終端I相連接，多路模擬開關電路41的輸入端與信號調理電路3的輸出端相連接，多路模擬開關電路41的輸出端與A/D數模轉換電路42的輸入端相連接，A/D數模轉換電路42與DSP處理電路5相連接，人機互動終端I包括ARM晶片及TFT觸控螢幕，ARM晶片與DSP處理電路5、TFT觸控螢幕、信號採集電路4的控制端、單片機控制電路6及存儲器7的輸入端相連接，ARM晶片的型號為STM32F103ZET6，ARM晶片與TFT觸控螢幕通過RS232接口相連接，A/D數模轉換電路42設有AD976晶片，DSP處理電路5設有DSP晶片，所述DSP晶片為TMS320F28335晶片，存儲器7為CH376文件管理控制晶片。DSP處理電路5與人機互動終端I通過SPI總線相連接。
[0028]本發明的測控過程包括原始信息的採集、數據的處理及主軸的控制；
[0029]所述原始信息的採集包括以下步驟:信號檢測電路2採集主軸的位移信號、加速度信號以及用戶所需位置的溫度信號，所述主軸的位移信號、加速度信號以及用戶所需位置的溫度信號均通過信號調理電路3依次進行前置放大、低通濾波及後置放大後輸入到信號採集電路4中；
[0030]所述數據的處理為獲取位移振動頻譜圖、加速度振動頻譜圖、軸心軌跡圖或溫度軌跡圖；
[0031]所述獲取位移振動頻譜圖的具體過程為:用戶向人機互動終端I中輸入獲取位移振動頻譜圖指令，人機互動終端I根據所述獲取位移振動頻譜圖指令生成第一控制信號，並將所述第一控制信號輸入到信號採集電路4及DSP處理電路5中，信號採集電路4接收所述第一控制信號，然後根據所述第一控制信號選取主軸的位移信號，並將選取的主軸的位移信號輸入到DSP處理電路5中，DSP處理電路5根據所述第一控制信號及主軸的位移信號生成位移振動頻譜圖，並通過人機互動終端I顯示所述位移振動頻譜圖；
[0032]所述獲取加速度振動頻譜圖的具體過程為:用戶向人機互動終端I中輸入獲取加速度振動頻譜圖指令，人機互動終端I根據所述獲取加速度振動頻譜圖指令生成第二控制信號，並將所述第二控制信號輸入到信號採集電路4及DSP處理電路5中，信號採集電路4根據所述第二控制信號選取主軸的加速度信號，並將選取的主軸的加速度信號轉發至DSP處理電路5中，DSP處理電路5根據所述第二控制信號及主軸的加速度信號生成加速度振動頻譜圖，並通過人機互動終端I顯示所述加速度振動頻譜圖；
[0033]所述獲取軸心軌跡圖的具體過程為:用戶向人機互動終端I中輸入獲取軸心軌跡圖指令，人機互動終端I根據所述獲取軸心軌跡圖指令生成第三控制信號，並將所述第三控制信號輸入到信號採集電路4及DSP處理模塊中，信號採集電路4根據所述第三控制信號選取主軸的位移信號，並將選取的主軸的位移信號轉發至DSP處理電路5中,DSP處理電路5根據所述主軸的位移信號及第三控制信號生成軸心軌跡圖，並通過人機互動終端I顯示所述軸心軌跡圖；
[0034]所述獲取主軸的溫度軌跡圖的具體操作為:用戶向人機互動終端I中輸入獲取溫度軌跡圖指令，人機互動終端I根據所述溫度軌跡圖指令生成第四控制信號，並將所述第四控制信號轉發至DSP處理電路5及信號採集電路4中，信號採集電路4根據所述第四控制信號選取用戶所需位置的溫度信號，然後將選取的用戶所需位置的溫度信號轉發至DSP處理電路5中，DSP處理電路5根據所述第四控制信號及用戶所需位置的溫度信號生成溫度軌跡圖，並通過人機互動終端I顯示所述溫度軌跡圖；
[0035]所述主軸的控制的具體過程為:用戶向人機互動終端I中輸入主軸動平衡指令，人機互動終端I根據所述主軸動平衡指令控制單片機控制模塊通過動平衡控制終端9完成對主軸的動平衡。
【權利要求】
1.一種高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，其特徵在於，包括信號調理電路(3)、信號採集電路(4)、DSP處理電路(5)、人機互動終端(I)、單片機控制電路(6)、用於控制主軸動平衡的動平衡控制終端(9)、用於檢測主軸位移信號、加速度信號及用戶所需位置的溫度信號的信號檢測電路(2); 所述信號檢測電路⑵的輸出端與信號調理電路⑶的輸入端相連接，信號調理電路(3)的輸出端與信號採集電路(4)的輸入端相連接，信號採集電路(4)的控制端與人機互動終端(I)相連接，DSP處理電路(5)與信號採集電路(4)相連接，人機互動終端(I)與DSP處理電路(5)及單片機控制電路(6)相連接，單片機控制電路(6)的輸出端與動平衡控制終端(9)的輸入端相連接。
2.根據權利要求1所述的高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，其特徵在於，還包括儲存器及通訊模塊(8)，存儲器(7)的輸入端與人機互動終端(I)的輸出端相連接，存儲器(7)的輸出端與外接設備(10)通過通訊模塊⑶相連接。
3.根據權利要求1所述的高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，其特徵在於，所述信號檢測電路(2)包括位移傳感器、加速度傳感器及溫度傳感器。
4.根據權利要求1所述的高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，其特徵在於，所述信號調理電路(3)包括前置放大電路(31)、後置放大電路(33)及濾波電路(32)，前置放大電路(31)的輸入端與信號檢測電路(2)的輸出端相連接，前置放大電路(31)的輸出端通過濾波電路(32)與後置放大電路(33)的輸入端相連接，後置放大電路(33)的輸出端與信號採集電路(4)的輸入端相連接。
5.根據權利要求1所述的高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，其特徵在於，所述信號採集模塊包括多路模擬開關電路(41)及A/D數模轉換電路(42)，多路模擬開關電路(41)的控制端與人機互動終端(I)相連接，多路模擬開關電路(41)的輸入端與信號調理電路⑶的輸出端相連接，多路模擬開關電路(41)的輸出端與A/D數模轉換電路(42)的輸入端相連接，A/D數模轉換電路(42)與DSP處理電路(5)相連接。
6.根據權利要求1所述的高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，其特徵在於，所述人機互動終端(I)包括ARM晶片及TFT觸控螢幕，ARM晶片與DSP處理電路(5)、TFT觸控螢幕、信號採集電路(4)的控制端、單片機控制電路(6)及存儲器(7)的輸入端相連接。
7.根據權利要求6所述的高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，其特徵在於， 所述ARM晶片的型號為STM32F103ZET6，ARM晶片與TFT觸控螢幕通過RS232接口相連接； 所述A/D數模轉換電路(42)設有AD976晶片； 所述DSP處理電路(5)設有DSP晶片，所述DSP晶片為TMS320F28335晶片。
8.根據權利要求2所述的高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，其特徵在於，所述存儲器(7)為CH376文件管理控制晶片。
9.根據權利要求2所述的高精度加工主軸的在線動平衡測控系統，其特徵在於，所述DSP處理電路(5)與人機互動終端(I)通過SPI總線相連接。
【文檔編號】G01M1/14GK104374521SQ201410642001
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】梅雪松, 石航, 胡振邦, 許睦旬, 張東升, 姜歌東 申請人:西安交通大學