[发明专利]一种电主轴快速温升的辨识方法及其系统

说明书

本发明提供一种电主轴快速温升的辨识方法，包括：采集步骤：采集设置在电主轴上测温点的温度变化数据；计算步骤：根据温度变化数据计算粒子滤波的初值以及自适应性因子，并根据自适应因子计算均方根误差；输出步骤：根据均方根误差得到最短辨识时间，并在最短辨识时间下输出所确定的温升辨识曲线。本发明还提供一种电主轴快速温升的辨识系统。本发明提供的技术方案可实现高速电主轴快速温升曲线辨识的目的，具有使用方便、结果准确、操作简单、能够明显缩短辨识时间的优点。

技术领域

本发明涉及智能制造领域，特别是涉及了一种电主轴快速温升的辨识方法及其系统。

背景技术

近年来，随着中国制造2025的推进，具有深度感知、智慧决策、自动执行功能的智能装备得到快速发展，其中高速电主轴作为核心功能部件，已广泛应用于电子加工、高精密度机械加工、自动化生产线、航空航天、生物医疗等高科技行业。

电主轴是将电机转子直接固定装配于主轴，把传动链的长度缩短为零，即实现了“零传动”的高精度机电一体化产品。它主要包括主轴及轴承、电机、冷却装置、编码器等附件。它具有结构紧凑、质量轻、振动小、噪声低、响应快等优点，不但可以达到较高转速、实现大功率或大扭矩输出，同时还配有一系列调整、控制运行参数的功能，利于保障其高速运转时的精度和可靠性。

但是，电机内置导致主轴的温度不容易散去，同时，电主轴高速运转时，前后轴承摩擦发热加剧，导致温升加剧。随着智能制造的不断推进，机加工愈发向高速、高精度的方向发展，而热误差一直以来是影响加工精度的主要因素，据统计由于热误差所引起的加工误差占整个加工误差的75％左右。因此，如何有效的减少热误差是一个亟需解决的难题。而引起热误差直接原因是电主轴温度的变化，因此，研究电主轴温度的变化变得尤为重要。

目前，在电主轴的温升辨识方法上主要有几种形式。第一种是利用理论仿真——有限元分析的方法进行数值仿真，模拟出电主轴各点的温升曲线，同时计算热平衡时间及最终的稳态温度；第二种是通过对电主轴进行长时间实验，来测量出电主轴热态性能。

针对第一种方法，由于电主轴结构复杂，包含有冷却系统、润滑系统、动力系统等，此外，还有几十个零部件，致使在进行有限元仿真分析时，很多接触面的接触热阻不能确定，难以准确计算热边界条件，考虑有限元模型的复杂性、收敛性以及计算时间，需要进行模型简化，这样使得最终计算得到的电主轴热态性能不能完全符合其实际工况下的温度变化，这就使得第一种方法的可行性受到了限制。

针对第二种方法，一般情况下是通过电主轴跑合试验来测量其空转条件下达到热平衡状态，然后分析测量数据。这种方法比较费时费力，通常需要3至6个小时的跑合试验才能完成测量。对于不同转速下的每一个电主轴都要进行温升跑合试验，这样就需要消耗大量的人力物力。

因此，怎么减少测量时间，如何在较短时间内辨识出单个测量点的整个温升变化过程，提高测量的准确度以及测试效率一直是业界亟需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是怎么减少测量时间，如何在较短时间内辨识出单个测量点的整个温升变化过程，提高测量的准确度以及测试效率。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种电主轴快速温升的辨识方法，其中，所述方法包括：

采集步骤：采集设置在所述电主轴上测温点的温度变化数据；

计算步骤：根据所述温度变化数据计算粒子滤波的初值以及自适应性因子，并根据所述自适应因子计算均方根误差；

输出步骤：根据所述均方根误差得到最短辨识时间，并在所述最短辨识时间下输出所确定的温升辨识曲线。

优选的，所述采集步骤具体包括：

在所述电主轴的前端轴承外圈处设置一个或者多个测温点，每个测温点均安装温度传感器；