一种基于位置信息的数控机床工件加工质量在线评估方法

摘要

一种基于位置信息的数控机床工件加工质量在线评估方法，先采集参与插补运动的数控机床伺服驱动器位置及速度反馈信息Xk(n)i，采样频率fs，再计算参与插补运动的各轴i的速度Vk(j)i加速度Ak(j)i，绘制运动参数图谱，然后计算各轴位置反馈信号与速度反馈信号的差值，再计算参与插补运动的各轴速度Vk(j)i、加速度Ak(j)i及进给轴位置瞬时波动值Et(j)i，建立工件系统与刀具系统坐标系，作出刀具加工过程空间轨迹图，然后分析当前切削刃位置波动量是否在合格区域，在合格区域工件加工过程继续进行，超出合格区域停止加工过程，最后依据刀具加工过程空间轨迹图和运动参数图谱，分析造成加工误差超出允许范围的原因，标示加工运动异常区域，本发明提高了工件生产效率，减少了废品率。

主权项

1.一种基于位置信息的数控机床工件加工质量在线评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1），利用数据采集设备在数控机床加工过程中采集参与插补运动的数控机床伺服驱动器位置及速度反馈信息X_k(n)_i，采样频率f_s，其中，n为样本长度，下角标k的取值为l,e，其中l表示位置反馈信号，e表示速度反馈信号，i表示轴号，i取值为i:(x,y,z,A,B,C,U,V,W)；步骤2），计算参与插补运动的各轴i的速度V_k(j)_i、加速度A_k(j)_i，计算方法为：$V_k{\left(j\right)}_i=\left\{\begin{array}{cc}[X_k{\left(j\right)}_i-X_k{(j-1)}_i]f_s& j>0\\ 0& j=0\end{array}\right.$$A_k{\left(j\right)}_i=\left\{\begin{array}{cc}[V_k{\left(j\right)}_i-V_k{(j-1)}_i]f_s& j>0\\ 0& j=0\end{array}\right.$其中，V_k(j)_i为第j采样点速度，A_k(j)_i为第j采样点加速度，以位置信息为横坐标，以速度或加速度为纵坐标作图，绘制运动参数图谱，分析被采样的进给轴工作平稳性；步骤3），通过计算各轴位置反馈信号与速度反馈信号的差值，得出数控机床被测轴工作台位置瞬时波动情况，该波动将随数控机床插补运动反映到工件加工表面质量中去，影响工件表面加工质量，进给轴位置瞬时波动值计算方法为：其中，r为i轴减速比，p为i轴滚珠丝杠导程，当i轴为选择轴时，p=2π；步骤4），按照步骤2）及步骤3）的方法，分别计算参与插补运动的各轴速度V_k(j)_i、加速度A_k(j)_i及进给轴位置瞬时波动值E_t(j)_i，按照被测机床坐标系定义中各参与插补运动轴的相互关系，建立工件系统与刀具系统坐标系，以产生切削运动的轴位置点及参与切削运动的进给轴位置瞬时波动值作为刀具切削刃空间坐标点，作出刀具加工过程空间轨迹图；步骤5），根据被加工零件形状，分析刀具加工过程空间轨迹图中刀具切削刃在加工过程中的实际轨迹与理论轨迹的波动误差，并与三坐标测量机测量结果做对比，建立波动误差允许范围，并作为判断当前切削刃位置波动量是否在合格区域的依据，当波动量在误差允许范围内时，工件加工过程可以继续进行；当波动量在误差允许范围外时，停止加工过程；步骤6），依据刀具加工过程空间轨迹图和运动参数图谱，分析造成加工误差超出允许范围的原因，标示加工运动异常区域，在相对静止轴方向出现加工误差超出允许范围的情况，是由于相对静止轴受力产生变形或产生微小位移引起；在运动轴方向出现加工误差超出允许范围的情况，是由于运动轴动态误差引起。