一种数控机床五轴联动精度评估的方法技术

本发明专利技术属于机械加工技术领域，公开了一种数控机床五轴联动精度评估的方法，在五轴联动作用下驱动刀具运行“S”试件轨迹，并应用内置传感器采集机床各坐标轴在运行过程中的位置数据，反算刀具的理论位置和实际位置，计算得到机床五轴联动作用下的刀具运动偏差，从而实现对数控机床的五轴联动精度进行评估。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术效弥补了数控机床多轴联动精度检测存在的局限性，实现了数控机床联动精度评估由两轴联动向五轴联动的转变；检测结果准确、耗时短、操作便捷等优点，解决了现有方法无法进行五轴联动精度快速检测与评估的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床五轴联动精度评估的方法
本专利技术涉及机械加工
，具体的说，是一种数控机床五轴联动精度评估的方法。
技术介绍
随着数控机床朝着智能化方向的发展，数控机床生产厂商在设计生产过程中嵌入了数控机床关键部位的传感器，该传感器主要是为了便于机床调试人员在进行机床性能调试时掌握相关数据，为数控机床调试提供指导。内置传感器所采集数据具有频率高、信噪比低的特点，准确地反映了数控机床在运行过程中各关键部位相关数据，是掌握机床关键部位位置、运行速度、运行功率等状态的有效手段。数控机床的联动精度是指机床在至少两个运动轴联动状态下的运动精度，与单轴精度不同的是其除了与单轴精度有关外还与机床联合运动精度有关，更能反映机床在多轴共同加工零件时的精度状况。对数控机床联动精度进行检测与评估是进行机床伺服参数调整和预防性维护的重要参考依据。目前，西门子数控系统840Dpl以上版本均配有“Circletest”功能，该功能主要是通过数控系统的内部传感器，采集数控机床在任意两运动轴联合运行某一直径圆弧轨迹作用下的位置数据，并将采集数据进行处理，绘制出一个两轴联动作用下的实际圆弧轨迹。通过实际圆弧轨迹与理论圆弧轨迹进行对比，直观地将数控机床两轴联动精度的轨迹误差情况展示出来，并根据“平均半径”和“圆度”两个指标来对两轴联动的精度进行定量评估。该种方法可以直观展示两轴联动过程中存在问题的轴，但由于算法的局限性，其只能对两轴联动状态下的精度进行检测与评估，无法反应多轴(三轴及以上)联动作用下的精度，在数控机床多轴联动精度检测与评价方面存在一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种数控机床五轴联动精度评估的方法，有效的实现了数控机床联动精度由传统的两轴联动评估向五轴联动评估的转变，有效的提高了评估的精度。本专利技术通过下述技术方案实现：一种数控机床五轴联动精度评估的方法，在五轴联动作用下驱动刀具运行“S”试件轨迹，并应用内置传感器采集机床各坐标轴在运行过程中的位置数据，反算刀具的理论位置和实际位置，计算得到机床五轴联动作用下的刀具运动偏差，从而实现对数控机床的五轴联动精度进行评估。进一步地，为了更好的实现本专利技术，具体包括以下步骤：步骤S1：根据五轴数控机床类型，确定机床五轴加工的联动轨迹程序，实现五轴协同运行模式；步骤S2：根据数控机床测量系统的控制模式，进行采集参数的设定并确定五轴联动轨迹的测量模式；步骤S3：利用五轴数控机床内置传感器的跟踪采集功能，实现对五个坐标轴内置传感器返回的位置数据信息、电流数据信息的数据源采集；步骤S4：根据所采集的各运动轴的位置数据信息，进行数据处理和分析；进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述步骤S4具体包括以下步骤：步骤S41：根据待评估数据机床的拓扑结构和齐次坐标变换原理，得到刀具中心点与坐标轴之间的运动学关系，推导出刀具中心点在工件坐标系下的运动坐标与各个坐标轴运行位置之间的关系；步骤S42：计算刀具中心点实际位置与理想位置的偏差；具体是指：将采集得到的各坐标轴位置的位置数据信息代入刀具中心点在工件坐标系下的运动坐标与各个坐标轴运行位置之间的关系中，得到刀具中心点实际位置与理想位置的偏差；其中采集得到的各坐标轴位置的位置数据信息包括NC指令的插补数据和数控机床内置传感器返回的各坐标轴实际运动位置数据。步骤S43：计算刀具中心点轮廓误差；以刀具中心点的轮廓误差作为衡量零件形状尺寸偏差的评估指标；步骤S44：采用高斯滤波器作为分离和提取表面特征的工具；计算表面粗糙度和波纹度；以表面粗糙度和波纹度作为衡量零件表面质量的评估指标。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述步骤S44具体是指：对于S件轨迹实际轮廓的不同成分，采用高斯滤波器先进行特征分离；对高斯滤波器进行离散化处理，高斯滤波器离散型表达式为：式中，zi-k＝z((i-k)Δx)表示刀具中心点偏差数据的离散形式；m表示离散高斯权函数的宽度；Δx表示数据点的采样间隔；w(x)表示表面轮廓的滤波中；波纹度计算将采取轮廓中线的算术平均偏差进行衡量，其离散数学公式如下：粗糙度计算将采取轮廓算术平均偏差进行衡量，其离散数学公式如下：进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21：根据待评估数控机床的拓扑结构，分别选择与之匹配的几何轴；步骤S22：测量系统的选择；所述测量系统包括采用各轴伺服电机编码器处的位置数据的第一测量系统和采集各轴光栅尺处的位置数据的第二测量系统。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述步骤S3具体是指：在数控机床全或办半闭环控制模式下运行S形轨迹，采集五个坐标轴内置传感器返回的位置数据信息、电流数据信息内容；其中所述位置数据信息包括坐标轴实际运行位置和坐标轴插补指令位置；坐标轴实际运行位置和坐标轴插补指令位置作为联动精度评估的数据源，电流数据信息作为机床故障诊断的数据源。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)本专利技术有效弥补了数控机床多轴联动精度检测存在的局限性，实现了数控机床联动精度评估由两轴联动向五轴联动的转变；(2)本专利技术充分利用数控机床内置传感器进行联动轴数据采集，所采数据具有准确、高频的特点，能够客观反映机床单轴的运动状态，再通过多体系统运动学等成熟理论，将各轴的位置数据反算到刀具中心点，所得数据准确、可信；(3)本专利技术将五轴联动相关运行程序和计算方法在数控系统中进行集成，便于设备技术人员直接在数控系统上开展数控机床五轴联动精度检测和评估，较传统五轴联动精度检测和评估方法更加便捷和直观；(4)本专利技术具有检测结果准确、耗时短、操作便捷等优点，解决了现有方法无法进行五轴联动精度快速检测与评估的问题。附图说明图1为本专利技术的工作流程图；图2为本专利技术中数控机床五轴联动标准NC程序运行轨迹图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控机床五轴联动精度评估的方法，其特征在于：在五轴联动作用下驱动刀具运行“S”试件轨迹，并应用内置传感器采集机床各坐标轴在运行过程中的位置数据，反算刀具的理论位置和实际位置，计算得到机床五轴联动作用下的刀具运动偏差，从而实现对数控机床的五轴联动精度进行评估。/n

【技术特征摘要】
1.一种数控机床五轴联动精度评估的方法，其特征在于：在五轴联动作用下驱动刀具运行“S”试件轨迹，并应用内置传感器采集机床各坐标轴在运行过程中的位置数据，反算刀具的理论位置和实际位置，计算得到机床五轴联动作用下的刀具运动偏差，从而实现对数控机床的五轴联动精度进行评估。


2.根据权利要求1所述的一种数控机床五轴联动精度评估的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤S1：根据五轴数控机床类型，确定机床五轴加工的联动轨迹程序，实现五轴协同运行模式；
步骤S2：根据数控机床测量系统的控制模式，进行采集参数的设定并确定五轴联动轨迹的测量模式；
步骤S3：利用五轴数控机床内置传感器的跟踪采集功能，实现对五个坐标轴内置传感器返回的位置数据信息、电流数据信息的数据源采集；
步骤S4：根据所采集的各运动轴的位置数据信息，进行数据处理和分析。


3.根据权利要求2所述的一种数控机床五轴联动精度评估的方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括以下步骤：
步骤S41：根据待评估数据机床的拓扑结构和齐次坐标变换原理，得到刀具中心点与坐标轴之间的运动学关系，推导出刀具中心点在工件坐标系下的运动坐标与各个坐标轴运行位置之间的关系；
步骤S42：计算刀具中心点实际位置与理想位置的偏差；具体是指：将采集得到的各坐标轴位置的位置数据信息代入刀具中心点在工件坐标系下的运动坐标与各个坐标轴运行位置之间的关系中，得到刀具中心点实际位置与理想位置的偏差；
其中采集得到的各坐标轴位置的位置数据信息包括NC指令的插补数据和数控机床内置传感器返回的各坐标轴实际运动位置数据。
步骤S43：计算刀具中心点轮廓误差；以刀具中心点的轮廓误差作为衡量零件形状尺寸偏差的评估指标；
步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶文坚，李杰，宋智勇，夏远猛，李颖，陈鑫进，李连玉，蒋云峰，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51