【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数控机床，尤其是数控机床切削力矩监测技术，具体地说是一种基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法。
技术介绍
1、切削力可以分解为机床(工件)坐标系下的三向切削力和三向切削力矩。其中，三向切削力矩充分地反映了主轴切削负载，可以作为加工参数优化、刀具磨损/破损监测、切削颤振识别的直接依据，为加工状态监测和自适应加工提供关键信息。
2、旋转测力仪可以测量得到准确的z向切削力和z向切削力矩，但其传感器坐标系随刀具旋转而旋转，难以得到机床(工件)坐标系下的其余四个切削力分量(x向和y向的切削力和切削力矩)。现有的台式测力仪由于固定在工作台上，可以较为容易地得到机床坐标系下的三向切削力，但由于加工过程中刀具位置是时变的，台式测力仪无法准确监测三向切削力矩。因此，亟需一种可以准确监测机床(工件)坐标系下三个切削力矩分量的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有的台式测力仪无法准确监测机床切削力矩的问题，专利技术一种基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法。同步监测刀具实时位置和台式测力仪每个传感器受到的三向力，由刀具实时位置和传感器位置实时计算得到传感器坐标系下刀具和每个传感器的距离分量，进而根据力-力矩转换关系实时计算得到每个传感器受到的三向力矩并将其合力矩转换到机床坐标系，再乘以标定的力矩校正系数，即可得到机床切削力矩。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法，其特征在于：同步监测刀具实时
4、所述的机床切削力矩，通常但不限于是指工件(台式测力仪)受到的机床(工件)坐标系下的三向切削力矩，与刀具受到的三向切削力矩大小相同，方向相反。
5、监测获取的刀具实时位置定义在机床(工件)坐标系下，可以通过机床内部用于进给轴定位的编码器或光栅尺的信号转换获取，也可以直接通过数控系统通讯获取。无论采取哪种方式，都应使刀具位置信号和台式测力仪信号的采样频率保持一致，并严格保持时间同步。
6、机床(工件)坐标系下的传感器位置坐标需事先确定，并转换为传感器坐标系下的位置坐标。在获取机床(工件)坐标系下的刀具实时位置坐标后，将其转换到传感器坐标系中。以传感器位置为节点将平行于测力仪的平面空间划分为网格区域，并实时判断刀具位置所属区域。在对应区域内，通过计算刀具和传感器在相应传感器坐标系方向上坐标差的绝对值得到距离分量作为力臂，进而根据力的方向和大小计算传感器受到的三向力矩。
7、由于数控系统通讯频率有限，推荐直接转出编码器或光栅尺信号来获取刀具实时位置。可以选用具备同步采集力信号和位置信号能力的采集设备；也可以选用分别采集力信号和和位置信号的两个采集设备，进一步将其集成，使其具备同步触发采集能力。
8、简而言之，本专利技术的特点是在台式测力仪技术方案的基础上引入刀具实时位置信息，进而利用力-力矩转换关系实时计算得到三向切削力矩。
9、本专利技术的有益效果是：
10、本专利技术所公开的方法是对台式测力仪的拓展，通过引入刀具实时位置信息，使台式测力仪在准确监测三向轴切削力的同时，也能准确监测三向切削力矩。
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1.一种基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法，其特征在于：同步监测刀具实时位置和台式测力仪每个传感器受到的三向力；以刀具轴线为转轴，由刀具和传感器的位置关系以及力-力矩转换关系，实时计算得到每个传感器受到的三向力矩；实时计算所有传感器三向力矩的合力矩并转换到定义机床切削力矩的坐标系，再乘以标定的力矩校正系数，即得到机床切削力矩。
2.根据权利要求1所述的基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法，其特征在于：所述的机床切削力矩，是指工件或台式测力仪受到的机床或工件坐标系下的三向切削力矩，与刀具受到的三向切削力矩大小相同，方向相反。
3.根据权利要求1所述的基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法，其特征在于：监测获取的刀具实时位置定义在机床或工件坐标系下，通过机床内部用于进给轴定位的编码器或光栅尺的信号转换获取，或直接通过数控系统通讯获取；无论采取哪种获取方式，都应使刀具位置信号和台式测力仪信号的采样频率保持一致，并严格保持时间同步。
4.根据权利要求1所述的基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法，其特征在于：机床或工件坐标系下的传感器位置
5.根据权利要求3所述的基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法，其特征在于：所述的刀具实时位置监测方案，由于数控系统通讯频率有限，因此应通过直接转出编码器或光栅尺信号来获取刀具实时位置；应选用具备同步采集力信号和位置信号能力的采集设备；或选用分别采集力信号和位置信号的两个采集设备进一步将其集成，使其具备同步触发采集能力。
...【技术特征摘要】
1.一种基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法，其特征在于：同步监测刀具实时位置和台式测力仪每个传感器受到的三向力；以刀具轴线为转轴，由刀具和传感器的位置关系以及力-力矩转换关系，实时计算得到每个传感器受到的三向力矩；实时计算所有传感器三向力矩的合力矩并转换到定义机床切削力矩的坐标系，再乘以标定的力矩校正系数，即得到机床切削力矩。
2.根据权利要求1所述的基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法，其特征在于：所述的机床切削力矩，是指工件或台式测力仪受到的机床或工件坐标系下的三向切削力矩，与刀具受到的三向切削力矩大小相同，方向相反。
3.根据权利要求1所述的基于台式测力仪拓展的机床切削力矩监测方法，其特征在于：监测获取的刀具实时位置定义在机床或工件坐标系下，通过机床内部用于进给轴定位的编码器或光栅尺的信号转换获取，或直接通过数控系统通讯获取；无论采取哪种获取方式，都应使刀具位置信号和台式测力仪信号的采样频率...
【专利技术属性】
技术研发人员：李迎光，刘旭，程英豪，李光旭，郝小忠，刘长青，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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