一种基于S试件加工误差的数控机床动态误差溯源方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111813044A(43)申请公布日2020.10.23(21)申请号202010726786.0(22)申请日2020.07.25(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人吕盾杨晨晖刘辉赵万华(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人贺建斌(51)Int.Cl.G05B19/404(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种基于S试件加工误差的数控机床动态误差溯源方法(57)摘要一种基于S试件加工误差的数控机床动态误差溯源方法，首先，对S形试件进行测量，确定S形缘条轮廓误差、厚度误差、凹痕、凸棱及振纹的误差形态所在缘条位置；其次，分析S形缘条加工的数控系统插补指令，建立指令频宽随缘条位置的变化曲线和潜在激励频率在缘条上的分布图；再次，辨识数控机床各轴伺服进给系统的伺服带宽及机械固有频率；最后，分析误差所在位置的指令与伺服带宽和机械固有频率的关系，实现机床动态误差的溯源。CN111813044ACN111813044A权利要求书1/2页1.一种基于S试件加工误差的数控机床动态误差溯源方法，其特征在于：首先，对S形试件进行测量，确定S形缘条轮廓误差、厚度误差、凹痕、凸棱及振纹的误差形态所在缘条位置；其次，分析S形缘条加工的数控系统插补指令，建立指令频宽随缘条位置的变化曲线和潜在激励频率在缘条上的分布图；再次，辨识数控机床各轴伺服进给系统的伺服带宽及机械固有频率；最后，分析误差所在位置的指令与伺服带宽和机械固有频率的关系，实现机床动态误差的溯源。2.一种基于S形试件加工误差的数控机床动态误差溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)对加工完成的S形试件进行检测，检测项目包括：S形缘条轮廓误差；S形缘条厚度误差；S形缘条凹痕、凸棱、振纹的局部缺陷；确定S形缘条轮廓误差及S形缘条厚度误差超差所在S形缘条弧长位置，以及凹痕、凸棱、振纹的局部缺陷所在S形缘条弧长位置，绘制S形缘条误差超差与局部缺陷在弧长位置上的分布图；步骤2)在S形试件加工过程中，采集数控系统插补输出给各轴伺服系统的指令位置序列pk(i)，采用时频分析方法构建各轴指令时频图；建立指令位置序列与S形缘条弧长位置的对应关系，将指令时频图转换为指令频率成分随S形缘条弧长位置变化的指令空频图；再构建各轴指令频宽随S形缘条弧长位置变化的曲线，构建各轴指令潜在激励频率在S形缘条弧长位置上的分布图；步骤3)对数控机床各进给轴进行辨识，确定各轴位置环带宽及机械固有频率；步骤4)数控机床动态误差溯源：以S形缘条弧长位置为横坐标，绘制S形缘条加工误差超差及局部缺陷分布图、指令频宽随S形缘条弧长位置变化曲线、指令潜在激励频率在S形缘条位置上的分布图；针对轮廓误差、厚度误差超差以及凹痕和凸棱的局部缺陷所在S形缘条弧长位置，分析指令频宽与伺服带宽的关系，溯源引起轮廓误差、厚度误差、凹痕及凸棱的局部缺陷的机床动态误差；针对振纹所在S形缘条弧长位置，分析指令潜在激励频率与机械固有频率，溯源引起振纹的机床动态误差。3.根据权利要求2所述的一种基于S形试件加工误差的数控机床动态误差溯源方法，其特征在于：所述的步骤2)中指令时频图构建方法为：首先对指令位置序列差分，得到指令速度、加速度、加加速度序列：其中，Δ为差分符号；fs为插补指令采样周期，k＝1，2，3，4，5，代表X、Y、Z、A、C轴；然后选择Sym2小波基函数，对指令位置序列和加加速度序列进行小波变换，建立指令位置时频图与指令加加速度时频图。4.根据权利要求2所述的一种基于S形试件加工误差的数控机床动态误差溯源方法，其特征在于：所述的步骤2)中指令序列与S形缘条弧长位置的对应关系的建立方法为：基于数2CN111813044A权利要求书2/2页控机床的运动学结构，对指令位置序列进行正运动学变换，得到工件坐标系(W-Sys)下刀尖TT点位置P＝[Px,Py,Pz]和刀轴矢量O＝[Oi,Oj,Ok]，再根据刀尖点与刀触点位置关系，求解刀触点位置(X,Y,Z)，其中，刀尖点与刀触点位置关系如式(2)所示：其中，Px、Py、Pz为工件坐标系下刀尖位置；Oi、Oj、Ok为工件坐标系下刀轴矢量，r为刀具半径；由公式(3)建立指令位置序列pk(i)与S形缘条弧长位置的关系：其中，Larc(p(i))为S形缘条弧长位置，i为指令序列号，X(i)、Y(i)、Z(i)为刀触点位置坐标。5.根据权利要求4所述的一种基于S形试件加工误差的数控机床动态误差溯源方法，其特征在于：所述的步骤2)中将指令时频图转换为指令频率成分随S形缘条弧长位置变化的指令空频图的方法为：通过由公式(3)建立的指令序列与S形缘条