基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法及系统，属于数控机床进给系统的运动参数辨识技术领域，方法包括：以指令行为单位，将机床运行数据与运动参数相关联，获得机床运行特性曲线，从机床运行特性曲线中获取静态辨识结果设置至机床；在执行加工任务时首先依据机床运行特性曲线，在试运行过程中动态优化调整加速度参数使机床运行在最佳状态下，然后再批量生产。本发明专利技术解决了现有技术依靠人工经验设置加速度参数精度低，无法适应机床运行状态和工作任务变化，使得机床加减速性能无法充分发挥，或者由于运行过程中加速度过大带来振动和噪声的技术问题。过程中加速度过大带来振动和噪声的技术问题。过程中加速度过大带来振动和噪声的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法及系统


[0001]本专利技术属于数控机床进给系统的运动参数辨识
，更具体地，涉及一种基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法及系统。

技术介绍

[0002]高速切削技术作为一种重要的先进生产技术，普遍应用于航空航天、船舶交通和模具制造等领域，相较于传统加工方式，具有加工范围广、加工精度高和生产效率高等优势，有着良好的应用前景。当前国内外主要高速机床的最高进给速度可达60m/min，甚至更高，在机床高速进给过程中，机床进给轴处于频繁加减速的状态，此时如果机床加速度偏小，会导致机床实际运动速度长时间无法达到最高进给速度，使得平均加工效率下降，机床加速度过大则可能带来过大的进给误差，以及进给过程中的噪声和振动，造成机床损坏。
[0003]数控系统中的快移加减速时间常数、加工加减速时间常数和最大法向(向心)加速度是进给过程中的主要加速度参数，通过对速度规划过程施加相应的加速度限制，保证最终的插补结果不超限。其中快移加减速时间常数和加工加减速时间常数表示机床在当前加速度下加速至1000mm/min所用的时间，单位是ms，最大法向(向心)加速度指的是运动过程中允许的最大向心加速度。
[0004]从数控机床的G指令分析数控机床运动加速度参数的作用机制。数控机床的进给过程中的指令信号由机床的加工任务决定，经过速度规划后，分配到各个进给轴，每个进给轴的输入信号为数控装置输出的位置插补点。通过分析机床工作中最常用的部分G指令，对机床运动加速度参数进行分类研究，G指令包括快速定位指令(G00)、直线进给指令(G01)、圆弧进给指令(G02，G03)等。
[0005](1)在快速定位指令(G00)作用时，机床作点位控制。机床没有切削动作，指令的目的是快速到达目标位置，此时生效的机床运动加速度参数为快移加减速时间常数，快速定位指令(G00)使用频率较低，要求运行时机床状态稳定，对进给精度的要求低。
[0006](2)在直线进给指令(G01)作用时，机床作直线插补控制。此时生效的机床进给加速度参数为加工加减速时间常数，要求机床状态稳定，运行平稳无噪声，同时保证加工需求的进给精度，
[0007](3)在圆弧进给指令(G02，G03)作用时，机床作圆弧插补控制。此时生效的机床进给加速度参数为最大法向(向心)加速度，对于高曲率段的进给过程需要限制指令的频率从而保证进给精度，需要使得输入进给信号的频率和机床进给系统的频率特性相适应，从而在保证进给精度的同时提高效率。
[0008]当前设置机床运动加速度参数主要依靠机床操作人员的经验，基于人工主观体验对机床运动加速度参数进行评价和设置，同时缺少更新优化的过程，未考虑依据机床G指令运行的量化评价与调控，无法适应机床状态和工作任务的变化。容易使得机床加减速性能无法充分发挥，或者由于运行过程中加速度过大带来振动和噪声，造成机床损坏。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法及系统，其目的在于，通过基于指令域的机床加速度参数静态辨识得到最佳加速度参数设置至机床，具体执行加工任务时先在静态辨识的基础上按指令行对加速度参数进一步进行动态优化使机床运行在最佳状态下，然后再批量生产，由此解决现有技术依靠人工经验设置加速度参数，无法适应机床运行状态和工作任务变化，使得机床加减速性能无法充分发挥，或者由于运行过程中加速度过大带来振动和噪声的技术问题。
[0010]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了以下技术方案：
[0011]一种基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法，包括如下步骤：
[0012](S1)设置机床伺服参数，输入包含运动参数的辨识G指令后，机床运行，获取机床运行数据；
[0013](S2)以所述辨识G指令的指令行为单位，将所述机床运行数据与所述设置的运动参数相关联，所有指令行的关联数据构成机床运行特性曲线；
[0014](S3)将所述机床运行特性曲线中，各预设的机床运行数据阈值对应的运动参数所对应的加速度参数最小值作为静态辨识结果，设置至机床；
[0015]在所述机床伺服参数和所述静态辨识结果设置下，执行如下步骤(T1)
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(T2)执行加工任务：
[0016](T1)机床试运行，根据所述机床运行特性曲线的曲率，对各指令行通过调整所述加速度参数来调整机床运行数据使机床运行在最佳状态下；所述最佳状态下机床运行数据不超过所述各预设的机床运行数据阈值；
[0017](T2)进行批量加工。
[0018]优选地，步骤(S1)中，所述运动参数包括速度三角波和速度正弦波；所述机床运行数据包括电机电流、进给误差和频率响应，所述频率响应是机床输出与输入速度正弦波的幅值比。
[0019]优选地，步骤(S2)具体为：
[0020]以机床在指令行下运行的最大电机电流为纵坐标数据，以该指令行设置的速度三角波的加速度为横坐标数据，所有指令行的纵、横坐标数据绘制成电机电流
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加速度特性曲线；
[0021]以机床在指令行下运行的最大进给误差为纵坐标数据，以该指令行设置的速度三角波的加速度为横坐标数据，所有指令行的纵、横坐标数据绘制成进给误差
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加速度特性曲线；
[0022]以机床在指令行下运行的频率响应为纵坐标数据，以该指令行设置的速度正弦波的频率为横坐标数据，所有指令行的纵、横坐标数据绘制成进给系统频率响应特性曲线；
[0023]所述机床运行特性曲线包括所述电机电流
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加速度特性曲线、所述进给误差
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加速度特性曲线和所述进给系统频率响应特性曲线。
[0024]优选地，步骤(S3)中，所述机床运行数据阈值包括电机电流的阈值、进给误差的阈值和频率响应阈值，所述电机电流的阈值包括最大限幅电流和电流额定值，所述进给误差的阈值包括依次减小的第一进给误差阈值、第二进给误差阈值和第三进给误差阈值；
[0025]步骤(S3)具体为：
[0026]所述电机电流
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加速度特性曲线中，将纵坐标数据取最大限幅电流时的横坐标数据作为第一快移加减速时间常数，将纵坐标数据取电流额定值时的横坐标数据作为第一加工加减速时间常数和第一最大法向加速度；
[0027]所述进给误差
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加速度特性曲线中，将纵坐标数据分别取所述依次减小的第一进给误差阈值、第二进给误差阈值和第三进给误差阈值时的横坐标数据分别作为第二快移加减速时间常数、第二加工加减速时间常数和第二最大法向加速度；
[0028]所述进给系统频率响应特性曲线中，将纵坐标数据取所述频率响应阈值时的横坐标数据所对应的最大法向加速度作为第三最大法向加速度；
[0029]取所述第一快移加减速时间常数、第二快移加减速时间常数中的最小值作为静态辨识结果中的快移加减速时间常数；取所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(S1)设置机床伺服参数，输入包含运动参数的辨识G指令后，机床运行，获取机床运行数据；(S2)以所述辨识G指令的指令行为单位，将所述机床运行数据与所述设置的运动参数相关联，所有指令行的关联数据构成机床运行特性曲线；(S3)将所述机床运行特性曲线中，各预设的机床运行数据阈值对应的运动参数所对应的加速度参数最小值作为静态辨识结果，设置至机床；在所述机床伺服参数和所述静态辨识结果设置下，执行如下步骤(T1)
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(T2)执行加工任务：(T1)机床试运行，根据所述机床运行特性曲线的曲率，对各指令行通过调整所述加速度参数来调整机床运行数据使机床运行在最佳状态下；所述最佳状态下机床运行数据不超过所述各预设的机床运行数据阈值；(T2)进行批量加工。2.如权利要求1所述的一种基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法，其特征在于，步骤(S1)中，所述运动参数包括速度三角波和速度正弦波；所述机床运行数据包括电机电流、进给误差和频率响应，所述频率响应是机床输出与输入速度正弦波的幅值比。3.如权利要求1所述的一种基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法，其特征在于，步骤(S2)具体为：以机床在指令行下运行的最大电机电流为纵坐标数据，以该指令行设置的速度三角波的加速度为横坐标数据，所有指令行的纵、横坐标数据绘制成电机电流
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加速度特性曲线；以机床在指令行下运行的最大进给误差为纵坐标数据，以该指令行设置的速度三角波的加速度为横坐标数据，所有指令行的纵、横坐标数据绘制成进给误差
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加速度特性曲线；以机床在指令行下运行的频率响应为纵坐标数据，以该指令行设置的速度正弦波的频率为横坐标数据，所有指令行的纵、横坐标数据绘制成进给系统频率响应特性曲线；所述机床运行特性曲线包括所述电机电流
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加速度特性曲线、所述进给误差
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加速度特性曲线和所述进给系统频率响应特性曲线。4.如权利要求3所述的一种基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法，其特征在于，步骤(S3)中，所述机床运行数据阈值包括电机电流的阈值、进给误差的阈值和频率响应阈值，所述电机电流的阈值包括最大限幅电流和电流额定值，所述进给误差的阈值包括依次减小的第一进给误差阈值、第二进给误差阈值和第三进给误差阈值；步骤(S3)具体为：所述电机电流
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加速度特性曲线中，将纵坐标数据取最大限幅电流时的横坐标数据作为第一快移加减速时间常数，将纵坐标数据取电流额定值时的横坐标数据作为第一加工加减速时间常数和第一最大法向加速度；所述进给误差
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加速度特性曲线中，将纵坐标数据分别取所述依次减小的第一进给误差阈值、第二进给误差阈值和第三进给误差阈值时的横坐标数据分别作为第二快移加减速时间常数、第二加工加减速时间常数和第二最大法向加速度；
所述进给系统频率响应特性曲线中，将纵坐标数据取所述频率响应阈值时的横坐标数据所对应的最大法向加速度作为第三最大法向加速度；取所述第一快移加减速时间常数、第二快移加减速时间常数中的最小值作为静态辨识结果中的快移加减速时间常数；取所述第一加工加减速时间常数和所述第二加工加减速时间常数中的最小值作为静态辨识结果中的加工加减速时间常数；取所述第一最大法向加速度、所述第二最大法向加速度、所述第三最大法向加速度中的最小值作为静态辨识结果中的最大法向加速度；将该静态辨识结果设置至数控机床。5.如权利要求4所述的一种基于指令域分析的机床加速度参数辨识与优化方法，其特征在于，步骤(T1)具体为：(T11)机床试运行，实时获取试运行加工时电机电流、进给误差、各指令行轮廓的平均曲率及指令行轮廓内各轮廓段的曲率；(T12)若获取的电机电流超出电机电流合理范围，则根据所述电机电流
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加速度特性曲线的曲率，通过调整运动参数中的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建中，李昌俊，许光达，黄德海，
申请(专利权)人：武汉智能设计与数控技术创新中心，
类型：发明
国别省市：