CN104122840B - 一种数控机床标准轨迹测试分析系统 - Google Patents
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Abstract
一种数控机床标准轨迹测试分析系统，由硬件和软件两部分组成，硬件部分采集数控机床的内置编码器、光栅尺信号和外置位置传感器信号，能够实现同步采集多通道信号；软件部分进行标准轨迹测试分析，完成标准圆轨迹测试、空间圆轨迹测试、菱形轨迹测试以及直线往复测试，获取圆误差图谱、空间圆误差图谱、菱形误差图谱以及传动误差图谱，实现数控机床的运动精度和运动特性检测，本发明可以给出机床的标准圆轨迹测试、空间圆轨迹测试、菱形轨迹测试以及直线往复测试方法，轨迹明确、设置操作简单、分析结果有效，实现数控机床的精度检测，为数控机床的调试及验收提供了有效的工具。
Description
技术领域
本发明属于数控机床运动精度和运动特性检测技术领域，特别涉及一种数控机床标准轨迹测试分析系统。
背景技术
高速高精度数控机床作为重要的装备，对一个国家的航空、航天、冶金、矿山、化工、船舶、能源、交通运输、精密器械、高精医疗设备等高技术产业的发展，具有举足轻重的影响；数控机床广泛地应用于汽车、飞机、船舶、发电机组等的关键零部件的制造加工。而数控机床的动态特性是影响机床加工精度的重要因素，它直接影响对工件的加工质量。如何检测高档数控机床的加工精度，对提高数控机床的使用效率有着重要的实际意义。
目前对于数控机床的运动特性的研究还不够深入，现有的应用于数控机床精度检测的系统局限于机床单轴定位精度测试(激光干涉仪)或机床圆运动测试(球杆仪)，上述系统都是基于外置传感器，对安装条件要求高。因此开发基于数控机床内置传感器和外置传感器的标准轨迹测试分析系统，通过特定测试轨迹完成机床运动精度和运动特性的检测，对提高我国数控机床的加工精度、运行效率及精度保持性有着至关重要的作用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数控机床标准轨迹测试分析系统，可以实现数控机床的运动精度和运动特性检测。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
一种数控机床标准轨迹测试分析系统，由硬件和软件两部分组成，硬件部分采集数控机床的内置编码器、光栅尺信号和外置位置传感器信号，能够实现同步采集多通道信号；软件部分进行标准轨迹测试分析，完成标准圆轨迹测试、空间圆轨迹测试、菱形轨迹测试以及直线往复测试，获取圆误差图谱、空间圆误差图谱、菱形误差图谱以及传动误差图谱，实现数控机床的运动精度和运动特性检测。
所述同步采集多通道信号是指能够实现1vpp信号、TTL信号、Endat信号的多信号格式同步采集，同步采集最高采样频率10KHz，最低采样频率500Hz。
所述软件由标准圆轨迹测试模块、空间圆轨迹测试模块、菱形轨迹测试模块以及直线往复测试模块组成，各个测试模块由参数设置、数据采集、实验分析、实验报告四部分组成。
所述标准圆轨迹测试是指获取两轴运动圆轨迹，完成对反向间隙、反向越冲、横向间隙、伺服不匹配、比例不匹配、进给率、中心偏置和圆度等8项动态误差的分析，并绘制机床的圆误差图谱。
所述空间圆轨迹测试是指获取三轴运动空间圆轨迹，完成空间圆度、反向间隙、反向越冲的动态误差的分析，并绘制机床的空间圆误差图谱。
所述菱形轨迹测试是指获取两轴运动菱形轨迹，完成对轮廓误差的分析，并绘制机床菱形误差图谱。
所述直线往复测试是指获取单轴匀速往返信息，完成对反向间隙、传动误差的分析，并绘制机床传动误差图谱。
本发明的优点是：利用数控机床内置的编码器、光栅尺获取数控机床的位置信号，方法简捷、成本低、对机床的运行无影响。利用外置位置传感器获取数控机床的位置信号，可以获取机床进给系统传动链最末端的位置信息，精度高。该测试系统可以同时对不同信号格式多通道进行同时数据采集，效率高。本发明可以给出机床的标准圆轨迹测试、空间圆轨迹测试、菱形轨迹测试以及直线往复测试方法，轨迹明确、设置操作简单、分析结果有效。本发明实现数控机床的精度检测，为数控机床的调试及验收提供了有效的工具。
附图说明
图1是本发明的数据采集原理图。
图2本发明的软件模块组成图。
图3本发明的标准圆轨迹测试模块操作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
一种数控机床标准轨迹测试分析系统，由硬件和软件两部分组成，参照图1，硬件部分采集数控机床的内置编码器、光栅尺信号和外置位置传感器信号，能够实现同步采集多通道信号，利用数据采集卡实现对数控机床内置编码器、光栅尺信号以及外置位置传感器信号进行同步或异步采集，并利用标准轨迹测试分析的软件实现对信息的分析及处理。
所述同步采集多通道信号是指能够实现1vpp信号、TTL信号、Endat信号的多信号格式同步采集，同步采集最高采样频率10KHz，最低采样频率500Hz。
参照图2，所述软件由标准圆轨迹测试模块、空间圆轨迹测试模块、菱形轨迹测试模块以及直线往复测试模块组成，各个测试模块由参数设置、数据采集、实验分析、实验报告四部分组成。
所述标准圆轨迹测试是指获取两轴运动圆轨迹，完成对反向间隙、反向越冲、横向间隙、伺服不匹配、比例不匹配、进给率、中心偏置和圆度等8项动态误差的分析，并绘制机床的圆误差图谱，参照图3，标准圆轨迹测试模块操作流程为：
1)首先在实验设置页面设置试验参数：选择1Vpp信号通道或TTL信号通道所对应的传感器；
2)设置运行的参数，设置测试路径的运行速度、运行半径、采样频率、采样时间、圆心坐标和越程角；
3)保存实验参数设置，自动生成G代码用于运行需要检测的机床；
4)运行机床，同时在采集页面进行数据采集。采集页面同步显示极坐标下的圆形图和笛卡尔坐标下各个测试轴的位移波形图，并通过表格实时显示出各个轴的位移、圆的半径、半径的偏差值；
5)在完成数据采集后进入分析页面对数据进行分析，给出圆轨迹测试的圆误差图谱，并给出圆运动的特性误差：反向间隙、反响越冲、横向间隙、伺服不匹配、比例不匹配、进给率、中心偏置和圆度；
6)最后生成机床标准圆轨迹测试分析报告。报告包含通过数据分析所得的圆运动特性误差以及圆误差图谱。
所述空间圆轨迹测试是指获取三轴运动空间圆轨迹，完成空间圆度、反向间隙、反向越冲的动态误差的分析，并绘制机床的空间圆误差图谱。
所述菱形轨迹测试是指获取两轴运动菱形轨迹，完成对轮廓误差的分析，并绘制机床菱形误差图谱。
所述直线往复测试是指获取单轴匀速往返信息，完成对反向间隙、传动误差的分析，并绘制机床传动误差图谱。
Claims (2)
1.一种数控机床标准轨迹测试分析系统，由硬件和软件两部分组成，其特征在于：硬件部分采集数控机床的内置编码器、光栅尺信号和外置位置传感器信号，能够实现同步采集多通道信号；软件部分进行标准轨迹测试分析，由标准圆轨迹测试模块、空间圆轨迹测试模块、菱形轨迹测试模块以及直线往复测试模块组成，各个测试模块由参数设置、数据采集、实验分析、实验报告四部分组成，完成标准圆轨迹测试、空间圆轨迹测试、菱形轨迹测试以及直线往复测试，获取圆误差图谱、空间圆误差图谱、菱形误差图谱以及传动误差图谱，实现数控机床的运动精度和运动特性检测；
所述标准圆轨迹测试是指获取两轴运动圆轨迹，完成对反向间隙、反向越冲、横向间隙、伺服不匹配、比例不匹配、进给率、中心偏置和圆度等8项动态误差的分析，并绘制机床的圆误差图谱；
所述空间圆轨迹测试是指获取三轴运动空间圆轨迹，完成空间圆度、反向间隙、反向越冲的动态误差的分析，并绘制机床的空间圆误差图谱；
所述菱形轨迹测试是指获取两轴运动菱形轨迹，完成对轮廓误差的分析，并绘制机床菱形误差图谱；
所述直线往复测试是指获取单轴匀速往返信息，完成对反向间隙、传动误差的分析，并绘制机床传动误差图谱。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床标准轨迹测试分析系统，其特征在于：所述同步采集多通道信号是指能够实现1vpp信号、TTL信号、Endat信号的多信号格式同步采集，同步采集最高采样频率10KHz，最低采样频率500Hz。
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