CN109884989B - 一种数控系统插补生成运动指令评价指标的建立方法 - Google Patents
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Abstract
一种数控系统插补生成运动指令评价指标的建立方法，先采集各轴伺服进给系统的指令速度、指令加加速度及对应的NC代码行号序列，时频分析得到指令速度、指令加加速度时频图；根据指令速度时频图，建立各轴指令频带宽度随NC代码行号或时间的变化曲线指标，提取最大指令频带宽度及所对应的NC代码行号或时间指标；根据指令加加速度时频图，针对即某时刻或某NC代码行号，分析高于指令频带宽度的频率部分，提取峰值频率，作为该时刻或该NC代码行号的惯性力激励频率指标；利用某时刻或某NC代码行号的惯性力激励频率指标反映激起机械振动的潜在可能性及其频率点；本发明可获得指令频带宽度随时间或NC代码行号的变化曲线，以及某时刻包含的惯性力激励频率。
Description
技术领域
本发明属于数控机床技术领域，特别涉及一种数控系统插补生成运动指令评价指标的建立方法。
技术背景
数控系统插补生成的运动指令作为数控机床伺服进给系统的输入，其包含的频率成分直接影响数控机床的动态精度。要实现高的机床动态精度及零件加工精度，运动指令的频带宽度要小于伺服进给系统位置环带宽，以保证进给过程中的跟随精度。此外，运动指令所包含的高频成分要少，以避免惯性力引起机械结构的振动。
采用频域分析方法，可以分析及评价运动指令在整体上的频带宽度及所包含的高频成分，却不能识别运动指令在不同时刻(或者对应的不同NC代码行号)处的频带宽度及高频成分。然而，对于曲率急剧变化的刀具路径，在刀具路径的不同位置(对应NC代码的不同行段和运动指令的不同时间)，运动指令的频率成分因曲率差异而显著不同。而采用上述频域分析方法，则无法识别这些不同，更无法有针对性的对机床伺服系统及数控系统等展开优化。
为解决上述问题，中国专利(申请号为：201810967645.0，名称为：一种面向动态精度的数控系统插补生成运动指令评价方法)通过对插补生成运动指令进行时频分析，提出了高频段频率占比和固有频率附近频率占比等指标，对运动指令进行分析和评价；但是其存在不能够获得指令频带宽度随时间(NC代码行号)的变化曲线，以及某时刻(NC代码行号)包含的惯性力激励频率的缺点。
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了一种数控系统插补生成运动指令评价指标的建立方法，能够获得指令频带宽度随时间(NC代码行号)的变化曲线指标，最大指令频带宽度及所对应的行号或时间指标以及某时刻(NC代码行号)包含的惯性力激励频率指标，作为运动指令的三组评价指标。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种数控系统插补生成运动指令评价指标的建立方法，包括以下步骤：
1)在待评价数控系统中运行某加工轨迹对应的NC代码，并采集经过插补后输出给各轴伺服进给系统的指令速度、指令加加速度及所对应的NC代码行号序列；再对采集到的每个轴的指令速度、指令加加速度序列进行时频分析，得到各轴指令速度时频图及指令加加速度时频图；
2)根据各轴的指令速度时频图，建立各轴指令频带宽度随NC代码行号或时间的变化曲线指标，提取最大指令频带宽度及所对应的行号或时间指标；
3)根据各轴的指令加加速度时频图，针对某NC代码行号或某时刻，分析高于指令频带宽度的频率部分，提取峰值频率，作为该NC代码行号或该时刻的惯性力激励频率指标；
4)利用指令频带宽度随NC代码行号或时间的变化曲线指标，为各轴插补算法优化提供方向，以各轴伺服进给系统位置环带宽为限制，需要降低NC代码行号中指令频带宽度高于伺服进给系统位置环带宽的指令频带宽度；利用最大指令频带宽度及所对应的NC代码行号或时间指标，为各轴伺服进给系统位置环带宽设计提供目标，以最大指令频带宽度为限制，需要使伺服进给系统位置环带宽均大于各轴的最大指令频带宽度；利用某NC代码行号或某时刻的惯性力激励频率指标,反映激起机械振动的潜在可能性及其频率点。
所述的步骤2)中的指令频带宽度定义为：以指令速度时频图中最大幅值为参考，对于指令速度时频图中每个时刻截面，以幅值下降到最大幅值的2％以内时所对应的频率作为该时刻的指令频带宽度。
所述的步骤2)中，重复计算各时刻的指令频带宽度，即获得指令频带宽度随时间的变化曲线，再根据NC代码行号与时间的对应关系，取NC代码各行对应的时间段内的最大指令频带宽度作为各行代码的指令频带宽度，重复计算各NC代码行号对应的指令频带宽度，即获得指令频带宽度随NC代码行号的变化曲线指标。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出了一种新的数控系统插补生成运动指令评价指标的建立方法，可以从插补生成运动指令是否有利于机床实现动态精度的角度，评价运动指令的好坏。
2、本发明可以为数控机床研发生产商，进行伺服进给系统设计研发以及数控系统的插补算法优化时，提出伺服进给系统优化及插补算法等优化的方向和目标。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为实施例插补指令速度时频图。
图3为实施例插补指令速度时频截面图。
图4为实施例插补指令频带宽度与时间曲线图。
图5为实施例插补指令频带宽度与NC代码行号曲线图。
图6为实施例插补指令加加速度时频图。
图7为实施例插补指令在某时刻包含的惯性力激励频率。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
参照图1，一种数控系统插补生成运动指令评价指标的建立方法，包括以下步骤：
1)在待评价数控系统中运行某加工轨迹对应的NC代码，并采集经过插补后输出给各轴伺服进给系统的指令速度、指令加加速度及所对应的NC代码行号序列；再对采集到的每个轴的指令速度、指令加加速度序列进行时频分析，得到各轴指令速度时频图及指令加加速度时频图；
2)根据各轴的指令速度时频图，建立各轴指令频带宽度随NC代码行号或时间的变化曲线指标，提取最大指令频带宽度及所对应的行号或时间指标；
指令频带宽度定义为：以指令速度时频图中最大幅值为参考，对于指令速度时频图中每个时刻截面，以幅值下降到最大幅值的的2％以内时所对应的频率作为该时刻的指令频带宽度；
重复计算各时刻的指令频带宽度，即获得指令频带宽度随时间的变化曲线，再根据NC代码行号与时间的对应关系，取NC代码各行对应的时间段内的最大指令频带宽度作为各行代码的指令频带宽度，重复计算各NC代码行号对应的指令频带宽度，即获得指令频带宽度随NC代码行号的变化曲线指标；
3)根据各轴的指令加加速度时频图，针对某NC代码行号或某时刻，分析高于指令频带宽度的频率部分，提取峰值频率，作为该NC代码行号或该时刻的惯性力激励频率指标；
指令是伺服进给系统的输入，某一时刻运动指令的频率成分对伺服进给系统的跟随误差具有重要影响；若某一时刻指令频带宽度位于伺服进给系统位置环带宽之内，则伺服进给系统可以响应指令速度；若某一时刻指令频带宽度超过伺服进给系统位置环带宽，则超出部分的指令会被伺服进给系统衰减，造成跟随误差；因此，所述的获得的各轴指令频带宽度随行号或时间的变化曲线指标可以反映不同行号或时间跟随精度的实现能力；
指令加加速度反映了加速度的变化率，是一个动力学激励源，可以激起机械环节的振动，若所含的激励频率与机械系统的固有频率相近将引起系统谐振，导致运动动态精度变差，因此，利用某NC代码行号或某时刻的惯性力激励频率指标可以评价激起机械振动的潜在可能性及其频率点；
4)利用指令频带宽度随NC代码行号或时间的变化曲线指标，可以为各轴插补算法优化提供方向，以各轴伺服进给系统位置环带宽为限制，需要降低NC代码行号中指令频带宽度高于伺服进给系统位置环带宽的指令频带宽度；利用最大指令频带宽度及所对应的NC代码行号或时间指标，可以为各轴伺服进给系统位置环带宽设计提供目标，以最大指令频带宽度为限制，需要使伺服进给系统位置环带宽均大于各轴的最大指令频带宽度；利用某NC代码行号或某时刻的惯性力激励频率指标,可以反映激起机械振动的潜在可能性及其频率点。
下面以S试件的插补指令分析为实施例进行说明，在数控系统中输入S试件的加工NC代码后采集各轴的插补指令及对应的NC代码行号，将各轴插补指令速度序列、加加速度序列运用时频分析方法获得各轴指令速度时频图和指令加加速度时频图。
以x轴为例，如图2所示，根据指令速度时频图，以指令速度时频图中最大幅值为参考，取各个时刻的频率-幅值截面，如取t＝19.83s时刻截面，如图3所示，计算该时刻指令频带宽度为11.23Hz，重复计算各时刻指令带宽，最终获得指令频带宽度随时间的变化曲线指标，如图4所示，再根据采集的数据中NC代码行号与时间序列的对应关系，取一段NC代码对应时频图的时间序列中幅值最大的作为该行NC代码的指令频带宽度，重复计算各行NC代码的频宽可获得指令频带宽度随NC代码行号的变化曲线指标，如图5所示，对其他轴插补指令重复上述步骤可得各轴的指令频带宽度随NC代码行号变化曲线指标。再根据各轴的指令频带宽度随NC代码行号变化曲线指标，提取各轴最大指令频带宽度及所对应的NC代码行号，如下表1所示：
表1各轴最大指令频带宽度及对应NC代码行号
| 轴 | X-轴 | Y-轴 | Z-轴 | A-轴 | C-轴 |
| 最大指令带宽 | 11.7 | 23.9 | 18.6 | 15.6 | 24.9 |
| 对应的NC代码行号 | 359 | 359 | 307 | 359 | 359 |
利用该指标可得：对于S形试件，为了实现高的跟随精度，若以指令速度最大指令频带宽度为限制，可以确定各轴伺服进给系统位置环带宽所需要达到的目标；若以伺服进给系统位置环带宽为限制，则需要优化插补算法，降低第307行或359行NC代码插补后指令频带宽度；
如6图所示，根据x轴的加加速度时频图，对于某行代码如N252行NC代码，如7图所示，结合其对应的时间段可获得其指令频带宽度外部分的指令加加速度频率成分即峰值频率；因此其所包含的激励频率为4.2Hz、53.2Hz,81.1Hz、106.5Hz、132.3Hz、157.1Hz、186.0Hz、211.9Hz、235.8Hz，其可能成为该行代码中引起机床机械部分振动的激励源。
Claims (1)
1.一种数控系统插补生成运动指令评价指标的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在待评价数控系统中运行某加工轨迹对应的NC代码，并采集经过插补后输出给各轴伺服进给系统的指令速度、指令加加速度及所对应的NC代码行号序列；再对采集到的每个轴的指令速度、指令加加速度序列进行时频分析，得到各轴指令速度时频图及指令加加速度时频图；
2)根据各轴的指令速度时频图，建立各轴指令频带宽度随NC代码行号或时间的变化曲线指标，提取最大指令频带宽度及所对应的行号或时间指标；
3)根据各轴的指令加加速度时频图，针对某NC代码行号或某时刻，分析高于指令频带宽度的频率部分，提取峰值频率，作为该NC代码行号或该时刻的惯性力激励频率指标；
4)利用指令频带宽度随NC代码行号或时间的变化曲线指标，可以为各轴插补算法优化提供方向，以各轴伺服进给系统位置环带宽为限制，需要降低NC代码行号中指令频带宽度高于伺服进给系统位置环带宽的指令频带宽度；利用最大指令频带宽度及所对应的NC代码行号或时间指标，可以为各轴伺服进给系统位置环带宽设计提供目标，以最大指令频带宽度为限制，需要使伺服进给系统位置环带宽均大于各轴的最大指令频带宽度；利用某NC代码行号或某时刻的惯性力激励频率指标可以反映激起机械振动的潜在可能性及其频率点；
所述的步骤2)中的指令频带宽度定义为：以指令速度时频图中最大幅值为参考，对于指令速度时频图中每个时刻截面，以幅值下降到最大幅值的2％以内时所对应的频率作为该时刻的指令频带宽度；
所述的步骤2)中，重复计算各时刻的指令频带宽度，即获得指令频带宽度随时间的变化曲线，再根据NC代码行号与时间的对应关系，取NC代码各行对应的时间段内的最大指令频带宽度作为各行代码的指令频带宽度，重复计算各NC代码行号对应的指令频带宽度，即获得指令频带宽度随NC代码行号的变化曲线。
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