CN113960960B - 一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法 - Google Patents

一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于机床用伺服进给机构测试领域，具体涉及一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法。本发明在机床外部固定激光头，机床主轴上通过磁力表座设置干涉镜，机床的工作台上通过磁力表座设置反射镜；第一步，激光干涉仪清零，设置测试起点。第二步，以最大进给速度的1％～5％和最大进给加速度的1％～5％的伺服参数组合，使机床工作台沿正向运行一定距离X，通过激光干涉仪测得基准测量距离L；第三步，以机床不同进给速度和不同进给加速度伺服参数组合，以第二步中机床工作台同样的运行距离X，通过激光干涉仪测得实际测量距离L1。本发明可以直观反映伺服进给系统的刚性强弱。

Description

一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法
技术领域
本发明属于机床用伺服进给机构测试领域，具体的说，是涉及一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法。
背景技术
数控机床伺服进给系统的刚性对数控机床的性能影响较大，伺服进给系统刚性强则进给轴运动的实时性、响应性提高，有利于保证工件的加工精度。伺服系统刚性弱，则机床的控制时常会出现时延或加速时位置不到位或减速时停不住等情况，导致连续切削工件时，在换向处进给加速或减速变化而产生位进给位移差，造成工件“过切”或“欠切”情况，严重影响工件的尺寸精度。
目前现有技术中没有连续、实时地位移检测手段和方法来检验机床由于伺服进给系统刚性差而产生的瞬态位移差。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提出一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，该方法可以直观反映伺服进给系统的刚性强弱。
为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案，一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，其特征在于：在机床外部固定激光头，机床主轴上通过磁力表座设置干涉镜，机床的工作台上通过磁力表座设置反射镜。
数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，包括以下步骤。
第一步，激光干涉仪清零，设置测试起点。
第二步，以最大进给速度的1％～5％和最大进给加速度的1％～5％的伺服参数组合，使机床工作台沿正向运行一定距离X，通过激光干涉仪测得基准测量距离L；
第三步，以机床不同进给速度和不同进给加速度的伺服参数组合，以第二步中机床工作台同样的运行距离X，通过激光干涉仪测得实际测量距离L1。
第四步，实测距离差值计算。
将实际测量距离L1与基准测量距离L作差，得到差值A。
A=L1-L。
第五步：差值A越小，则伺服进给系统刚性越强，差值A越大，则伺服进给系统刚性越弱。
优选的，第一步中，反射镜越程停止在测试距离的一端点处，在该位置进行激光干涉仪清零操作，作为测试起点。
优选的，第二步中，机床工作台运行距离不小于机床进给轴行程的三分之一。
优选的，第三步中，不同进给速度包括机床进给轴的低速度区间、中速度区间和高速度区间，不同加速度要包括机床进给轴的低加速度区间、中加速度区间和高加速度区间。
进一步的，不同进给速度选择。
低速度区间：最大进给速度的5%和/或30%。
中速度区间：最大进给速度的50%。
高速度区间：最大进给速度的80%和/或100%。
不同进给加速度选择。
低加速度区间：最大进给加速度的5%和/或30%。
中加速度区间：最大进给加速度的50%。
高加速度区间：最大进给加速度的80%和/或100%。
优选的，第二步中，使用最大进给速度的5%及最大加速度的5%的实测距离值作为基准值L。
本发明的有益效果：1、本发明提供一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，为机床伺服刚性的研究提供基础。
2、本发明将实际由于刚性强弱所产生的位移变化进行量化，能够比较直观地反映机床半闭环伺服进给系统刚性强弱。
附图说明
图1为本发明的规定测试距离激光干涉仪测试图。
图2为本发明不同进给速度和不同进给加速度的伺服参数组合的实测距离差值图。
附图中1为工作台、2为反射镜、3为干涉镜、4为激光光路、5为激光干涉仪、6为主轴。
图2中，A为实际测量距离L1与基准测量距离L的差值，JC1为机床1，JC2为机床2，B为基准测量距离L的基准线。
具体实施方式
如图1～2所示，本发明一种机床半闭环伺服进给系统刚性的检验方法，其特征在于：在机床外部固定激光头，机床主轴6上通过磁力表座设置干涉镜3，机床的工作台1上通过磁力表座设置反射镜2。
第一步，激光干涉仪5清零，设置测试起点。
第二步，以最大进给速度的1％～5％和最大进给加速度的1％～5％的伺服参数组合，使机床工作台1沿正向运行一定距离X，通过激光干涉仪5测得基准测量距离L。
第三步，以机床不同进给速度和不同进给加速度伺服参数组合，以第二步中机床工作台1同样的运行距离X，通过激光干涉仪5测得实际测量距离L1。
第四步，实测距离差值计算：
将实际测量距离L1与基准测量距离L作差，得到差值A。
A=L1-L
第五步：差值A越小，则伺服进给系统刚性越强，差值A越大，则伺服进给系统刚性越弱。
第一步中，反射镜2越程停止在测试距离的一端点处，在该位置进行激光干涉仪5清零操作，作为测试起点。反射镜2通过越程后停止到一端点处主要作用是消除伺服进给轴本身的反向间隙误差，给测试的结果带来的影响。
第二步中，机床工作台1运行距离不小于机床进给轴行程的三分之一。测量行程不小于进给轴行程三分之一主要为了使得测量距离相对较大，减少进给轴局部不稳定因素或控制误差带来的影响。
第三步中，不同进给速度包括机床进给轴的低速度区间、中速度区间和高速度区间，不同加速度要包括机床进给轴进给加速度的低加速度区间、中加速度区间和高加速度区间。
不同进给速度选择。
低速度区间：最大进给速度的5%和/或30%。
中速度区间：最大进给速度的50%。
高速度区间：最大进给速度的80%和/或100%。
不同进给加速度选择。
低加速度区间：最大进给加速度的5%和/或30%。
中加速度区间：最大进给加速度的50%。
高加速度区间：最大进给加速度的80%和/或100%。
通过上述规律能为伺服进给系统刚性的研究，诸如伺服参数优化、伺服结构改型等提供依据。
优选的，第二步中，使用最大进给速度的5%及最大加速度的5%的伺服参数组合得到的实测距离值作为基准值L。
实施例：第一步，反射镜2通过10mm越程停止在测试距离的一端点处，在该位置进行激光干涉仪5清零操作，作为测试起点；Y轴的行程坐标范围为0～1500mm，测试起点为Y轴坐标500mm处，规定测试距离为500mm。
第二步，以最大进给速度的5％和最大进给加速度的5％的伺服参数组合，使机床工作台1沿正向运行规定距离，此距离要不小于进给轴行程的三分之一，记录激光干涉仪5的实际测量距离，以该实际测量距离作为基准测量距离L。
第三步，以机床不同进给速度和不同进给加速度伺服参数组合，重复第二步规定距离测试步骤，记录激光干涉仪5的实际测量距离；不同进给速度选择最大进给速度的5%、30%、50%、80%、100%；不同加速度选择最大进给加速度的5%、30%、50%、80%、100%。
将其他进给速度和进给加速度的伺服参数组合使用激光干涉仪5得实际测量距离L1 。
将基准测量距离L和实际测量距离L1做差值，得差值A。
为了清晰表示不同进给速度和进给加速度的伺服参数组合的实测距离差值大小，将各组数据用柱状图表示，如图2所示。
通过不同进给速度和进给加速度的伺服参数组合的实际测量距离L1与基准测量距离L的差值A的大小可以判断伺服进给机构的刚性强弱；实测距离差值越小，则伺服进给系统刚性越强，实测差值越大，则伺服进给系统刚性越弱；进一步为伺服刚性的研究，诸如伺服参数优化、伺服结构改型等提供依据。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，其特征在于：
在机床外部固定激光头，机床主轴上通过磁力表座设置干涉镜，机床的工作台上通过磁力表座设置反射镜；
数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，包括以下步骤：
第一步，激光干涉仪清零，设置测试起点；
第二步，以最大进给速度的1％～5％和最大进给加速度的1％～5％的伺服参数组合，使机床工作台沿正向运行一定距离X，通过激光干涉仪测得基准测量距离L；
第三步，以机床不同进给速度和不同进给加速度的伺服参数组合，以第二步中机床工作台同样的运行距离X，通过激光干涉仪测得实际测量距离L1；
第四步，实测距离差值计算：
将实际测量距离L1与基准测量距离L作差，得到差值A；
A=L1-L
第五步：差值A越小，则伺服进给系统刚性越强，差值A越大，则伺服进给系统刚性越弱。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，其特征在于：第一步中，反射镜越程停止在测试距离的一端点处，在该端点处进行激光干涉仪清零操作，作为测试起点。
3.根据权利要求1所述的一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，其特征在于：第二步中，机床工作台运行距离不小于机床进给轴行程的三分之一。
4.根据权利要求1所述的一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，其特征在于：第三步中，不同进给速度包括机床进给轴的低速度区间、中速度区间和高速度区间，不同加速度要包括机床进给轴的低加速度区间、中加速度区间和高加速度区间。
5.根据权利要求4所述的一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，其特征在于：不同进给速度选择：
低速度区间：最大进给速度的5%和/或30%；
中速度区间：最大进给速度的50%；
高速度区间：最大进给速度的80%和/或100%；
不同进给加速度选择：
低加速度区间：最大进给加速度的5%和/或30%；
中加速度区间：最大进给加速度的50%；
高加速度区间：最大进给加速度的80%和/或100%。
6.根据权利要求1所述的一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法，其特征在于：第二步中，使用最大进给速度的5%及最大加速度的5%的伺服参数组合得到的实测距离值作为基准值L。
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