数控机床动态特性衰变的评估方法
【专利摘要】本发明提供了一种数控机床动态特性衰变的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：获得数控机床的一定特征点在初始时间K0时的特征数据序列作为参考特征数据序列X0；步骤二：获得一定特征点在待测时间Ki的特征数据序列作为对比特征数据序列Xi；步骤三：根据X0和Xi，计算得到二者的闵可夫斯基贴近度Ni；以及步骤四：基于Ni的数值对数控机床动态特性衰变进行评估。根据本发明所提供的数控机床动态特性衰变的评估方法，通过Ni能够直观定量的显示了机床数控机床的动态特性衰变程度，是一种简单易行而又准确可靠的评估方法，适合于在工厂车间内推广应用。
【专利说明】 数控机床动态特性衰变的评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数控机床动态特性衰变的模糊评估技术，具体涉及一种基于闵可夫斯基贴近度的数控机床动态特性衰变的评估方法。
【背景技术】
[0002]数控机床是一种典型的复杂机电耦合系统，其动态性能是机床结构、结合面、主轴、伺服进给系统和切削工艺等子系统动态特性的综合表现。动态特性是评价数控机床性能的重要技术指标，它与机床加工性能有密切关系，直接影响机床的加工质量、加工精度和切削效率。机床在使用过程中，随着轴承、传动齿轮、丝杠、导轨以及其它接触面的磨损或者操作润滑不当，都会使机床的动态特性逐渐衰变，机床的加工精度和使用寿命会受到不同程度的影响。所以评估机床动态特性的衰变，对机床在使用过程中的维护和故障诊断具有重要的意义。
[0003]目前，研究数控机床动态特性的方法主要有理论分析法、实验测试法以及理论分析和实验测试相结合的综合分析方法。理论分析法通过抽象、简化零部件的结构建立机床的动力学模型，由此进行机床动态特性的分析，但是，由于数控机床部件结合面间的刚度和阻尼、传动间隙、摩擦、切削工艺系统等因素的复杂性和不确定性，理论模型很难真实的模拟机床的实际情况，因而理论分析法精度较低。实验测试法通过对机床进行模态测试，得到机床的动态特性参数，但是，进行模态测试时环境干扰信号难以计算，并且测试设备价格昂贵。理论分析和实验测试相结合的方法建立机床结构的动力学模型，利用实验测试得到的模态数据修正理论模型，使修正后的理论模型能够确切地模拟机床的实际情况，该方法能够提高机床动态特性的理论分析精度，但是步骤较为复杂繁琐。
[0004]上述三种方法通过不同的方式得到机床的动态特性参数，但都只能对数控机床的动态特性进行定性评估，目前仍没有可用于定量评估数控机床动态特性衰变的有效方法。
【发明内容】
[0005]为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种数控机床动态特性衰变的评估方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0007]一种数控机床动态特性衰变的评估方法，其特征在于，包括以下四个步骤:
[0008]步骤一:获得数控机床的一定特征点在初始时间Ktl时的特征数据序列作为参考特征数据序列Xtl ；
[0009]步骤二:获得一定特征点在待测时间Ki的特征数据序列作为对比特征数据序列Xi;
[0010]步骤三:根据X。和Xi,计算得到二者的闵可夫斯基贴近度Ni ;以及
[0011]步骤四:基于Ni的数值进行评估，数值越大，则Ki时数控机床的动态特性与Ktl时的动态特性越接近，数控机床的动态特性的衰变程度越小，数值越小，则Ki时数控机床的动态特性与Ktl时的动态特性相差越大，数控机床动态特性的衰变程度越大。
[0012]另外，本发明所涉及的数控机床动态特性衰变的评估方法还可以具有这样的特征:其中，一定特征点为主轴振动特征点、工作台振动特征点和工件夹具振动特征点中的任意一个或多个。
[0013]另外，本发明所涉及的数控机床动态特性衰变的评估方法还可以具有这样的特征:其中，步骤一和步骤二中的特征数据序列的获得方法均为:使数控机床在特定参数下运行，采集一定特征点的加速度信号；对加速度信号采用1/3倍频程频谱分析法进行特征提取，获得特征数据序列。
[0014]另外，本发明所涉及的数控机床动态特性衰变的评估方法还可以具有这样的特征:其中，1/3倍频程频谱分析法包括以下四个步骤:
[0015]a、采用基-2算法的FFT变换将所述加速度信号转换至频域，得到离散频域功率谱，该离散频域功率谱包括离散频率及功率谱幅值；
[0016]b、利用1/3倍频程频谱分析法对所述加速度信号进行频谱分析，将所述加速度信号的频谱划分为η个频带，分别计算得到每一个频带的中心频率f。；
[0017]c.根据公式
【权利要求】
1.一种数控机床动态特性衰变的评估方法，其特征在于，包括以下四个步骤: 步骤一:获得所述数控机床的一定特征点在初始时间Ktl时的特征数据序列作为参考特征数据序列Xtl ； 步骤二:获得所述一定特征点在待测时间Ki的特征数据序列作为对比特征数据序列Xi; 步骤三:根据所述Xtl和所述Xi,计算得到二者的闵可夫斯基贴近度Ni ；以及步骤四:基于所述Ni的数值进行评估，数值越大，则Ki时所述数控机床的动态特性与Ktl时的动态特性越接近，所述数控机床的动态特性的衰变程度越小，数值越小，则Ki时所述数控机床的动态特性与Ktl时的动态特性相差越大，所述数控机床动态特性的衰变程度越大。
2.根据权利要求1所述的数控机床动态特性衰变的评估方法，其特征在于: 其中，所述一定特征点为主轴振动特征点、工作台振动特征点和工件夹具振动特征点中的任意一个或多个。
3.根据权利要求1所述的数控机床动态特性衰变的评估方法，其特征在于: 其中，所述步骤一和所述步骤二中的所述特征数据序列的获得方法均为:使所述数控机床在特定参数下运行，采集所述一定特征点的加速度信号；对所述加速度信号采用1/3倍频程频谱分析法进行特征提取，获得所述特征数据序列。
4.根据权利要求3所述的数控机床动态特性衰变的评估方法，其特征在于: 其中，所述1/3倍频程频谱分析法包括以下四个步骤: a、采用基-2算法的FFT变换将所述加速度信号转换至频域，得到离散频域功率谱，该离散频域功率谱包括离散频率及功率谱幅值； b、利用1/3倍频程频谱分析法对所述加速度信号进行频谱分析，将所述加速度信号的频谱划分为η个频带，分别计算得到每一个频带的中心频率f。； c.根据公式
5.根据权利要求4所述的数控机床动态特性衰变的评估方法，其特征在于: 其中，所述频谱分析中，所取的频率范围是20Hz~10kHz，共划分为28个频带。
6.根据权利要求4所述的数控机床动态特性衰变的评估方法，其特征在于: 其中，所述频谱分析中，所取的频率范围是20Hz~20kHz，共划分为30个频带。
7.根据权利要求1所述的数控机床动态特性衰变的评估方法，其特征在于:其中，所述闵可夫斯基贴近度Ni的计算方法包括以下两步: 步骤一:计算所述Xi对所述Xtl的模糊隶属度； 步骤二:根据所述模糊隶属度，计算得到闵可夫斯基距离Cli (Xi, X0)， 根据公式Ni = Ni (Xi, X0) = 1- (Ii (Xi, Xci),计算得到所述Xi与所述Xtl之间的闵可夫斯基贴近度。
【文档编号】B24B49/00GK103802022SQ201410077383
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】朱坚民, 李孝茹, 张统超, 战汉, 李付才, 齐北川 申请人:上海理工大学