[發(fā)明專利]一種基于機(jī)床仿真模型的數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能測(cè)試系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710619214.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107272661A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳凡;趙歡;丁漢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B23/02
• 分類號(hào): G05B23/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 梁鵬,曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及到一種基于機(jī)床仿真模型的數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的基礎(chǔ)，是國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì)，而數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心組成部分，決定著數(shù)控機(jī)床的功能和性能，隨著制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)數(shù)控裝置的技術(shù)指標(biāo)、綜合性能以及可靠性等方面提出了更高的要求，同時(shí)也促進(jìn)了數(shù)控裝置技術(shù)指標(biāo)和綜合性能檢測(cè)水平的發(fā)展，在國(guó)家大力促進(jìn)國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝置發(fā)展和數(shù)控裝置研發(fā)的背景下，迫切的需要能客觀、準(zhǔn)確、便捷的對(duì)數(shù)控裝置的技術(shù)指標(biāo)和綜合指標(biāo)性能進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)的設(shè)備，有助于數(shù)控裝置的生產(chǎn)廠商和研發(fā)單位全方面的了解自己的產(chǎn)品和薄弱環(huán)節(jié)，以利于國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝置整體綜合性能的提高。

目前對(duì)數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能的測(cè)評(píng)一般采用在數(shù)控機(jī)床上直接加工具備特定幾何特征的試件,用加工得到的試件的最終幾何尺寸來(lái)評(píng)判數(shù)控裝置的運(yùn)動(dòng)控制性能，但是試件最終幾何尺寸與加工精度受多方因素影響，除數(shù)控裝置自身因素外，還有機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)位置誤差、機(jī)床幾何精度、以及試件的測(cè)量誤差等，通過(guò)在機(jī)床上加工試件的方法不能對(duì)數(shù)控裝置自身的運(yùn)動(dòng)控制性能作出準(zhǔn)確地評(píng)定。因此，需要建立一套標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床的仿真模型用于對(duì)數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能的測(cè)試，從而避免機(jī)床自身不確定因素和加工性能的不一致性對(duì)數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能測(cè)評(píng)結(jié)果的影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于機(jī)床仿真模型的數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)建立機(jī)床仿真模型，由此解決機(jī)床自身不確定因素和加工性能不一致性影響數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能測(cè)評(píng)結(jié)果的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于機(jī)床仿真模型的數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括仿真模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、性能分析模塊和結(jié)果顯示模塊，其特征在于，

所述仿真模塊模擬實(shí)際機(jī)床與待測(cè)數(shù)控裝置連接，其包括多個(gè)仿真模型，通過(guò)接受來(lái)自該待測(cè)數(shù)控裝置的指令數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述仿真模型對(duì)實(shí)際機(jī)床的各個(gè)伺服進(jìn)給軸的運(yùn)動(dòng)位置和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，從而輸出所述各個(gè)伺服進(jìn)給軸的位置反饋數(shù)據(jù)，

其中，所述仿真模型包括伺服進(jìn)給系統(tǒng)模型、切削力模型、數(shù)控指令單元和位置數(shù)據(jù)輸出單元，所述伺服進(jìn)給系統(tǒng)模型為所述仿真模型的主體部分，用于模擬機(jī)床的各軸運(yùn)動(dòng)特性與機(jī)械特性，所述切削力模型用于模擬實(shí)際加工過(guò)程中各軸方向切削力的大小，所述數(shù)控指令單元用于接收并解析所述待測(cè)數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的指令數(shù)據(jù)，所述位置數(shù)據(jù)輸出模塊用于將所述仿真模型計(jì)算得到的各進(jìn)給軸位置數(shù)據(jù)傳遞至所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；

所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接所述仿真模塊和與所述性能分析模塊，該數(shù)據(jù)收發(fā)模塊讀取和采集待測(cè)數(shù)控裝置的數(shù)控指令數(shù)據(jù)以及來(lái)自所述仿真模塊的位置反饋數(shù)據(jù)，并將其傳遞至所述性能分析模塊；

所述性能分析模塊與所述結(jié)果顯示模塊連接，該性能分析模塊接受所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)，并根據(jù)性能指標(biāo)測(cè)評(píng)算法對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而得出各性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的值，并通過(guò)結(jié)果顯示模塊輸出和顯示，由此完成對(duì)待測(cè)數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能的測(cè)評(píng)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述伺服進(jìn)給系統(tǒng)模型為多軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)，其包括三個(gè)平動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)給軸，每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸為一個(gè)單軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)模型。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述單軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)模型按照實(shí)際的機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行建模，包括位置環(huán)控制器、速度環(huán)控制器、電流環(huán)控制器以及伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)電傳動(dòng)部分。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)電傳動(dòng)部分包括電機(jī)、滾珠絲杠系統(tǒng)、非線性摩擦、聯(lián)軸器間隙。

進(jìn)一步優(yōu)選地，待測(cè)數(shù)控裝置中設(shè)置有基于工業(yè)以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場(chǎng)總線主站卡，所述仿真模型在實(shí)時(shí)仿真板卡中運(yùn)行，安裝有所述實(shí)時(shí)仿真板卡的測(cè)試裝置硬件平臺(tái)中設(shè)置有基于工業(yè)以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場(chǎng)總線從站卡，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)數(shù)控裝置與所述仿真模型之間的數(shù)據(jù)交互。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述仿真模型的實(shí)時(shí)仿真過(guò)程通過(guò)基于高速DSP與FPGA的實(shí)時(shí)仿真板卡實(shí)現(xiàn)。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1、本發(fā)明通過(guò)利用實(shí)際機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果不會(huì)受到不同機(jī)床自身不確定因素的影響，具有較高的準(zhǔn)確性與較強(qiáng)的通用性；

2、本發(fā)明通過(guò)對(duì)數(shù)控裝置運(yùn)動(dòng)控制性能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，在基于高性能DSP與FPGA的實(shí)時(shí)仿真板卡中利用機(jī)床仿真模型進(jìn)行在線運(yùn)動(dòng)仿真，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)；