[发明专利]一种基于指令域分析的数控机床工作过程CPS建模方法

权利要求书

1.一种基于指令域分析的数控机床工作过程的CPS建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在数控机床执行工作任务前，确定事前工作任务数据WT₀和事前制造资源数据MR₀，其中，所述事前工作任务数据WT₀包括刀具轨迹信息、换刀信息和切削深度信息，所述事前制造资源数据MR₀包括机床类型及参数、刀具类型及参数、夹具类型及参数和工件材料及参数；

(2)在上述所确定的事前工作任务数据WT₀和事前制造资源数据MR₀条件下，使数控机床工作，采集数控机床工作过程中的内部电控数据和外部传感器数据，得到数控机床运行状态数据Y、事中工作任务数据WT’以及事中制造资源数据MR’；

其中，所述数控机床运行状态数据Y指零件数控加工的质量、精度和效率优劣直接或间接的定量描述，所述事中工作任务数据WT’包括机床工作过程中的指令序列号、执行对应指令序列时间、进给速度和主轴转速，所述事中制造资源数据MR’为机床工作过程中的外部环境数据，包括环境温度和振动；

(3)将所述事前和事中制造资源称之为制造资源数据MR、事前和事中的工作任务数据称之为工作任务数据WT，以所述制造资源数据MR和工作任务数据WT作为输入，所述数控机床运行状态数据Y作为输出，在赛博空间(Cyber Space)建立相关映射关系Y＝f(WT,MR)，以该映射关系作为数控机床工作过程的CPS模型，即可实现对数控机床工作过程的CPS建模。

2.根据权利要求1所述的一种基于指令域分析的数控机床工作过程的CPS建模方法，其特征在于，所述运行状态数据Y包括机床完成工作任务过程中，数控系统内部产生的由控制信号和反馈信号构成的内部电控数据，也包括通过外部传感器采集的物理和几何数据。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于指令域分析的数控机床工作过程的CPS建模方法，其特征在于，所述内部电控数据包括主轴功率、主轴电流、进给轴电流、位置跟随误差、指令位置、实际位置、指令速度、实际速度、指令加速度、实际加速度以及数控系统中寄存器数据。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于指令域分析的数控机床工作过程的CPS建模方法，其特征在于，所述事中工作任务数据WT’中的指令序列号、执行对应指令序列时间、进给速度和主轴转速来自于所述内部电控数据。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于指令域分析的数控机床工作过程的CPS建模方法，其特征在于，所述外部传感器采集的物理和几何数据包括切削力、温度、振动、声发射信号、空间误差、热变形、零件尺寸精度、零件形位精度和零件表面粗糙度。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于指令域分析的数控机床工作过程的CPS建模方法，其特征在于，还可在指令域内对所述映射关系进行可视化表达，即在二维坐标系上，以指令序列号和指令执行时间两个标尺作为横坐标，以对应的机床运行状态数据或数学处理后所提取特征数据为纵坐标，形成数控机床工作过程CPS模型的指令域波形图。

7.根据权利要求6所述的一种基于指令域分析的数控机床工作过程的CPS建模方法，其特征在于，还可以通过对纵坐标数据进行着色来对不同指令序列段进行区分，即对相同指令序列号对应的纵坐标数据以相同颜色进行着色，相邻指令段间以不同颜色进行着色。