[发明专利]基于微铣床主传动系统功率的微铣削力测量方法

说明书

技术领域

本发明属于微铣削力测量领域，涉及一种基于微铣床主传动系统功率的微铣削力测量方法。

背景技术

目前，微铣削力测量主要集中于使用测力传感器，但考虑到微铣削力量级较小，一般精度的测力传感器无法满足测量需求，高精度测力传感器价格昂贵，且搭建及操作不便；而目前关于机床主传动系统功率及能耗采集系统的研究较为广泛，考虑到切削功率与切削力之间计算关系，可以为微铣削力测量提供新思路。

刘霜等人的名称为《机床主传动系统加工过程能耗信息在线监测方法》的发明专利,ZL201110095627.6，公开了一种机床主传动系统加工过程能耗信息在线监测方法，通过测量机床总输入功率，利用所建立的机床加工过程中主传动系统能量流和主要能耗信息的数学模型，得到机床主传动系统能耗信息的实时数据，但该方法操作过程较为麻烦，精度不高。唐任仲等人的名称为《一种数控车床主传动系统非切削能耗获取方法》的发明专利，CN201210240326.2,公开的方案是通过实验获取主传动系统变频器和主轴电机空载功率，主轴空转摩擦转矩、主传动系统转动惯量、主轴角加速度等模型中的系数值，就可以求出主轴空载和主轴加速的功率和能耗值，但该方法精度较低，无法满足微铣床主传动系统功率测量需求。

综上所述，现有机床主传动系统功率及能耗采集技术存在着精度低等问题，无法满足微铣床主传动系统功率及进一步微铣削力的测量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，发明一种基于微铣床主传动系统功率的微铣削力测量方法，测量方法采用功率采集模块和带有PXI数据采集模块的NI数据采集箱进行测量；基于LabVIEW的数据采集模块克服了由于采样频率大导致的采样时间短的问题。采样频率高、精度高、与采用高精度微力测量传感器相比搭建及使用过程简单、成本较低。

本发明采用的技术方案是一种基于微铣床主传动系统功率的微铣削力测量方法，其特征在于，测量方法采用功率采集模块和带有PXI数据采集模块的NI数据采集箱进行测量；采集软件编程过程中采用分段循环采样方法，在LabVIEW数据采集模块外部嵌套一个循环程序，每次循环得出的数据信息在内存中暂存，并将下一次循环得到的数据信息拼接，最终得到完整的数据信息；为保证精度，采样频率达200,000Hz；基于LabVIEW的数据采集模块克服了由于采样频率大导致的采样时间短的问题；具体测量步骤如下：

第一步：测量系统数据采集软件编程

本发明在测量系统采集软件编程过程中采用分段循环采样方法，在LabVIEW数据采集模块外部嵌套一个循环程序，每次循环得出的数据信息在内存中暂存，并将下一次循环得到的数据信息拼接，最终得到完整的数据信息；有效减少了缓存区内存，克服了因采样频率过大导致的采样时间短的问题；

第二步：测量系统的安装

将微铣床8与主传动系统变频器7连接，测量系统中的功率采集模块1由电流传感器3和电压变压器4构成，电流传感器3输入端与微铣床主传动系统变频器7连接，电压变压器4输入端与微铣床8相连接，电流传感器3和电压变压器4输出端分别与NI数据采集箱2中安装得PXI数据采集模块5连接；计算机6与NI数据采集箱2连接；

第三步：设定测量参数

测量微铣床主传动系统功率时，需要在测量系统采集软件面板中设定采样频率及时间；

第四步：测量及微铣削力计算

启动微铣床，分别测量主传动系统在空载过程及切削过程状态下的功率值；在采集数控微铣床主传动系统功率时，与数控微铣床连接的功率采集模块实时采集数控微铣床主传动系统的功率数据，并且传送至带有PXI数据采集模块NI数据采集箱进行处理；微铣床主传动系统功率分为空载过程部分及切削过程部分；采用以下公式计算：

空载过程：P＝P_n+P_f(1)

加工过程：P＝P_n+P_f+P_c(2)

其中，P为微铣床主传动系统功率，P_n为微铣床主轴功率，P_f为微铣床变频器功率，P_c为微铣削过程切削功率；

功率值的测量是基于电流传感器与电压变压器测得的电流、电压数据导入PXI数据采集模块计算得到，计算过程通过LabVIEW编程实现，微铣床主传动系统功率P为：

其中，U_i为电压测量值；I_i为电流测量值；f为采样频率；K为采样总数。