[发明专利]基于内置编码器信号的机床爬行监测方法

说明书

基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，先通过机床的数控系统通讯协议或外接计数卡获取编码器的实时位置信号，然后对位置信号进行一阶微分得到瞬时速度信号，进而计算爬行指标，基于爬行指标值大小最终判断机床的进给运动是否发生爬行以及爬行的严重程度，本发明充分利用了机床的内置传感信息，通过对编码器信号的实时分析处理，实现了对机床爬行的自感知和自诊断。

技术领域

本发明涉及基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，属于机床领域。

背景技术

机床爬行是机床在低速进给下发生的进给速度不均匀现象，爬行会严重影响机床加 工的精度、形位公差和表面质量，还会加速机床运动部件的磨损，降低使用寿命。专利申请 号为201510640187.6和201510980485.X的专利分别提出了抑制机床爬行的装置和模型，但 机床不一定都采用了这些专利中的方法来抑制爬行，并且爬行很难被完全消除，低速爬行在 大多数机床中依然是普遍存在。

对机床爬行现象进行实时监测有利于了机床用户了解机床的运行状况，在爬行现象 发生的早期进行预警，从而避免在爬行状态下的加工。机床爬行的监测一般通过外置的激光 干涉仪测量工作台位置信号，进而得到进给速度波动的情况来判断是否发生爬行，但激光干 涉仪一般无法在加工过程中使用，而且使用成本十分高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，利用机床的编码 器获取进给运动的高分辨位置信号，通过瞬时速度估计和爬行指标计算，对机床进给过程是 否发生爬行以及程度进行准确判断。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于内置编码器信号的机床爬行监测方法，包括以下步骤：

步骤一，通过机床的数控系统通讯协议或外接计数卡获取编码器的实时位置信号，记为x(n)。

信号的采样频率应大于爬行频率的2倍，由于爬行频率一般未知，采样频率可设置为一个合理的较大值(建议值：2000Hz)。

步骤二，对位置信号x(n)进行一阶微分，计算得到瞬时速度信号s(n)。

s(n)＝(x(n)-x(n-1))/△t，其中△t是采样时间间隔。

步骤三，计算爬行指标SSI(Stick-slip Index)。

SSI＝(s_max-s_min)/s_mean，其中s_max，s_min和s_mean分别是s(n)的最大值、最小值和平均值。

步骤四，判断机床的进给运动是否发生爬行以及爬行的严重程度。判断依据：SSI＜1， 无爬行；SSI≥1，发生爬行，SSI值越大，说明爬行程度越严重。

本发明具有以下有益效果：

a)编码器的分辨率一般至少高出机床精度一个数量级，高分辨率的特性使得编码器信号能 够有效反映爬行引起的速度波动。

b)本发明方法可自动化地对机床爬行是否发生和程度进行准确判断，无需人工操作。

c)编码器为机床的内置传感器，不增加测试成本，有利于本发明方法的推广和应用， 实现机床对爬行的自感知和自诊断。

附图说明

图1为本发明实施例试验示意图。

图2为本发明方法的流程图。

图3为本发明实施例编码器信号x(n)。

图4为本发明实施例瞬时速度信号s(n)。