的密化采樣點值^如式(16)所示：
[0144]
? 16)
[0145] 利用伺服電機力矩電流數據的三次樣條函數系數和采樣數據個數得到X軸伺服電 機力矩電流的密化采樣點值cxk如式(17)所示：
[0146]
(17)
[0147] 得到Z軸伺服電機力矩電流的密化采樣點值qzk如式（18)所示：
[0148]
(18)
[0149] 406、對進給軸位置的密化采樣點值進行兩次微分計算，得到采樣點工作臺速度值 和采樣點工作臺加速度值。
[0150] 本實施方式中，對進給軸位置的密化采樣點進行微分計算，得到X軸采樣點工作臺 速度值vxk和Z軸采樣點工作臺速度值v zk，對采樣點工作臺速度值進行微分，得到X軸采樣點 工作臺加速度值axk和Z軸采樣點工作臺加速度值a zk。
[0151] 407、根據絲杠導程、伺服電機力矩系數和伺服電機力矩電流的密化采樣點值，得 到工作臺采樣點絲杠驅動力，根據工作臺運動方程計算數控機床進給系統摩擦力。
[0152] 本實施方式中，工作臺采樣點絲杠驅動力的計算公式如式(19)所示：
[0153] 23iktI=FekP (19)
[0154] 其中，kt為伺服電機力矩系數，p為絲杠導程，Fe為采樣點絲杠驅動力，I為伺服電機 力矩電流。
[0155] 忽略絲杠及螺母接觸副的受力變形，工作臺運動方程如式(20)所示：
[0156] Fe-Ff=mtat (20)
[0157] 其中，Ff為進給系統摩擦力，mt工作臺質量，￡it為工作臺加速度。
[0158] 因此將伺服電機力矩電流的密化采樣點值和采樣點工作臺加速度值帶入公式 (19)和公式(20)得到X軸進給軸采樣點摩擦力Ffxl如式(21)所示：
[0159] Ffxi = 23TktxCxk/px-mtxaxk，k = 0，l，···，kx (21)
[0160] 其中，ktx為X軸進給伺服電機的力矩系數，px為X軸絲杠導程，mtx為X軸工作臺質量。 得至IjZ軸進給軸采樣點摩擦力F fzi如式(22)所示：
[0161] Ffzi = 23iktzqzk/pzitzazk，k = 0，l，···，kz (22)
[0162] 其中，ktz為Z軸進給伺服電機的力矩系數，pz為Z軸絲杠導程，mtz為Z軸工作臺質量。
【主權項】
1. 基于FOCAS的數控機床數據采集和管理系統，其特征在于，包括數據采集與管理單 元、數據分類單元和進給系統摩擦力提取單元； 所述數據采集與管理單元，用于通過網絡與數控系統進行通信，采集數控機床主軸轉 速、主軸負載、進給軸速度、進給軸位置和伺服電機力矩電流，并將其各數據進行時間定標， 獲取數控機床報警時間和報警內容，并對數據進行存儲;顯示與數控機床的連接狀態、數控 機床運行狀態和加工程序運行狀態;設定用戶權限，將用戶添加和修改的數控機床故障時 間和故障內容、數控機床加工工件信息、數控機床維護和保養記錄、以及數控加工程序進行 存儲； 所述數據分類單元，用于讀取采集的數控機床主軸轉速、主軸負載、進給軸速度、進給 軸位置和伺服電機力矩電流數據，將主軸數據和進給軸數據進行分類存儲，并將進給軸位 置和伺服電機力矩電流依據其時間定標值進行匹配，將數控機床加工工件信息和數控加工 程序與對應的主軸轉速或進給軸位置數據進行匹配并存儲； 所述進給系統摩擦力提取單元，用于讀取數控機床進給軸位置與時間匹配數據和伺服 電機力矩電流與時間匹配數據，采用三次樣條函數插值法得到進給軸位置的密化采樣點值 和伺服電機力矩電流的密化采樣點值，根據工作臺運動方程得到數據機床進給系統的摩擦 力。2. 根據權利要求1所述的基于F0CAS的數控機床數據采集和管理系統，其特征在于，所 述數據采集與管理單元，包括主界面管理模塊、用戶管理模塊、報警管理模塊、故障采集管 理模塊、加工工件信息管理模塊、實時數據管理模塊、數控程序管理模塊、數控機床維護和 保養管理模塊和數據庫； 所述主界面管理模塊，用于顯示各功能模塊，并提供給用戶，顯示與數控機床的連接狀 態、數控機床運行狀態和加工程序運行狀態； 所述用戶管理模塊，用于根據用戶性質設定權限，設定其對各功能模塊的操作權限； 所述報警管理模塊，用于通過網絡與數控系統進行通信，獲取數控機床報警時間和報 警內容，存儲于數據庫中； 所述故障采集管理模塊，用于通過與數據庫連接，顯示數控機床故障時間和故障內容， 并為具有該模塊操作權限的用戶提供記錄的添加和修改，并將添加和修改后的故障時間和 故障內容存儲于數據庫中； 所述加工工件信息管理模塊，用于通過與數據庫連接，顯示數控機床加工工件信息，并 為具有該模塊操作權限的用戶提供記錄的添加和修改，并將添加和修改后的加工工件信息 存儲于數據庫中； 所述實時數據管理模塊，用于通過網絡與數控系統進行通信，采集數控機床主軸轉速、 主軸負載、進給軸速度、進給軸位置和伺服電機力矩電流，并將其各數據進行時間定標，以 二進制形式存儲于數據庫中； 所述數控程序管理模塊，用于通過與數據庫連接，顯示數控加工程序，并為具有該模塊 操作權限的用戶提供記錄的添加和修改，并將添加和修改后的數控加工程序存儲于數據庫 中； 所述數控機床維護和保養管理模塊，用于通過與數據庫連接，顯示數控機床維護和保 養記錄，并為具有該模塊操作權限的用戶提供記錄的添加和修改，并將添加和修改后的數 控機床維護和保養記錄存儲于數據庫中； 所述數據庫，用于存儲采集的數控機床主軸轉速、主軸負載、進給軸速度、進給軸位置 和伺服電機力矩電流，存儲獲取的數控機床報警時間和報警內容，存儲添加及修改的數控 機床故障時間和故障內容、數控機床加工工件信息、數控加工程序、數控機床維護和保養記 錄。3. 采用權利要求1所述的基于FOCAS的數控機床數據采集和管理系統進行數據采集和 管理的方法，其特征在于，包括： 通過網絡與數控系統進行通信，采集數控機床主軸轉速、主軸負載、進給軸速度、進給 軸位置和伺服電機力矩電流，并將其各數據進行時間定標，獲取數控機床報警時間和報警 內容，并對數據進行存儲； 通過用戶的添加和修改，存儲數控機床故障時間和故障內容、數控機床加工工件信息、 數控機床維護和保養記錄、以及數控加工程序； 將主軸數據和進給軸數據進行分類存儲，并將進給軸位置和伺服電機力矩電流依據其 時間定標值進行匹配，將數控機床加工工件信息和數控加工程序與對應的主軸轉速或進給 軸位置數據進行匹配并存儲； 讀取數控機床進給軸位置與時間匹配數據和伺服電機力矩電流與時間匹配數據，采用 三次樣條函數插值法得到進給軸位置的密化采樣點值和伺服電機力矩電流的密化采樣點 值，根據工作臺運動方程得到數據機床進給系統的摩擦力。4. 根據權利要求3所述的基于FOCAS的數控機床數據采集和管理方法，其特征在于，所 述將主軸數據和進給軸數據進行分類存儲，并將進給軸位置和伺服電機力矩電流依據其時 間定標值進行匹配，將數控機床加工工件信息和數控加工程序與對應的主軸轉速或進給軸 位置數據進行匹配并存儲，包括： 讀取采集的數控機床主軸轉速、主軸負載、進給軸速度、進給軸位置和伺服電機力矩電 流數據，將主軸數據和進給軸數據進行分類存儲； 根據進給軸位置發生變化時的記錄時間確定時間基準，將進給軸位置和伺服電機力矩 電流依據其時間定標值進行匹配； 將數控機床加工工件信息和數控加工程序與對應的主軸轉速或進給軸位置數據進行 匹配并存儲。5. 根據權利要求3所述的基于FOCAS的數控機床數據采集和管理方法，其特征在于，所 述讀取數控機床進給軸位置與時間匹配數據和伺服電機力矩電流與時間匹配數據，采用三 次樣條函數插值法得到進給軸位置的密化采樣點值和伺服電機力矩電流的密化采樣點值， 根據工作臺運動方程得到數據機床進給系統的摩擦力，包括： 讀取數控機床進給軸位置與時間匹配數據對和伺服電機力矩電流與時間匹配數據對； 建立進給軸位置數據的三次樣條函數和伺服電機力矩電流數據的三次樣條函數； 利用高斯消去法解進給軸位置數據的三次樣條函數和伺服電機力矩電流數據的三次 樣條函數，得到進給軸位置數據的三次樣條函數系數和伺服電機力矩電流數據的三次樣條 函數系數； 選取密化采樣數據周期，根據進給軸總采集時間確定采樣數據個數； 利用進給軸位置數據的三次樣條函數系數和采樣數據個數得到進給軸位置的密化采 樣點值，利用伺服電機力矩電流數據的三次樣條函數系數和采樣數據個數得到伺服電機力 矩電流的密化采樣點值； 對進給軸位置的密化采樣點值進行兩次微分計算，得到采樣點工作臺速度值和采樣點 工作臺加速度值； 根據絲杠導程、伺服電機力矩系數和伺服電機力矩電流的密化采樣點值，得到工作臺 采樣點絲杠驅動力，根據工作臺運動方程計算數控機床進給系統摩擦力。
【專利摘要】本發明提供基于FOCAS的數控機床數據采集和管理系統及其方法，該系統包括數據采集與管理單元、數據分類單元和進給系統摩擦力提取單元；該采集和管理方法為采集數控機床主軸轉速、主軸負載、進給軸速度、進給軸位置和伺服電機力矩電流，并將其各數據進行時間定標，將主軸數據和進給軸數據進行分類存儲，并將進給軸位置和伺服電機力矩電流依據其時間定標值進行匹配，將數控機床加工工件信息和數控加工程序與對應的主軸轉速或進給軸位置數據進行匹配并存儲，采用三次樣條函數插值法得到進給軸位置的密化采樣點值和伺服電機力矩電流的密化采樣點值，根據工作臺運動方程得到數據機床進給系統的摩擦力。
【IPC分類】G05B19/406
【公開號】CN105652794
【申請號】
【發明人】趙春雨, 張義民, 劉軍江, 王榮雨, 李常有, 黃賢振, 楊周, 朱麗莎, 樊潮
【申請人】東北大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年2月29日