数控加工误差补偿中切削力检测的实现

＋占 ） 为切 ；
分 别 为工 作 时增 大 的库仑 摩 擦
时通过电流传感器检测伺服 电机的电流 ， 根据测量
数据 可 以推导 出电机 电流与切 削力 之间 的关系式 。
力矩与 粘滞摩 擦力 矩 ； 为空载 时 的摩 擦力 矩 ； 将 方程 （ ）与 （ ） 并可 以得 出如下 式 的主轴 ２ ３合 传动系 统 的力 平衡 方程 ：
仪和力传感器 的安装 、 调试技术复杂； 安装测力仪
或力传感器时不仅可能对机床本身结构产生破坏 ，
而且也可能使机床刚度发生变化 ， 从而使得检测时 采集不到准确的力信号 － 。 】 Ｊ
理论 分析 方法 多采 用有 限元 分 析 的方 法 ， 虽然 目前 有很 多学 者 已对 计 算 切 削 力 做 了大 量 的研 究
与理论分析 ， 也想从理论上推导 出切削力的理论计 算公 式 ， 其应 用 于生产 实践 Ｊ但 是 ， 削加 工是 将 。 切
图 １ 切削力间接检测原理图
女基 金 项 目 ：九 江 学 院 科 研 课 题 （ 号 ０ Ｋ ４ ）成 果 。 编 ８ Ｊ２ 收 稿 日期 ：２ １ ２— ０ ０２— ２ 通 讯 作 者 ：郑 冬 喜 ，ｈｗ ｍ ｘ ｓ ａｃｍ。 ａ ｋ ａ＠ ｉ ．ｏ ｎ
２ １ 第 ２期 ０ ２年
Ｎｏ ２， ２ ２ ． ０１ NhomakorabeaＪｕ ａ ｏ ｕｉ ｇＵ ｉｅ ｉ （ ａ ｒｌ ｃ ｎｅ） ｏｒ ｌ ｆ ｉ ａ ｎｖｒ ｔ ｎｔ ａ ｓｉ ｃｓ ｎ ｊ ｊｎ ｓｙ ｕ ｅ
九江 学 院 学 报 （ 自然科学版 ）
（ ｕ ｏ９ ） Ｓ ｍ Ｎ ．７
骤
式中 五 为主轴电机的角速度； 为粘性阻尼 置
系数 ； 为 转 动部 件 的总惯 量 ； 为 电机 的 电枢 电
流 ； 为 电机受 到 的总 外力矩 ； 为 与 电机有关 的
整 个主轴 传动 系统 的常数 ； 分析 可 以知道 ， 是 由工件 上 的切削 力矩与摩 擦力 矩组 成 的总力矩 ， 的表达式 如下 ： 它
进行 检测 。
实验发现数控主轴伺服 电机 电流会 随着机床
上切削力发生变化而随之变化 。 由于主轴 电机电流
的测量 相对 比较容易 ， 因此可 以通过 测量 电机 电流 来检 测 切削力 ， 测量原 理 图详见 如 图 １ 所示 。 图 ｌ 从
中可以发现对 电机 电流进行测量的传感器不会影
（ 总第 ９ ） ７期
数控加工误差补偿 中切 削力检测 的实现 术
郑冬喜 王 丞
（ 九江学院机械 与材料 工程 学院 江西九江 ３ ２ ０ ） ３ ０ ５
摘 要 ：切 削力误 差是 数控加 工 的主要 误差 ，切 削力检 测是切 削力误 差 分析 的基 础 。本
文主要 介绍切 削力的检 测方 法 ，分析 通过检 测伺服 电机 电流 实现 对切 削力检 测 的原 理 。
・
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九江 学 院 学 报 （ 自然科 学 版 ）
２ １ 第 ２期 ０ ２年
切削 力 大 小 是 一 种 简 便 又 经 济 的 方 法 ， 得 推 值 广 。 测量 后找 出伺服 电机 电流 与 电机 负载 变化 的 关系 ， 通过 神 经 网络 、 糊 系统 等 方 法建 立 电机 电 模 流与切 削力等参 数 间的数 学模 型。 ２通 过检测 伺 服 电机 电流 测 量 切 削 力 的原 理 与步
ｎ
＝ 一
数控机床常用伺服电机有交流伺服电机 、 ２ 步 Ｊ
进 电机 记忆直 流伺 服 电机 等 ， 以前 的数控 机床 大 多 采用 的是直 流伺服 电机 。 由于交 流 电机有 速度 控 制 特性 良好 ， 整个 速 度 区 内可实 现 平 滑控 制 ， 乎 在 几 无振荡 ，０ 以上 的高 效率 ， 热 少 ， 速控 制 ， ９％ 发 高 高
、
１切削力 检测 的方 法
响切削加工系统的特性。 同时电流传感器相对价格
目前测量切削力方法有理论分析法 、 直接测量
法 以及 间接 测量法 ３种 。
比较低廉 、 而且工作 比较可靠 。 以， 所 通过测量机床
主轴伺服 电机电流来间接估算数控加工中
直接测量就是通过测力仪对切削力进行测量 ， 当前国际上广泛采用的测力仪有两大类型 ： 一种是 压 电式 ， 另一种是应变式 。 直接测量检测时使用 大 量的传感器等检测设备 ， 测试设备花费较高 ； 测力
切 削加 工变 得 越 来 越 普 遍 ， 切 削 发 展 的 重 要 趋 是
势。 在硬 质切 削加 工过 程 中 ， 随着 切削力 的增大 ， 其
一
个 非 常复 杂 的 过程 ， 有诸 多影 响 因素 ， 至今 国内
外 还没 有研究 人 员 通 过 理 论 推 导 出 能够 和 实 际检
测结果一致 的切削力理论计算公式。 因此 ， 在现实
生 产过 程 中 ， 采 用 切 削 力 的 公 式 一 般 是 经 验 公 所 式， 这些 公式 是通过 实验 方法所 建立 的 。
产 生塑 性变 形 也 随 之 变大 ， 且 ， 巨大 的 切削 力 而 由
还可能是的机床的运动链产生相应的误差， 因此数
控 加工误 差 中切削力 误差 占据 很 大 的 比重 。 为有 效 提 高数控 加工 的精度 ， 须对 切 削力 误差 进行 补 偿 必 研究 ， 而切 削力 误差 补偿研 究 的基 础 就要 对切 削 力
＝ ＋６ ＋Ｔ ｏ （） ３
实验 中 ， 拟数 控 加 工过 程 ， 数 控 机 床施 加 模 给
切削力 ， 然后采用检测仪器测量切削力大小 ， 在不
同载荷下 ， 进行 大 量 的 不 同作 用 力 下进 行 测 量 ， 同
式 中 为摩擦 力矩 （ ： 削力力 矩 ； 、
关 键词 ：数控 加工 ，切 削力 ，电流 ，误 差补偿
中图分类号 ：Ｔ ６９ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ４ ９４ ２１）０ 一１５ （４ Ｇ５ ６ —５５（ ２ ２ （３ 一 ０） ７ ０ ３
在现代数控加工中， 切削刀具 的韧性和硬度都 得到了很好 的提高与保证 。 在现代切削加工 中， 硬