本發(fā)明涉及機(jī)床控制，具體為一種機(jī)床重復(fù)定位控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、機(jī)床重復(fù)定位控制系統(tǒng)屬于智能制造與自動(dòng)化控制領(lǐng)域，是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的重要組成部分。在該領(lǐng)域中，數(shù)控機(jī)床以其高精度、高效率的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、汽車(chē)零部件制造和航空航天工業(yè)等。隨著制造業(yè)對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率的要求不斷提高，傳統(tǒng)機(jī)床定位和加工技術(shù)逐漸向高精度多工位加工控制方向發(fā)展。在多工位磨削精度優(yōu)化場(chǎng)景中，機(jī)床的重復(fù)定位精度直接影響多工件同步加工的一致性和產(chǎn)品質(zhì)量，成為高端精密制造中關(guān)鍵性技術(shù)難題之一。

2、現(xiàn)階段多工位加工場(chǎng)景中的伺服控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中面臨諸多挑戰(zhàn)，例如由于位置偏差、速度波動(dòng)或環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的工件加工精度差異。這些問(wèn)題尤其在高精度磨削場(chǎng)景中表現(xiàn)突出?，F(xiàn)有系統(tǒng)通常依賴于簡(jiǎn)單的單次誤差反饋控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)多工位誤差的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與補(bǔ)償。此外，在工件加工過(guò)程中，由于無(wú)法全面實(shí)時(shí)地考慮位置、速度和環(huán)境溫度等多重因素，系統(tǒng)在面對(duì)動(dòng)態(tài)工況如負(fù)載變化或熱膨脹時(shí)，容易出現(xiàn)誤差累積甚至加工失敗的情況。這些缺點(diǎn)限制了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種機(jī)床重復(fù)定位控制系統(tǒng)，解決了背景技術(shù)中提到的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種機(jī)床重復(fù)定位控制系統(tǒng)，包括切削數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、伺服電機(jī)同步控制模塊、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與補(bǔ)償模塊和綜合評(píng)估修正模塊；

3、所述切削數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)在切削機(jī)床上安裝傳感器組，實(shí)時(shí)采集機(jī)床數(shù)據(jù)，并構(gòu)建中央控制系統(tǒng)，將所述機(jī)床數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)中；

4、所述數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)在中央控制系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)接收機(jī)床數(shù)據(jù)，并對(duì)機(jī)床數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組，再對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組進(jìn)行計(jì)算處理獲取切削加工數(shù)據(jù)，并構(gòu)建時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)，將所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組和所述切削加工數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至?xí)r序數(shù)據(jù)庫(kù)中；

5、所述伺服電機(jī)同步控制模塊基于所述切削加工數(shù)據(jù)，通過(guò)plc編寫(xiě)定位控制程序，計(jì)算獲取每個(gè)工位的伺服電機(jī)位置調(diào)整量△pi，同時(shí)再基于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)算法進(jìn)行計(jì)算輸出每個(gè)工位的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整量si，在將伺服電機(jī)位置調(diào)整量△pi與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整量si，進(jìn)行同步調(diào)整伺服電機(jī)的位置和轉(zhuǎn)速；

6、所述動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與補(bǔ)償模塊通過(guò)提取歷史切削加工數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算未來(lái)位置誤差值eepi（t+△t），并預(yù)設(shè)誤差閾值e與所述未來(lái)位置誤差值eepi（t+△t）進(jìn)行誤差評(píng)估，若誤差評(píng)估出誤差異常時(shí)，則執(zhí)行補(bǔ)償機(jī)制；

7、所述綜合評(píng)估修正模塊通過(guò)構(gòu)建綜合加工算法公式，進(jìn)行計(jì)算輸出每個(gè)工位的綜合加工精度指標(biāo)q，并預(yù)設(shè)精度閾值qth與綜合加工精度指標(biāo)q進(jìn)行二次對(duì)比評(píng)估，若評(píng)估出位置調(diào)整異常時(shí)，則執(zhí)行迭代控制流程。

8、優(yōu)選的，所述切削數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)傳輸單元；

9、所述數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)在切削機(jī)床上安裝傳感器組，實(shí)時(shí)采集機(jī)床數(shù)據(jù)；

10、所述傳感器組包括光電編碼器、轉(zhuǎn)速環(huán)控控制模塊、力傳感器和紅外測(cè)溫傳感器；

11、所述機(jī)床數(shù)據(jù)包括第i個(gè)工位伺服電機(jī)實(shí)時(shí)位置pi、第i個(gè)工位伺服電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速si、第i個(gè)工位磨削力fi和第i個(gè)工位切削區(qū)域溫度ti；

12、所述數(shù)據(jù)傳輸單元通過(guò)構(gòu)建中央控制系統(tǒng)，將實(shí)時(shí)采集到的機(jī)床數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)中；

13、具體傳輸方式如下；

14、使用工業(yè)總線協(xié)議can，將第i個(gè)工位伺服電機(jī)實(shí)時(shí)位置pi和第i個(gè)工位伺服電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速si傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)中；

15、同時(shí)通過(guò)力傳感器和紅外測(cè)溫傳感器自帶的通信模塊，將采集到的第i個(gè)工位磨削力fi和第i個(gè)工位切削區(qū)域溫度ti，通過(guò)modbus通信協(xié)議傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)中。

16、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括預(yù)處理單元、計(jì)算處理單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；

17、所述預(yù)處理單元通過(guò)在中央控制系統(tǒng)中實(shí)時(shí)接收機(jī)床數(shù)據(jù)，并對(duì)機(jī)床數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和歸一化處理，同時(shí)對(duì)機(jī)床數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記時(shí)間戳，獲取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組；

18、所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組包括t時(shí)刻第i個(gè)工位伺服電機(jī)實(shí)時(shí)位置pi（t）、t時(shí)刻第i個(gè)工位伺服電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速si（t）、t時(shí)刻第i個(gè)工位磨削力fi（t）和t時(shí)刻第i個(gè)工位切削區(qū)域溫度ti（t）；

19、所述計(jì)算處理單元基于所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組，進(jìn)行計(jì)算處理獲取切削加工數(shù)據(jù)；

20、所述切削加工數(shù)據(jù)包括t時(shí)刻第i個(gè)工位位置偏差epi（t）和t時(shí)刻第i個(gè)工位磨削工具的磨削力偏差efi（t）；

21、所述工位位置偏差epi（t）和磨削力偏差efi（t）分別通過(guò)以下計(jì)算公式輸出：

22、；

23、；

24、式中，n表示工位位置總數(shù)，fm表示目標(biāo)切削力；

25、所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元通過(guò)構(gòu)建時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)，并設(shè)置寫(xiě)出端口、寫(xiě)入端口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表和歷史數(shù)據(jù)表，通過(guò)寫(xiě)入端口將實(shí)時(shí)獲取的所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組和所述切削加工數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表中，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表中原有的所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組和所述切削加工數(shù)據(jù)，自動(dòng)轉(zhuǎn)存至歷史數(shù)據(jù)表中，并按照時(shí)間戳順序進(jìn)行排序。

26、優(yōu)選的，所述伺服電機(jī)同步控制模塊包括速度同步調(diào)整單元和同步定位單元；

27、所述速度同步調(diào)整單元通過(guò)寫(xiě)出端口提取t時(shí)刻第i個(gè)工位磨削工具的磨削力偏差efi（t），進(jìn)行計(jì)算輸出伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整量si；

28、所述伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整量si通過(guò)以下算法公式計(jì)算輸出；

29、；

30、式中，si（t）表示t時(shí)刻第i個(gè)工位伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整量，sm表示伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速目標(biāo)調(diào)整量。

31、優(yōu)選的，所述同步定位單元通過(guò)基于所獲取的t時(shí)刻第i個(gè)工位伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整量si（t），通過(guò)plc編寫(xiě)定位控制程序，計(jì)算獲取每個(gè)工位的伺服電機(jī)位置調(diào)整量△pi，動(dòng)態(tài)平衡位置和速度的誤差；

32、所述伺服電機(jī)位置調(diào)整量△pi通過(guò)以下算法公式計(jì)算輸出；

33、；

34、式中，kpl表示第一補(bǔ)償增益控制系數(shù)，kvl表示速度控制系數(shù)，kcl表示積分控制系數(shù)，dt表示時(shí)間積分變量，△pi（t）表示t時(shí)刻的伺服電機(jī)位置調(diào)整量。

35、優(yōu)選的，所述動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與補(bǔ)償模塊包括誤差預(yù)測(cè)單元、預(yù)測(cè)評(píng)估單元和誤差補(bǔ)償單元；

36、所述誤差預(yù)測(cè)單元通過(guò)在對(duì)伺服電機(jī)位置和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整后，通過(guò)寫(xiě)出端口提取歷史數(shù)據(jù)表中的t時(shí)刻第i個(gè)工位位置偏差epi（t），進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算時(shí)刻t+△t位置誤差值eep，i（t+△t）；

37、所述時(shí)刻t+△t位置誤差值eepi（t+△t）通過(guò)以下算法公式計(jì)算獲取；

38、；

39、式中，表示誤差的一階導(dǎo)數(shù)，表示誤差的二階導(dǎo)數(shù)，誤差變化的加速度，△t表示預(yù)測(cè)的時(shí)間步長(zhǎng)。

40、優(yōu)選的，所述預(yù)測(cè)評(píng)估單元基于用戶進(jìn)行設(shè)定誤差閾值e，再與所預(yù)測(cè)的時(shí)刻t+△t位置誤差值eepi（t+△t）進(jìn)行誤差評(píng)估，分析切削加工精度情況，具體評(píng)估內(nèi)容如下；

41、當(dāng)時(shí)刻t+△t位置誤差值eepi（t+△t）≤誤差閾值e時(shí)，表示預(yù)測(cè)的切削加工精度異常，此時(shí)執(zhí)行補(bǔ)償機(jī)制；

42、當(dāng)時(shí)刻t+△t位置誤差值eepi（t+△t）＞誤差閾值e時(shí)，表示預(yù)測(cè)的切削加工精度正常，此時(shí)維持當(dāng)前控制狀態(tài)，無(wú)需額外補(bǔ)償。

43、優(yōu)選的，所述誤差補(bǔ)償單元通過(guò)預(yù)測(cè)的切削加工精度異常時(shí)，執(zhí)行補(bǔ)償機(jī)制，所述補(bǔ)償機(jī)制通過(guò)引入溫度補(bǔ)償因子at，進(jìn)行計(jì)算輸出t時(shí)刻第i個(gè)工位的伺服電機(jī)位置補(bǔ)償量△pbi（t）；在將伺服電機(jī)位置補(bǔ)償量△pbi（t）發(fā)送到伺服電機(jī)，進(jìn)行提前修正位置；

44、所述伺服電機(jī)位置補(bǔ)償量△pbi（t）通過(guò)以下算法公式計(jì)算輸出；

45、；

46、式中，kp2表示第二補(bǔ)償增益控制系數(shù)。

47、優(yōu)選的，所述綜合評(píng)估修正模塊包括數(shù)據(jù)匯總單元和綜合評(píng)估單元；

48、所述數(shù)據(jù)匯總單元通過(guò)再補(bǔ)償機(jī)制執(zhí)行完畢后，將所有工位的誤差評(píng)分進(jìn)行求和，獲取綜合加工精度指標(biāo)q，進(jìn)行量化加工質(zhì)量；

49、所述綜合加工精度指標(biāo)q通過(guò)以下算法公式計(jì)算輸出；

50、；

51、優(yōu)選的，所述綜合評(píng)估單元通過(guò)用戶根據(jù)加工需求預(yù)設(shè)精度閾值qth，再與所述綜合加工精度指標(biāo)q進(jìn)行初步對(duì)比評(píng)估，分析切削加工整體的誤差情況，具體評(píng)估內(nèi)容如下；

52、當(dāng)綜合加工精度指標(biāo)q＞精度閾值qth時(shí)，表示綜合誤差異常，則執(zhí)行迭代控制流程，直至綜合誤差正常停止迭代；

53、當(dāng)綜合加工精度指標(biāo)q≤精度閾值qth時(shí)，表示綜合誤差正常，此時(shí)無(wú)需進(jìn)一步調(diào)整。

54、本發(fā)明提供了一種機(jī)床重復(fù)定位控制系統(tǒng)。具備以下有益效果：

55、（1）該系統(tǒng)通過(guò)切削數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊的配合，實(shí)時(shí)采集并處理多工位伺服電機(jī)的位置、轉(zhuǎn)速、磨削力和切削溫度等關(guān)鍵參數(shù)，建立中央控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。伺服電機(jī)同步控制模塊基于獲取的切削加工數(shù)據(jù)，結(jié)合定位調(diào)整和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)算法，計(jì)算并同步調(diào)整每個(gè)工位的伺服電機(jī)位置調(diào)整量△pi和轉(zhuǎn)速調(diào)整量si。這種機(jī)制大幅提升了多工位加工的同步性和一致性，顯著降低位置和速度偏差對(duì)加工質(zhì)量的影響，從而實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的自動(dòng)化加工。

56、（2）該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與補(bǔ)償模塊通過(guò)提取歷史切削數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)計(jì)算未來(lái)位置誤差值eepi（t+△t），構(gòu)建動(dòng)態(tài)誤差預(yù)測(cè)與補(bǔ)償機(jī)制。當(dāng)預(yù)測(cè)的未來(lái)誤差超過(guò)預(yù)設(shè)閾值e時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行補(bǔ)償機(jī)制，通過(guò)溫度補(bǔ)償因子at和補(bǔ)償增益系數(shù)kp2，輸出伺服電機(jī)位置補(bǔ)償量△pbi（t），并提前修正伺服電機(jī)位置。這種模塊化補(bǔ)償設(shè)計(jì)有效克服了加工過(guò)程中因熱膨脹、負(fù)載變化或動(dòng)態(tài)干擾導(dǎo)致的加工誤差，增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜工況的適應(yīng)能力，使工件加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。

57、（3）該系統(tǒng)通過(guò)綜合評(píng)估修正模塊通過(guò)實(shí)時(shí)匯總所有工位的數(shù)據(jù)，對(duì)多工位加工情況進(jìn)行綜合分析，輸出加工精度指標(biāo)q。同時(shí)，系統(tǒng)將加工精度指標(biāo)q與預(yù)設(shè)精度閾值qth進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，若發(fā)現(xiàn)綜合誤差超出允許范圍，則執(zhí)行迭代控制流程。該流程結(jié)合動(dòng)態(tài)調(diào)整控制參數(shù)、補(bǔ)償機(jī)制和評(píng)估優(yōu)化措施，逐步減少位置、速度和溫度引起的誤差，直至加工精度指標(biāo)q≤qth。這種迭代評(píng)估與修正機(jī)制確保了系統(tǒng)能夠持續(xù)優(yōu)化加工質(zhì)量，滿足高端制造領(lǐng)域?qū)群鸵恢滦缘膰?yán)格要求，同時(shí)有效降低生產(chǎn)損耗和成本，提高產(chǎn)品良品率。