倪壽勇，李 迎，王曉勇，宋海潮

(1.南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，南京 210023；2.南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南京 210094)

0 引言

硬體旋風(fēng)銑削(硬旋銑)工藝是實(shí)現(xiàn)螺紋、曲軸類零件高性能加工的綠色加工技術(shù)，由于缺乏有效的刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段，該工藝的加工精度、表面質(zhì)量、工藝穩(wěn)定性仍有待提高。切削力是描述切削過(guò)程的重要參數(shù)，對(duì)工件的成形精度、表面質(zhì)量、刀具使用壽命有著重要影響，對(duì)研究切削機(jī)理、設(shè)計(jì)機(jī)床和工裝、選擇切削參數(shù)、實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程監(jiān)測(cè)有著重要意義。

借助測(cè)力儀的傳統(tǒng)切削力監(jiān)測(cè)方法往往受到機(jī)床結(jié)構(gòu)、工件尺寸、裝調(diào)精度、使用成本等方面的限制，很難在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。利用電動(dòng)機(jī)的負(fù)載及電流隨切削力發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的現(xiàn)象，許多學(xué)者對(duì)切削力的間接測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了研究。Altintas[1]通過(guò)測(cè)量伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流成功預(yù)測(cè)了銑削力的動(dòng)態(tài)變化和刀具破損的發(fā)生。李斌等[2]的研究也表明銑削力的大小與主軸電流具有高度相關(guān)性。

與傳統(tǒng)的利用外部檢測(cè)手段獲取機(jī)床加工過(guò)程狀態(tài)數(shù)據(jù)的方式不同，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置的電動(dòng)機(jī)電流、功率、位移等數(shù)據(jù)具有可靠性高、易獲取的特點(diǎn)，正成為加工過(guò)程監(jiān)測(cè)的重要信息資源。Pejryd等[3]通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床位置編碼器信息的采集和處理，在銑刀早期磨損階段就能識(shí)別出刀具磨損的變化。Eckstein等[4]則利用數(shù)控系統(tǒng)所支持的OPC通訊協(xié)議對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件鉆孔過(guò)程的刀具狀態(tài)和加工表面質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。Koike等[5]利用數(shù)控系統(tǒng)主軸及伺服的內(nèi)部數(shù)據(jù)估算出切削負(fù)載，并通過(guò)傅里葉變換建立切削負(fù)載與刀具破損量之間的關(guān)聯(lián)。Yamada等[6-7]針對(duì)機(jī)床的全閉環(huán)滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)方式，基于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流、角度位置和伺服軸線位移提出了一種高精度、寬頻域的切削力預(yù)測(cè)方法，并通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)一步提高了預(yù)測(cè)精度。Hassan等[8]針對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的鉆孔加工過(guò)程控制問(wèn)題開(kāi)發(fā)了基于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)和聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的智能自適應(yīng)刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。Aslan等[9]通過(guò)試驗(yàn)?zāi)B(tài)法建立機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并以此來(lái)消除傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性對(duì)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的影響，進(jìn)而獲得基于數(shù)控系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的切削力預(yù)測(cè)值。Xu等[10]基于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)運(yùn)用支持向量機(jī)方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)刀具破損的在線識(shí)別。

本文針對(duì)旋風(fēng)銑削工藝特點(diǎn)及機(jī)床系統(tǒng)組成，開(kāi)發(fā)基于OPC通信的機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件，并用以預(yù)測(cè)切削力大小、確定跟刀架夾緊力、分析機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度。研究?jī)?nèi)容對(duì)揭示硬旋銑加工機(jī)理、實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程在線監(jiān)測(cè)、指導(dǎo)工藝生產(chǎn)有重要價(jià)值。

1 旋風(fēng)銑削工藝與機(jī)床

1.1 旋風(fēng)銑削工藝特點(diǎn)

圖1為順切法內(nèi)旋銑外螺紋的加工示意圖，切削主運(yùn)動(dòng)為銑刀盤繞其軸線的高速旋轉(zhuǎn)(刀盤轉(zhuǎn)速nt)，工件在繞其軸線低速旋轉(zhuǎn)進(jìn)給(工件轉(zhuǎn)速nw)的同時(shí)，銑刀盤根據(jù)所加工螺紋件的導(dǎo)程沿工件軸向直線進(jìn)給(進(jìn)給速度vf)，刀盤軸線相對(duì)工件軸線的傾斜角等于被加工螺紋件的公稱螺旋升角β[11]。

1.刀盤 2.刀具 3.工件 4.旋銑頭圖1 順切法旋銑外螺紋加工示意圖

1.2 旋風(fēng)銑削機(jī)床結(jié)構(gòu)

圖2為旋風(fēng)銑削機(jī)床HJ092×80的結(jié)構(gòu)示意圖，機(jī)床頭架3繞C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和床鞍5沿Z軸的移動(dòng)是機(jī)床的伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其中，C軸借助增量式光電編碼器進(jìn)行半閉環(huán)控制，Z軸使用數(shù)字光柵尺進(jìn)行全閉環(huán)控制。旋銑頭7是機(jī)床的主軸，升降臺(tái)6沿X向的運(yùn)動(dòng)能夠調(diào)節(jié)旋銑頭的高度并以此控制螺紋旋銑深度。旋銑加工時(shí)工件一端由機(jī)床頭架3夾緊，另一端經(jīng)工件中心孔由機(jī)床尾架9的頂針定位，同時(shí)旋銑頭7兩側(cè)的跟刀架11分別沿+U1、+U2方向夾緊以提高工件的裝夾剛度，而輔助支承10沿V1～V4方向的高度調(diào)節(jié)可起到提高定位剛度和穩(wěn)定性、減小過(guò)定位變形的作用。上述各進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、輔助夾緊、輔助支承及位置調(diào)節(jié)由西門子數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 840D的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器611D進(jìn)行伺服控制。

1.底座 2.主軸箱 3.頭架 4.床身 5.床鞍 6.升降臺(tái)7.旋銑頭8.工件 9.尾架 10.輔助支承 11.跟刀架圖2 旋銑機(jī)床HJ092×80結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 840D數(shù)控系統(tǒng)組成

如圖3所示，840D數(shù)控系統(tǒng)由人機(jī)接口HMI、數(shù)控實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)NCK和可編程邏輯控制器PLC三部分構(gòu)成，其中由NCK、PLC和COM (NCDDE數(shù)據(jù)服務(wù))構(gòu)成的數(shù)控單元NCU是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的硬件核心，HMI則包括計(jì)算機(jī)單元PCU和機(jī)床控制面板MCP兩部分。PCU可通過(guò)內(nèi)置的NCDDE服務(wù)或OPC服務(wù)從OPI總線上共享和處理來(lái)自NCK的BTSS規(guī)范數(shù)據(jù)。PLC可通過(guò)接口模塊IM連接本地I/O或通過(guò)PROFIBUS總線連接遠(yuǎn)程I/O來(lái)處理MCP操作信息或機(jī)床邏輯事件。數(shù)字驅(qū)動(dòng)器611D與NCU，以及NCU內(nèi)部采用雙口DPR進(jìn)行通訊。PC/PG電腦按照TCP/IP協(xié)議連接PCU，能夠?qū)?shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、控制或監(jiān)控。

此外，為建立PC/PG對(duì)PCU中OPC服務(wù)器的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，需要對(duì)PCU的DCOM進(jìn)行配置，在現(xiàn)有的PCU型號(hào)中只有PCU50或PCU70滿足此項(xiàng)要求，本文的旋銑機(jī)床即安裝有PCU50。

圖3 840D數(shù)控系統(tǒng)組成

2 基于OPC的加工過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)

OPC是用于過(guò)程控制的OLE/COM接口規(guī)范，利用OPC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同硬件設(shè)備、軟件之間的通信。OPC的數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式有同步訪問(wèn)、異步訪問(wèn)和訂閱訪問(wèn)三種，從數(shù)據(jù)讀取效率方面考慮本文采用異步訪問(wèn)方式。OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口有自動(dòng)化接口(OLE)和定制接口(COM)，前者用于VB、DELPHI、Excel等基于腳本語(yǔ)言的程序開(kāi)發(fā)，后者用于C++語(yǔ)言的程序開(kāi)發(fā)，本文采用自動(dòng)化接口在VB環(huán)境下開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)840D的OPC客戶端。為成功訪問(wèn)OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)，需首先建立OPC數(shù)據(jù)對(duì)象，然后才能使用OPC對(duì)象所支持的屬性、方法、事件，OPC數(shù)據(jù)對(duì)象采用如圖4所示的分層結(jié)構(gòu)。

圖4 OPC數(shù)據(jù)對(duì)象的分層結(jié)構(gòu)

2.2 OPC客戶端開(kāi)發(fā)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)旋風(fēng)銑削過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，要求在圖4的PC/PG電腦中開(kāi)發(fā)OPC客戶端軟件以遠(yuǎn)程讀取840D數(shù)控系統(tǒng)OPC服務(wù)器的相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)的信息，見(jiàn)表1。其中，Z軸進(jìn)給位移來(lái)自機(jī)床光柵尺，C軸進(jìn)給位移由該軸伺服電機(jī)的光電編碼器采集，其余數(shù)據(jù)均取自數(shù)字驅(qū)動(dòng)器611D的閉環(huán)控制信號(hào)。表1中，實(shí)際電流系數(shù)α是伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流與額定電流的比值，輸出負(fù)載系數(shù)ε是伺服電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值。

表1 OPC訪問(wèn)數(shù)據(jù)項(xiàng)

注：● 實(shí)際讀取的OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)；— 未讀取的OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)

在完成數(shù)控系統(tǒng)OPC服務(wù)器與PC/PG客戶端的DCOM配置后，客戶端按照?qǐng)D5的工作流程讀取數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，其過(guò)程分為3個(gè)階段：客戶端與服務(wù)器建立連接；讀數(shù)過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理、保存、實(shí)時(shí)圖像顯示；數(shù)據(jù)讀取結(jié)束時(shí)的數(shù)據(jù)處理、保存、實(shí)時(shí)圖像顯示、內(nèi)存釋放。

圖5 OPC數(shù)據(jù)讀取流程圖

圖6為OPC客戶端軟件界面，主要由左上方的OPC通信區(qū)，左下方的數(shù)據(jù)項(xiàng)選擇編輯區(qū)，右側(cè)的圖像顯示區(qū)構(gòu)成，在菜單欄“文件”下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集開(kāi)始、數(shù)據(jù)采集結(jié)束操作，在數(shù)據(jù)采集開(kāi)始時(shí)會(huì)提示設(shè)置文件的保存路徑。

圖6 OPC客戶端軟件界面

為避免大數(shù)據(jù)訪問(wèn)引起數(shù)據(jù)阻塞和OPC服務(wù)器的性能和效率下降，OPC規(guī)范將數(shù)據(jù)訪問(wèn)周期限制在100 ms以上。由于本系統(tǒng)采用OPC異步訪問(wèn)方式，在讀取數(shù)據(jù)的同時(shí)可以進(jìn)行圖像更新和數(shù)據(jù)保存，避免占用大量?jī)?nèi)存，降低了對(duì)客戶端計(jì)算機(jī)硬件資源的要求。經(jīng)測(cè)試，本文提出的OPC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的讀數(shù)周期為110～120 ms。

3 跟刀架夾緊系數(shù)的確定

旋銑機(jī)床跟刀架的作用是增強(qiáng)工件的定位剛度，其沿U1軸、U2軸的夾緊力大小影響工藝系統(tǒng)的加工穩(wěn)定性、工件的加工精度和機(jī)床的能耗。夾緊力過(guò)小會(huì)導(dǎo)致跟刀架與工件外圓間的接觸剛度不足，極易產(chǎn)生切削振動(dòng)、加劇工件力變形，進(jìn)而影響加工精度和表面質(zhì)量，甚至引起刀具破損。而夾緊力過(guò)大又會(huì)增大機(jī)床的C軸伺服進(jìn)給摩擦力，不僅導(dǎo)致機(jī)床的切削能耗增大，而且容易出現(xiàn)C軸伺服進(jìn)給的低速爬行現(xiàn)象，影響加工過(guò)程的穩(wěn)定性，最終同樣會(huì)影響零件加工精度和表面質(zhì)量。因此，跟刀架夾緊力應(yīng)在確保對(duì)工件產(chǎn)生足夠且穩(wěn)定的接觸剛度的前提下，采用盡可能小的夾緊力。

旋銑機(jī)床HJ092×80用軸U1、U2的伺服電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的百分比表示夾緊力的大小，定義為跟刀架的夾緊系數(shù)，用η表示。為合理確定η的取值，需分析η對(duì)跟刀架與工件間接觸剛度的影響規(guī)律。在表2的夾緊系數(shù)試驗(yàn)中，兩跟刀架在非切削狀態(tài)下同時(shí)采用相同的夾緊系數(shù)η抱緊工件(工件直徑d0為φ77.9 mm)，同時(shí)工件以轉(zhuǎn)速nw轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)OPC監(jiān)測(cè)軟件記錄機(jī)床C軸伺服電動(dòng)機(jī)的負(fù)載系數(shù)ε，乘以該軸的額定轉(zhuǎn)矩15.5 N·m即可獲得C軸的輸出轉(zhuǎn)矩TC，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖7。

表2 跟刀架夾緊系數(shù)試驗(yàn)參數(shù)

圖7 夾緊系數(shù)η對(duì)C軸輸出轉(zhuǎn)矩TC的影響

圖7中，工件轉(zhuǎn)速nw恒定，夾緊系數(shù)30%～50%時(shí)，C軸輸出轉(zhuǎn)矩TC與夾緊系數(shù)近似成正比。以nw取8r/min為例，夾緊系數(shù)從20%～30%的TC增加量3.9 N·m，明顯小于夾緊系數(shù)從30%～40%的TC增加量17.4 N·m，以及40%～50%的TC增加量15.6N·m。分析結(jié)果表明夾緊系數(shù)小于30%時(shí)跟刀架與工件外圓間的接觸剛度不足，從而表現(xiàn)為夾緊系數(shù)對(duì)TC值的影響相對(duì)較小。因此根據(jù)前述跟刀架夾緊力選取原則確定當(dāng)前加工條件下的夾緊系數(shù)η值為30%。

4 切削試驗(yàn)

在旋銑機(jī)床HJ092×80上使用圖8所示雙圓弧CBN刀具(前角0°，法后角7°，倒棱25°×0.15，刀廓圓弧半徑R3.304mm)對(duì)工件(直徑φ77.9mm，材料GCr15)進(jìn)行順切旋銑試驗(yàn)，刀盤裝刀數(shù)為3，刀尖旋轉(zhuǎn)直徑為φ94.5mm，刀盤相對(duì)工件軸線的傾斜角β為2.279°，所加工螺紋小徑為φ73.4mm，螺距Ph為10mm。

圖8 刀具廓形及切削路徑示意圖

切削路徑如圖8所示，共進(jìn)行兩組切削試驗(yàn)，每組切削試驗(yàn)由切入段和3個(gè)不同切削參數(shù)的加工段構(gòu)成，每個(gè)加工段長(zhǎng)10mm，加工段的切削參數(shù)見(jiàn)表3，切入段-X向進(jìn)給速度20mm/min，+Z向進(jìn)給速度36.1mm/min。

表3 旋銑試驗(yàn)切削參數(shù)

如圖9所示，在加工過(guò)程中使用旋銑刀齒切削力測(cè)試系統(tǒng)[12]對(duì)單個(gè)刀具的主切削力Fz，進(jìn)給力Fy，背向力Fx進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)試系統(tǒng)采用電壓輸出型三向壓電式力傳感器作為檢測(cè)元件，力傳感器由螺紋緊固在刀柄和刀座之間，刀座上采用螺釘壓緊的方式裝有刀片，刀柄被裝在刀盤的刀槽內(nèi)，力信號(hào)經(jīng)裝在旋銑頭內(nèi)部的滑環(huán)輸出至數(shù)據(jù)采集單元，以避免信號(hào)線的纏繞。該測(cè)試系統(tǒng)三個(gè)方向切削力量程分別為|Fx|≤ 200 N，|Fy|≤500 N，|Fz|≤1000 N，測(cè)試頻率均達(dá)1 kHz。

圖9 三向旋銑刀齒切削力測(cè)試系統(tǒng)

5 測(cè)試結(jié)果分析

5.1 機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度分析

根據(jù)趙萬(wàn)華等[13]提出的數(shù)控機(jī)床精度分類和各類誤差評(píng)定方法，數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度是數(shù)控指令位移與運(yùn)動(dòng)軸實(shí)際位移的符合程度。如果假設(shè)編程路徑與理想機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡完全一致，即編程誤差為零，則可用伺服軸實(shí)際位移相對(duì)理想運(yùn)動(dòng)軌跡的偏差Δd作為綜合誤差項(xiàng)來(lái)表征機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度。旋銑加工時(shí)C軸與Z軸是按一定比例聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋進(jìn)給的，因此運(yùn)動(dòng)誤差Δd可用由C軸實(shí)際角位移θa推導(dǎo)出的Z軸理論位移s0與Z軸實(shí)際位移sa的差值表示，即：

Δd=sa(θa)-s0(θa)=sa-θaPh/360

(1)

兩組切削試驗(yàn)的機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差Δd測(cè)試結(jié)果如圖10所示，每個(gè)加工段的運(yùn)動(dòng)誤差均由三部分構(gòu)成：由運(yùn)動(dòng)軸加減速或伺服控制產(chǎn)生的實(shí)際位移滯后于指令位移的穩(wěn)態(tài)跟隨誤差δs；穩(wěn)速指令下由于伺服推力或力矩、控制離散誤差、摩擦與負(fù)載波動(dòng)造成的實(shí)際速度相對(duì)于指令速度的波動(dòng)而引起的運(yùn)動(dòng)波動(dòng)誤差δv；運(yùn)動(dòng)軸啟停、換向時(shí)指令的突變或間隙、非線性摩擦的突變引起的實(shí)際位移相對(duì)指令位移的瞬態(tài)誤差δt。

(a) 第Ⅰ組切削試驗(yàn)的機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差

(b) 第Ⅱ組切削試驗(yàn)的機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差 圖10 機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差分析

圖10a的第2次切削與圖10b的第4次切削，機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差Δd均出現(xiàn)了兩個(gè)異常偏大值，說(shuō)明這兩種切削狀態(tài)下，因機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的間隙、非線性摩擦引起的瞬態(tài)誤差δt不穩(wěn)定，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)應(yīng)避免使用這兩個(gè)試驗(yàn)的切削參數(shù)組合。在計(jì)算統(tǒng)計(jì)這兩次切削的δt值時(shí)去除上述異常的Δd值，3個(gè)單項(xiàng)運(yùn)動(dòng)誤差δs、δv、δt的最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 評(píng)定機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的單項(xiàng)誤差的測(cè)試結(jié)果

表4的測(cè)試結(jié)果表明：在任意切削條件下，機(jī)床的三個(gè)單項(xiàng)運(yùn)動(dòng)誤差近似相等，而機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差Δd的上限是三者之和，也可看成是任意一個(gè)單項(xiàng)誤差的3倍；在每齒進(jìn)給量一定時(shí)，3個(gè)單項(xiàng)運(yùn)動(dòng)誤差均與切削速度成正比；此外，每齒進(jìn)給量的增大會(huì)加大機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差Δd。

5.2 主切削力峰值的預(yù)測(cè)

由C軸伺服電機(jī)的負(fù)載系數(shù)εC可推導(dǎo)出沿工件外圓的切向力Ft，其值為：

Ft=2iCεCTnC/d0

(2)

式中，iC——C軸傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比，其值為125；

TnC——C軸伺服電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，其值為15.5 N·m。

圖11為兩組切削試驗(yàn)的Ft變化情況。C軸伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩主要用于克服傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載和摩擦力、跟刀架對(duì)工件的摩擦力，以及刀具的切削載荷，由于C軸轉(zhuǎn)速低且波動(dòng)幅度小，因此認(rèn)為傳動(dòng)系統(tǒng)和跟刀架的摩擦力恒定，傳動(dòng)系統(tǒng)慣量負(fù)載引起的Ft波動(dòng)幅度小于切削載荷引起的Ft波動(dòng)幅度。所以圖11中每次切削試驗(yàn)的Ft波動(dòng)幅值即為工件對(duì)刀具的沿工件外圓切向的作用力，又因?yàn)榈侗P軸線與工件軸線的傾斜角β很小，所以該作用力近似等于刀具的主切削力Fz，如圖10所示，但受OPC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集頻率的限制，F(xiàn)t的波動(dòng)幅值只能用來(lái)預(yù)估主切削力Fz的峰值Fzp。

圖11 C軸伺服電機(jī)的工件等效切向力

圖12給出了主切削力峰值Fzp的測(cè)力儀測(cè)量值與基于OPC數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值。其中，第4次切削的預(yù)測(cè)誤差最大為3.62%，所以利用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的伺服電機(jī)負(fù)載數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)主切削力是可行的。

圖12 主切削力峰值的預(yù)測(cè)與驗(yàn)證

6 結(jié)論

(1) 所開(kāi)發(fā)的基于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)核數(shù)據(jù)的旋風(fēng)銑削過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)采集頻率110～120 ms，能夠方便快捷地實(shí)現(xiàn)多個(gè)伺服軸及伺服電機(jī)數(shù)據(jù)的同步讀?。?/p>

(2) 基于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)核數(shù)據(jù)的機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度分析結(jié)果表明，機(jī)床伺服軸傳動(dòng)間隙引起的瞬態(tài)誤差δt是影響機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的重要因素，加工過(guò)程中需合理選擇切削參數(shù)以避免其異常波動(dòng)。機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差Δd與切削速度成正比，并隨每齒進(jìn)給量的增大也會(huì)增大；

(3) 當(dāng)前工藝條件下，為保證旋風(fēng)銑削過(guò)程穩(wěn)定加工，跟刀架夾緊系數(shù)應(yīng)不小于30%；

(4) 基于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)核數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)旋銑過(guò)程的主切削力峰值。