CN113798919B - 一种切削力测量方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种切削力测量方法、装置、电子设备及存储介质，包括：在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，第一伺服电机用于驱动工件旋转，第二伺服电机用于驱动工装刀具接触工件；基于第一扭矩映射系数和第一扭矩信息，生成第一切削力补偿信息，并基于第二扭矩映射系数和第二扭矩信息，生成第二切削力补偿信息；基于第一切削力补偿信息和第二切削力补偿信息对第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。本发明的方法，可以有效提高平稳状态下切削力信号的测量精度，有利于优化切削工艺，提高车削机床的工作效率。

Description

一种切削力测量方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种切削力测量方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
切削力测量一直是车削机床加工领域中关键的一项研究内容，在实际生产过程中，对于不同的加工工艺、材料和方法，通过切削力测量，可以直观反映整个切削加工过程，对优化切削参数、减缓刀具磨损、提高加工质量和切削效率等具有重要指导作用。
目前，在现有切削力测量***中，通常采用测力仪进行切削力测量，存在切削力信号的测量精度不高的问题。
因此，如何更好地进行切削力的测量已经成为业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种切削力测量方法、装置、电子设备及存储介质，用以更好地进行切削力的测量。
本发明提供一种切削力测量方法，包括：
在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，其中，所述第一伺服电机用于驱动工件旋转，所述第二伺服电机用于驱动所述工装刀具接触所述工件；
基于第一扭矩映射系数和所述第一扭矩信息，生成第一切削力补偿信息，并基于第二扭矩映射系数和所述第二扭矩信息，生成第二切削力补偿信息，其中，所述第一扭矩映射系数和所述第二扭矩映射系数，是基于所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的多组工装刀具第二切削力信息、多组所述第一伺服电机的第三扭矩信息和多组所述第二伺服电机的第四扭矩信息生成的；
基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。
根据本发明提供的一种切削力测量方法，在所述获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息之前，还包括：
获取所述工装刀具的切削力变化量信息；
在所述切削力变化量信息不小于预设阈值的情况下，确定所述工装刀具的切削力处于变化状态；
或，在所述切削力变化量信息小于所述预设阈值的情况下，确定所述工装刀具的切削力处于稳定状态。
根据本发明提供的一种切削力测量方法，在所述切削力变化量信息不小于预设阈值的情况下，确定所述工装刀具的切削力处于变化状态之后，还包括：
在所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下，获取多组测量数据组，每组所述测量数据组包括所述工装刀具的第二切削力信息、所述第一伺服电机的第三扭矩信息和所述第二伺服电机的第四扭矩信息；
基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第三扭矩信息，确定第一扭矩映射系数；
基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第四扭矩信息，确定第二扭矩映射系数。
根据本发明提供的一种切削力测量方法，所述基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第三扭矩信息，确定第一扭矩映射系数，包括：
基于每组所述测量数据组中的所述第三扭矩信息和所述第二切削力信息的第二主切削力信息、第二切深抗力信息，确定多组第三扭矩映射系数；
对多组所述第三扭矩映射系数进行最小二乘法拟合计算，得到所述第一扭矩映射系数。
根据本发明提供的一种切削力测量方法，所述基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第四扭矩信息，确定第一扭矩映射系数，包括：
基于每组测量数据组中的所述第四扭矩信息和所述第二切削力信息的第二进给抗力信息，确定多组第四扭矩映射系数；
对多组所述第四扭矩映射系数进行最小二乘法拟合计算，得到所述第二扭矩映射系数。
根据本发明提供的一种切削力测量方法，所述第一切削力信息包括第一主切削力信息、第一切深抗力信息和第一进给抗力信息，所述基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息，包括：
基于所述第一切削力补偿信息中的主切削力补偿信息，对所述第一主切削力信息进行修正，得到目标主切削力信息；
基于所述第一切削力补偿信息中的切深抗力补偿信息，对所述第一切深抗力信息进行修正，得到目标切深抗力信息；
基于所述第二切削力补偿信息，对所述第一进给抗力信息进行修正，得到目标进给抗力信息；
根据所述目标主切削力信息、所述目标切深抗力信息和所述目标进给抗力信息，得到所述目标切削力信息。
本发明还提供一种切削力测量装置，包括：
获取单元，用于在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，其中，所述第一伺服电机用于驱动工件旋转，所述第二伺服电机用于驱动所述工装刀具接触所述工件；
补偿单元，用于基于第一扭矩映射系数和所述第一扭矩信息，生成第一切削力补偿信息，并基于第二扭矩映射系数和所述第二扭矩信息，生成第二切削力补偿信息，其中，所述第一扭矩映射系数和所述第二扭矩映射系数，是基于所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的多组工装刀具第二切削力信息、多组所述第一伺服电机的第三扭矩信息和多组所述第二伺服电机的第四扭矩信息生成的；
修正单元，用于基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述切削力测量方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述切削力测量方法的步骤。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述切削力测量方法的步骤。
本发明提供的一种切削力测量方法、装置、电子设备及存储介质，基于压电传感器对力的增加量反应敏感，通过检测各个伺服电机的轴承扭矩信息，在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，根据刀具切削力与伺服电机轴扭矩的物理映射关系，对测量的切削力信息和伺服电机扭矩信息进行耦合解算，确定出数值可靠的第一扭矩映射系数和第二扭矩映射系数，从而可以基于工装刀具切削力处于稳定状态的情况下获取的工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，根据第一扭矩映射系数和第一扭矩信息得到真实的第一切削力补偿信息，根据第二扭矩映射系数和第二扭矩信息得到真实的第二切削力补偿信息，进而根据第一切削力补偿信息和第二切削力补偿信息对稳定状态下实际测量的第一切削力信息进行修正，得到准确的真实切削力信息，可以有效提高平稳状态下切削力信号的测量精度，有利于优化切削工艺，提高车削机床的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的切削力测量的整体***结构示意图；
图2是本发明提供的切削力测量方法的流程示意图；
图3是本发明提供的工装刀具的切削力分布示意图；
图4是本发明提供的切削力补偿修正的流程示意图；
图5是本发明提供的切削力测量装置的结构示意图；
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图6描述本发明提供的一种切削力测量方法、装置、电子设备及存储介质。
需要说明的是，现有技术中常采用压电传感器进行切削力的数据采集，然而，由于压电材料存在电荷泄露的缺陷，压电传感器仅对力的增加量反应敏感，导致传感器对于平稳状态下切削力信号的测量精度低。
图1是本发明提供的切削力测量的整体***结构示意图，如图1所示，工装11内部安装有压电传感器111，刀具16通过夹具固定在工装11的刀库工作台上，压电传感器111通过电荷放大器12将微小电信号放大到正负10V以内，控制器13中的高频模数转换(AD)模块进行超采样，将模拟量放大信号转换为数字信号；通过控制器13进行数据处理，将超采样数据进行整合，采用卡尔曼(kalman)滤波方法，滤除信号噪点，并输出切削力信号图形到计算机15进行显示；伺服电机驱动器组14与主轴电机141相连，用于驱动主轴电机工作，以带动工件17进行高速旋转；伺服电机驱动器组14与Z向进给轴电机142相连，用于驱动Z向进给轴电机142工作，以带动固定连接的工装上的刀具16进行Z向移动，与高速旋转的工件17接触进行切削；伺服电机驱动器组14与控制器13通过以太网控制自动化技术(Ether ControlAutomation Technology，EtherCAT)总线相连接，通过设置过程数据对象(Process DataObject，PDO)参数，用于对主轴电机141轴承和Z向进给轴电机142轴承的实时扭矩检测；控制器13将切削力数据和扭矩数据进行耦合解算，对稳定状态下切削力信号进行补偿修正；计算机15与控制器13相连接，用于显示和操作。
图2是本发明提供的切削力测量方法的流程示意图，该方法的执行主体可以为本发明切削力测量***中的控制器，如图2所示，包括：
步骤S1，在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，其中，所述第一伺服电机用于驱动工件旋转，所述第二伺服电机用于驱动所述工装刀具接触所述工件；
具体地，本发明所描述的第一伺服电机指的是用于驱动工件旋转的主轴电机。
本发明所描述的第二伺服电机指的是用于驱动工装刀具进行Z向移动的Z向进给轴电机。
在本发明的实施例中，第一伺服电机驱动工件高速旋转，在第二伺服电机驱动工装刀具Z向移动接触到高速旋转的工件时，会在工装刀具上产生高速切削力，通过对该高速切削力在三维空间上进行分解，得到三个方向上的切削力，即主切削力、切深抗力和进给抗力。工装内部设置有压电传感器***，压电传感器***用于采集工装刀具上承载的切削力，并对应输出电压信号，通过高频AD模块对电压信号进行放大和模数转换处理，得到切削力信息数据，以此实现对工装刀具切削力的测量。
图3是本发明提供的工装刀具的切削力分布示意图，如图3所示，示例性地，以车削外圆为例，忽略副切削刃的切削作用及其他影响因素，第一伺服电机驱动工件以旋转速度Vc进行高速旋转，合力F在刀具主剖面内，分解为三个相互垂直的分力，Fc为主切削力，与主切削速度方向一致；Fp为切深抗力，在基面内，与第二伺服电机驱动刀具运动的Z向进给方向垂直；Ff为进给抗力，在基面内，与刀具进给方向平行。
本发明所描述的工装刀具的切削力处于稳定状态指的是工装刀具的切削力在某一时刻的切削力大小与其上一时刻的切削力大小近似相等且二者的差值小于预设阈值时，认为此时工装刀具的切削力处于稳定状态，此时的切削力也可以称为偏静态切削力。
本发明所描述的第一切削力信息指的是在工装刀具的切削力处于稳定状态的情况下，获取的工装刀具的切削力信息，其中，工装刀具的切削力信息包括车削机床上三个方向的高速切削力信息，即主切削力信息、切深抗力信息和进给抗力信息。
本发明所描述的第一伺服电机的第一扭矩信息指的是在工装刀具的切削力处于稳定状态的情况下，实时获取的第一伺服电机的轴承扭矩信息。
本发明所描述的第二伺服电机的第二扭矩信息指的是在工装刀具的切削力处于稳定状态的情况下，实时获取的第二伺服电机的轴承扭矩信息。
步骤S2，基于第一扭矩映射系数和所述第一扭矩信息，生成第一切削力补偿信息，基于第二扭矩映射系数和所述第二扭矩信息，生成第二切削力补偿信息，其中，所述第一扭矩映射系数和所述第二扭矩映射系数，是基于所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的多组工装刀具第二切削力信息、多组所述第一伺服电机的第三扭矩信息和多组所述第二伺服电机的第四扭矩信息生成的；
具体地，由于压电传感器的动态特性，对力的增加量反应敏感，因此，在工装刀具的切削力处于变化状态的情况下，即工装刀具的切削力为动态切削力时，切削力数据的测量精度高，数据结果准确，因此，在切削力处于变化状态的情况下，计算刀具切削力与伺服电机的轴承扭矩之间的扭矩映射系数更具准确性，数据更为真实可靠。
在本发明的实施例中，根据动量矩守恒定律分析，可以得出刀具切削力与伺服电机的轴承扭矩的物理映射关系，确定第一伺服电机的输出扭矩与工装刀具切削力中的主切削力和切深抗力存在映射关系，第二伺服电机的输出扭矩与工装刀具切削力中的进给抗力存在映射关系。
本发明所描述的扭矩映射系数是基于刀具切削力与伺服电机的轴承扭矩的物理映射关系确定的映射系数。
本发明所描述的第一扭矩映射系数可以表征工装刀具切削力信息中的主切削力信息、切深抗力信息与第一伺服电机的扭矩信息之间的扭矩映射系数；第二扭矩映射系数可以表征工装刀具切削力信息中的进给抗力信息与第二伺服电机的扭矩信息之间的扭矩映射系数。
本发明所描述的第二切削力信息指的是在工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的切削力信息，由于切削力处于变化状态，因此，可以获取多组第二切削力信息。
本发明所描述的第三扭矩信息指的是在工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的第一伺服电机的轴承扭矩信息，由于切削力处于变化状态，因此，可以实时监测到多组第三扭矩信息。
本发明所描述的第四扭矩信息指的是在工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的第二伺服电机的轴承扭矩信息，同样地，由于切削力处于变化状态，因此，可以实时监测到多组第四扭矩信息。
在本发明的实施例中，基于刀具切削力与伺服电机的轴承扭矩的物理映射关系，根据对工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的多组工装刀具第二切削力信息、多组第三扭矩信息和多组第四扭矩信息进行分析计算，可以得到第一扭矩映射系数和第二扭矩映射系数。
本发明所描述的第一切削力补偿信息指的是针对第一切削力信息中的主切削力信息、切深抗力信息的补偿信息；第二切削力补偿信息指的是针对第一切削力信息中的进给抗力信息的补偿信息。
进一步地，基于刀具切削力与伺服电机的轴承扭矩的物理映射关系，对第一扭矩映射系数和第一扭矩信息进行计算，可以得到第一切削力补偿信息，对第二扭矩映射系数和所述第二扭矩信息进行计算，可以得到第二切削力补偿信息。
步骤S3，基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。
具体地，本发明所描述的目标切削力信息指的是对第一切削力信息进行修正后得到的切削力信息。
在本发明的实施例中，根据第一切削力补偿信息，对第一切削力信息中的主切削力信息和切深抗力信息进行修正；根据第二切削力补偿信息对第一切削力信息中的进给抗力进行修正，从而完成对第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。
通过第一切削力补偿信息和第二切削力补偿信息，对第一切削力信息进行修正，从而可以有效地提高平稳状态下切削力信号的测量精度。
本发明实施例提供的方法，基于压电传感器对力的增加量反应敏感，通过检测各个伺服电机的轴承扭矩信息，在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，根据刀具切削力与伺服电机轴扭矩的物理映射关系，对测量的切削力信息和伺服电机扭矩信息进行耦合解算，确定出数值可靠的第一扭矩映射系数和第二扭矩映射系数，从而可以基于工装刀具切削力处于稳定状态的情况下获取的工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，根据第一扭矩映射系数和第一扭矩信息得到真实的第一切削力补偿信息，根据第二扭矩映射系数和第二扭矩信息得到真实的第二切削力补偿信息，进而根据第一切削力补偿信息和第二切削力补偿信息对稳定状态下实际测量的第一切削力信息进行修正，得到准确的真实切削力信息，可以有效提高平稳状态下切削力信号的测量精度，有利于优化切削工艺，提高车削机床的工作效率。
可选地，在所述获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息之前，还包括：
获取所述工装刀具的切削力变化量信息；
在所述切削力变化量信息不小于预设阈值的情况下，确定所述工装刀具的切削力处于变化状态；
或，在所述切削力变化量信息小于所述预设阈值的情况下，确定所述工装刀具的切削力处于稳定状态。
具体地，本发明所描述的切削力变化量信息指的是在当前时刻获取的切削力大小与上一时刻切削力大小不同时，计算当前时刻与上一个时刻切削力大小之间的差值而确定的切削力变化量。
本发明所描述的预设阈值指的是预先设置的切削力变化量阈值，用于判断工装刀具切削力所处的状态。
进一步地，通过预设阈值，判断工装刀具切削力所处的状态，若工装刀具的切削力变化量信息不小于预设阈值，则可以判定工装刀具的切削力处于变化状态；
若工装刀具的切削力变化量信息小于预设阈值，则判定工装刀具的切削力处于稳定状态。
本发明实施例的方法，基于工装内置的压电传感器***对力的增加值反应敏感的特性，通过预设阈值，对工装刀具切削力的状态进行准确判断，从而有利于获取不同状态下的切削力信息和伺服电机的扭矩信息，便于后续进行切削力补偿计算。
可选地，在所述切削力变化量信息不小于预设阈值的情况下，确定所述工装刀具的切削力处于变化状态之后，还包括：
在所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下，获取多组测量数据组，每组所述测量数据组包括所述工装刀具的第二切削力信息、所述第一伺服电机的第三扭矩信息和所述第二伺服电机的第四扭矩信息；
基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第三扭矩信息，确定第一扭矩映射系数；
基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第四扭矩信息，确定第二扭矩映射系数。
具体地，在工装刀具的切削力处于变化状态的情况下，工装刀具切削力大小时刻在发生着变化，此时，伺服电机的轴承扭矩也时刻在发生变化，因此，可以获取多组不同的测量数据，每组测量数据组包括工装刀具的第二切削力信息、第一伺服电机的第三扭矩信息和第二伺服电机的第四扭矩信息，其中，工装刀具的第二切削力信息、第一伺服电机的第三扭矩信息和第二伺服电机的第四扭矩信息都是处于同一时刻下测量的数据信息。
在本发明的实施例中，第一伺服电机可以是车削机床主轴传动***中的主轴电机，用于驱动主轴传动，带动工件旋转。车削机床主轴传动***包括第一伺服电机、主轴、联轴器、卡盘、工件等，根据动量矩守恒定律，伺服电机输出扭矩与切削力、传动***转动惯量、转动摩擦力产生的力矩平衡。其中，主轴轴承大多采用两个角接触球轴承背靠背组配，其摩擦力包括粘着摩擦、过渡摩擦和动摩擦，计算较为复杂。考虑到切削力的测量是在加工平稳状态时，本发明简化为只考虑动摩擦力，主轴输出扭矩与与切削力关系为：
Tm＝Fc×R+I×α+Ta+μ×Tp×R； (1)
其中，Tm表示第一伺服电机的实际扭矩，Fc表示主切削力，Fp表示切深抗力，R表示工件半径，I表示主轴上的转动惯量，α表示主轴角加速度，Ta表示主轴上初始转动摩擦力矩，μ表示主轴轴承动摩擦系数。
由公式(1)可知，当工件直径不变，主轴为匀速运动时，主轴电机输出扭矩与主切削力、切深抗力之间的关系可以简化为：
Tm＝a1×Fc+b1×Fp+c1； (2)
其中，a1、b1,、c1近似为常数。
在本发明的实施例中，第二伺服电机可以是车削机床进给轴传动***中的Z向进给轴电机，用于驱动进给轴传动，带动工装刀具Z向移动。其中，车削机床进给轴传动***包括第二伺服电机、滚珠丝杠，导轨等，第二伺服电机的扭矩通过丝杠输出。根据动量矩守恒定律，第二伺服电机输出扭矩与丝杠推力、切削力、传动***转动惯量、转动摩擦力产生的力矩平衡。第二伺服电机输出扭矩与切削力之间的关系为：
Figure BDA0003271163130000131
其中，Tf表示第二伺服电机的实际扭矩，i表示减速比，Ff表示进给抗力，μ表示刀库工作台与导向件的摩擦系数，m表示丝杠轴上负载(刀库工作台)质量，g为9.8，L表示丝杠导程，η表示丝杠效率，I表示进给轴上转动惯量，α表示进给轴角加速度，Ta表示进给轴上初始转动摩擦力矩。
由于Fp和Fc远远小于刀库工作台的质量，故可以忽略Fp和Fc对第二伺服电机扭矩的影响。目前车削机床大多无外部齿轮减速，故i可以取为1。由公式(3)可知，匀速切削时，刀库工作台质量不变的情况下，第二伺服电机输出扭矩与进给抗力的关系可以简化为：
Tf＝A1×Ff+B1； (4)
其中，A1、B1近似为常数。
在本发明的实施例中，可以通过采用设置过程数据对象(Process Data Object，PDO)参数的方式进行实时传输，实时获取伺服电机的轴承扭矩信息。
进一步地，在工装刀具的切削力处于变化状态的情况下，获取多组测量数据组，包括多组工装刀具第二切削力信息{Fci，Fpi，Ffi}、多组第一伺服电机的第三扭矩信息Tmi和多组第二伺服电机的第四扭矩信息Tfi，其中，i＝1，2，…。示例性地，多组测量数据组包括{{Fc1，Fp1，Ff1}、Tm1、Tf1}、{{Fc2，Fp2，Ff2}、Tm2、Tf2}、…，其中，{{Fc1，Fp1，Ff1}、Tm1、Tf1}为同一时刻下测量得到的数据，{{Fc2，Fp2，Ff2}、Tm2、Tf2}为另一相同时刻测量得到的数据。
基于刀具切削力与伺服电机的轴承扭矩的物理映射关系，即基于上述公式(2)，对各组第二切削力信息中的主切削力信息、切深抗力信息{Fpi，Fci}和各组第三扭矩信息Tmi进行映射系数最优化计算，从而确定出第一扭矩映射系数；
同样地，基于公式(4)，可以对各组第二切削力信息中的进给抗力信息Ffi和各组第四扭矩信息Tfi进行映射系数最优化计算，从而确定出第二扭矩映射系数。
本发明实施例的方法，基于压电传感器对力的增加值反应敏感的特性，在工装刀具的切削力处于变化状态的情况下，获取工装刀具的切削力信息和各个伺服电机的扭矩信息，基于刀具切削力与伺服电机轴扭矩的物理映射关系，对测量的切削力信息和伺服电机扭矩信息进行耦合解算，可以有效地确定出数值可靠的第一扭矩映射系数和第二扭矩映射系数，为后续切削力的补偿修正提供可靠的计算数据。
可选地，所述基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第三扭矩信息，确定第一扭矩映射系数，包括：
基于每组所述测量数据组中的所述第三扭矩信息和所述第二切削力信息的第二主切削力信息、第二切深抗力信息，确定多组第三扭矩映射系数；
对多组所述第三扭矩映射系数进行最小二乘法拟合计算，得到所述第一扭矩映射系数。
具体地，本发明所描述的第二主切削力信息指的是第二切削力信息的主切削力分力信息，第二切深抗力信息指的是第二切削力信息的切深抗力分力信息。
本发明所描述的第三扭矩映射系数指的是基于工装刀具切削力与伺服电机轴扭矩的物理映射关系，根据第二切削力信息中的第二主切削力信息、第二切深抗力信息与第三扭矩信息进行计算，得到的扭矩映射系数。
在本发明的实施例中，根据上述公式(2)，根据一组测量数据组中的第三扭矩信息和第二切削力信息的第二主切削力信息、第二切深抗力信息，可得到一组第三扭矩映射系数，因此，对各组测量数据组中的第三扭矩信息Tmi和第二主切削力信息、第二切深抗力信息{Fci，Fpi}进行计算，可以得出多组第三扭矩映射系数{ai，bi，ci}，其中，i＝1,2,…。
示例性地，根据实际计算需求，可以选择测量10组数据组，即i＝10。根据上述公式(2)，通过对10组测量数据组中的10个第三扭矩信息和10组第二切削力信息中的主切削力信息、切深抗力信息和进行计算，得出10组第三扭矩映射系数{ai，bi，ci}，其中，i＝1,2,…,10。
进一步地，对上述10组第三扭矩映射系数进行映射系数最优化计算，例如，可以采用最小二乘法拟合计算，算出最优的一组系数{a，b，c}，即得到第一扭矩映射系数。
本发明实施例的方法，基于多组第二切削力信息中的第二主切削力信息、第二切深抗力信息与多组第一伺服电机的第三扭矩信息，确定多组第三扭矩映射系数，基于最小二乘法拟合计算，由多组扭矩映射系数，计算出最优的扭矩映射系数，以保证第二主切削力信息、第二切深抗力信息与第一伺服电机轴承扭矩之间的扭矩映射系数的准确性，保证后续主切削力信息和切深抗力信息修正结果的可靠性。
可选地，所述基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第四扭矩信息，确定第一扭矩映射系数，包括：
基于每组测量数据组中的所述第四扭矩信息和所述第二切削力信息的第二进给抗力信息，确定多组第四扭矩映射系数；
对多组所述第四扭矩映射系数进行最小二乘法拟合计算，得到所述第二扭矩映射系数。
具体地，本发明所描述的第二进给抗力信息指的是第二切削力信息的进给抗力分力信息。
本发明所描述的第四扭矩映射系数指的是基于工装刀具切削力与伺服电机轴扭矩的物理映射关系，根据第二切削力信息中的第二进给抗力信息与第四扭矩信息进行计算，得到的扭矩映射系数。
在本发明的实施例中，根据上述公式(4)，根据一组测量数据组中的第四扭矩信息和第二切削力信息的第二进给抗力信息，可得到一组第四扭矩映射系数，因此，对各组测量数据组中的第四扭矩信息Tfi和第二进给抗力信息Ffi进行计算，可以得出多组第四扭矩映射系数{Ai，Bi}，其中，i＝1,2,…。
示例性地，根据实际计算需求，可以选择测量8组数据组，即i＝8。根据上述公式(2)，通过对8个第四扭矩信息和8个第二切削力信息中的进给抗力信息进行计算，得出8组第四扭矩映射系数{Ai，Bi}，其中，i＝1,2,…,8。
进一步地，对上述8组第四扭矩映射系数进行映射系数最优化计算，可以采用最小二乘法进行拟合计算，算出最优的一组系数{A，B}，即可以得到第二扭矩映射系数。
本发明实施例的方法，基于多组第二切削力信息中的第二进给抗力信息与多组第二伺服电机的第四扭矩信息，确定多组第四扭矩映射系数，基于最小二乘法拟合计算，对多组第四扭矩映射系数进行拟合计算，计算出最优的扭矩映射系数，保证第二进给抗力与第二伺服电机轴承扭矩之间扭矩映射系数的准确性，保证后续进给抗力信息修正结果的可靠性。
可选地，所述第一切削力信息包括第一主切削力信息、第一切深抗力信息和第一进给抗力信息，所述基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息，包括：
基于所述第一切削力补偿信息中的主切削力补偿信息，对所述第一主切削力信息进行修正，得到目标主切削力信息；
基于所述第一切削力补偿信息中的切深抗力补偿信息，对所述第一切深抗力信息进行修正，得到目标切深抗力信息；
基于所述第二切削力补偿信息，对所述第一进给抗力信息进行修正，得到目标进给抗力信息；
根据所述目标主切削力信息、所述目标切深抗力信息和所述目标进给抗力信息，得到所述目标切削力信息。
具体地，本发明所描述的第一切削力信息包括第一主切削力信息Fc0、第一切深抗力信息Fp0和第一进给抗力信息Ff0。
本发明所描述的目标主切削力信息指的是对第一主切削力信息进行修正后的信息，目标切深抗力信息指的是对第一切深抗力信息进行修正后的信息，目标进给抗力信息指的是对第一进给抗力信息进行修正后得到的信息。
在本发明的实施例中，根据公式(2)，基于第一扭矩映射系数{a，b，c}和第一扭矩信息Tm，可以得到第一切削力补偿信息中的主切削力补偿信息Fcn和切深抗力补偿信息Fpn，同理，根据公式(4)，基于第二扭矩映射系数{A，B}和第二扭矩信息Tf，可以得到第二切削力补偿信息，即进给抗力补偿信息Ffn。
进一步地，在计算出主切削力补偿信息Fcn之后，将Fc0的值调整为Fcn的值，从而得到目标主切削力信息Fcc，Fcc的值与Fcn的值相同，以此实现对第一主切削力信息的修正；
同样地，在计算出切深抗力补偿信息Fpn之后，将Fp0的值调整为Fpn的值，从而得到目标切深抗力信息Fpp，Fpp的值与Fpn的值相同，以此实现对第一切深抗力信息的修正；在计算出进给抗力补偿信息Ffn，将Ff0的值调整为Ffn的值，从而得到目标进给抗力信息Fff，Fff的值与Ffn的值相同，以此实现对第一进给抗力信息的修正。
进一步地，根据目标主切削力信息Fcc、目标切深抗力信息Fpp和目标进给抗力信息Fff，即可以得到目标切削力信息F＝{Fcc，Fpp，Fff}。
本发明实施例的方法，基于在工装刀具切削力处于变化状态下得出的第一扭矩映射系数和第二扭矩映射系数的准确性，在工装刀具切削力处于稳定状态下，通过切削力与伺服电机轴承扭矩的物理映射关系，可以准确计算出第一切削力补偿信息和第二切削力补偿信息，进而根据第一切削力补偿信息和第二切削力补偿信息对实际测量的第一切削力信息进行补偿修正，得到准确的目标切削力信息，可以有效地提高平稳状态下切削力信号的测量精度。
图4是本发明提供的切削力补偿修正的流程示意图，如图3所示，图4左侧的(a)为主切削力和切深抗力补偿修正的流程示意图，图4右侧的(b)为进给抗力补偿修正的流程示意图。
如图4中的(a)所示，在匀速切削且工件直径不变的情况下，第一伺服电机驱动主轴匀速转动，对于主切削力和切深抗力，在工装刀具未接触到工件时开始测量，在刀具接触到工件的初始时间段内，工装刀具的切削力处于变化状态，为动态切削力，此时，可以测量得到多组工装刀具第二切削力信息{Fci,Fpi}以及多组第一伺服电机的第三扭矩信息Tmi；基于表征工装刀具切削力与伺服电机扭矩的物理映射关系的公式(2)，将测量的多组{Fci,Fpi}以及多组Tmi代入公式(2)中，求出多组扭矩映射系数{ai，bi，ci}，进而通过最小二乘法拟合，计算出最佳的一组扭矩映射系数{a，b，c}。在工装刀具的切削力处于平稳状态，为偏静态切削力时，测得工装刀具的第一切削力信息中的主切削力信息Fc0、切深抗力信息Fp0和第一伺服电机的实时扭矩信息Tm，将Tm和{a，b，c}代入公式(2)中，可以算出切削力补偿信息Fcn、Fpn，通过Fcn、Fpn分别对第一切削力信息中的第一主切削力信息Fc0和第一切深抗力信息Fp0进行修正。
如图4中的(b)所示，在匀速切削且刀库工作台质量不变的情况下，第一伺服电机驱动主轴匀速转动，第二伺服电机驱动工装刀具匀速Z向移动，对于进给抗力，在工装刀具未接触到工件时开始测量，在刀具接触到工件的初始时间段内，工装刀具的切削力为动态切削力，此时，可以测量得到多个工装刀具第二切削力信息Ffi以及多个第二伺服电机的第四扭矩信息Tfi；基于公式(4)，将测量的多个Ffi以及多个Tfi代入公式(4)中，求出多组扭矩映射系数{Ai，Bi}，进而通过最小二乘法拟合，计算出最佳的一组扭矩映射系数{A，B}。在工装刀具的切削力处于平稳状态，为偏静态切削力时，测得工装刀具的第一切削力信息中的进给抗力Ff0和第二伺服电机的实时扭矩信息Tf，将Tf和{A，B}代入公式(4)中，可以算出切削力补偿信息Ffn，通过Ffn对第一切削力信息中的第一进给抗力Ff0进行修正。
本发明实施例的方法，可直接测量高频切削力，在低频和偏静态切削时，通过采用外部检测各伺服电机轴承扭矩数据，进行拟合补偿修正，既改善了低频和偏静态切削力测量的低精度问题，又实现了高频切削力的高精度测量，可以有效指导切削加工参数的调整，从而减小刀具磨损、切削振动和提高加工质量，为数控机床切削力自适应控制技术提供了技术手段。
下面对本发明提供的切削力测量装置进行描述，下文描述的切削力测量装置与上文描述的切削力测量方法可相互对应参照。
图5是本发明提供的切削力测量装置的结构示意图，如图5所示，包括：
获取单元510，用于在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，其中，所述第一伺服电机用于驱动工件旋转，所述第二伺服电机用于驱动所述工装刀具接触所述工件；
补偿单元520，用于基于第一扭矩映射系数和所述第一扭矩信息，生成第一切削力补偿信息，基于第二扭矩映射系数和所述第二扭矩信息，生成第二切削力补偿信息，其中，所述第一扭矩映射系数和所述第二扭矩映射系数，是基于所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的多组工装刀具第二切削力信息、多组所述第一伺服电机的第三扭矩信息和多组所述第二伺服电机的第四扭矩信息生成的；
修正单元530，用于基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。
本发明实施例提供的切削力测量装置，基于压电传感器对力的增加量反应敏感，通过检测各个伺服电机的轴承扭矩信息，在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，根据刀具切削力与伺服电机轴扭矩的物理映射关系，对测量的切削力信息和伺服电机扭矩信息进行耦合解算，确定出数值可靠的第一扭矩映射系数和第二扭矩映射系数，从而可以基于工装刀具切削力处于稳定状态的情况下获取的工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，根据第一扭矩映射系数和第一扭矩信息得到真实的第一切削力补偿信息，根据第二扭矩映射系数和第二扭矩信息得到真实的第二切削力补偿信息，进而根据第一切削力补偿信息和第二切削力补偿信息对稳定状态下实际测量的第一切削力信息进行修正，得到准确的真实切削力信息，可以有效提高平稳状态下切削力信号的测量精度，有利于优化切削工艺，提高车削机床的工作效率。
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行上述各方法所提供的切削力测量方法，该方法包括：在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，其中，所述第一伺服电机用于驱动工件旋转，所述第二伺服电机用于驱动所述工装刀具接触所述工件；基于第一扭矩映射系数和所述第一扭矩信息，生成第一切削力补偿信息，并基于第二扭矩映射系数和所述第二扭矩信息，生成第二切削力补偿信息，其中，所述第一扭矩映射系数和所述第二扭矩映射系数，是基于所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的多组工装刀具第二切削力信息、多组所述第一伺服电机的第三扭矩信息和多组所述第二伺服电机的第四扭矩信息生成的；基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的切削力测量方法，该方法包括：在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，其中，所述第一伺服电机用于驱动工件旋转，所述第二伺服电机用于驱动所述工装刀具接触所述工件；基于第一扭矩映射系数和所述第一扭矩信息，生成第一切削力补偿信息，并基于第二扭矩映射系数和所述第二扭矩信息，生成第二切削力补偿信息，其中，所述第一扭矩映射系数和所述第二扭矩映射系数，是基于所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的多组工装刀具第二切削力信息、多组所述第一伺服电机的第三扭矩信息和多组所述第二伺服电机的第四扭矩信息生成的；基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的切削力测量方法，该方法包括：在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，其中，所述第一伺服电机用于驱动工件旋转，所述第二伺服电机用于驱动所述工装刀具接触所述工件；基于第一扭矩映射系数和所述第一扭矩信息，生成第一切削力补偿信息，并基于第二扭矩映射系数和所述第二扭矩信息，生成第二切削力补偿信息，其中，所述第一扭矩映射系数和所述第二扭矩映射系数，是基于所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的多组工装刀具第二切削力信息、多组所述第一伺服电机的第三扭矩信息和多组所述第二伺服电机的第四扭矩信息生成的；基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种切削力测量方法，其特征在于，包括：
在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，其中，所述第一伺服电机用于驱动工件旋转，所述第二伺服电机用于驱动所述工装刀具接触所述工件；
基于第一扭矩映射系数和所述第一扭矩信息，生成第一切削力补偿信息，并基于第二扭矩映射系数和所述第二扭矩信息，生成第二切削力补偿信息，其中，所述第一扭矩映射系数和所述第二扭矩映射系数，是基于所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的多组工装刀具第二切削力信息、多组所述第一伺服电机的第三扭矩信息和多组所述第二伺服电机的第四扭矩信息生成的；所述第一切削力信息为所述工装刀具的切削力处于稳定状态下的切削力信息；所述第二切削力信息为所述工装刀具的切削力处于变化状态下的切削力信息；所述切削力信息包括主切削力信息、切深抗力信息和进给抗力信息；
基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。
2.根据权利要求1所述的切削力测量方法，其特征在于，在所述获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息之前，还包括：
获取所述工装刀具的切削力变化量信息；
在所述切削力变化量信息不小于预设阈值的情况下，确定所述工装刀具的切削力处于变化状态；
或，在所述切削力变化量信息小于所述预设阈值的情况下，确定所述工装刀具的切削力处于稳定状态。
3.根据权利要求2所述的切削力测量方法，其特征在于，在所述切削力变化量信息不小于预设阈值的情况下，确定所述工装刀具的切削力处于变化状态之后，还包括：
在所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下，获取多组测量数据组，每组所述测量数据组包括所述工装刀具的第二切削力信息、所述第一伺服电机的第三扭矩信息和所述第二伺服电机的第四扭矩信息；
基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第三扭矩信息，确定第一扭矩映射系数；
基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第四扭矩信息，确定第二扭矩映射系数。
4.根据权利要求3所述的切削力测量方法，其特征在于，所述基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第三扭矩信息，确定第一扭矩映射系数，包括：
基于每组所述测量数据组中的所述第三扭矩信息和所述第二切削力信息的第二主切削力信息、第二切深抗力信息，确定多组第三扭矩映射系数；
对多组所述第三扭矩映射系数进行最小二乘法拟合计算，得到所述第一扭矩映射系数。
5.根据权利要求3所述的切削力测量方法，其特征在于，所述基于各组所述测量数据组中的所述第二切削力信息和所述第四扭矩信息，确定第二扭矩映射系数，包括：
基于每组测量数据组中的所述第四扭矩信息和所述第二切削力信息的第二进给抗力信息，确定多组第四扭矩映射系数；
对多组所述第四扭矩映射系数进行最小二乘法拟合计算，得到所述第二扭矩映射系数。
6.根据权利要求1所述的切削力测量方法，其特征在于，所述第一切削力信息包括第一主切削力信息、第一切深抗力信息和第一进给抗力信息，所述基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息，包括：
基于所述第一切削力补偿信息中的主切削力补偿信息，对所述第一主切削力信息进行修正，得到目标主切削力信息；
基于所述第一切削力补偿信息中的切深抗力补偿信息，对所述第一切深抗力信息进行修正，得到目标切深抗力信息；
基于所述第二切削力补偿信息，对所述第一进给抗力信息进行修正，得到目标进给抗力信息；
根据所述目标主切削力信息、所述目标切深抗力信息和所述目标进给抗力信息，得到所述目标切削力信息。
7.一种切削力测量装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于在工装检测到切削力处于稳定状态的情况下，获取工装刀具的第一切削力信息、第一伺服电机的第一扭矩信息和第二伺服电机的第二扭矩信息，其中，所述第一伺服电机用于驱动工件旋转，所述第二伺服电机用于驱动所述工装刀具接触所述工件；
补偿单元，用于基于第一扭矩映射系数和所述第一扭矩信息，生成第一切削力补偿信息，并基于第二扭矩映射系数和所述第二扭矩信息，生成第二切削力补偿信息，其中，所述第一扭矩映射系数和所述第二扭矩映射系数，是基于所述工装刀具的切削力处于变化状态的情况下获取的多组工装刀具第二切削力信息、多组所述第一伺服电机的第三扭矩信息和多组所述第二伺服电机的第四扭矩信息生成的；所述第一切削力信息为所述工装刀具的切削力处于稳定状态下的切削力信息；所述第二切削力信息为所述工装刀具的切削力处于变化状态下的切削力信息；所述切削力信息包括主切削力信息、切深抗力信息和进给抗力信息；
修正单元，用于基于所述第一切削力补偿信息和所述第二切削力补偿信息对所述第一切削力信息进行修正，得到目标切削力信息。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述切削力测量方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述切削力测量方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述切削力测量方法的步骤。
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