机床数字孪生性能评估方法及系统与流程

本发明涉及数控机床，具体为机床数字孪生性能评估方法及系统。

背景技术：

1、数控机床是装备制造业的“工作母机”，其加工水平直接影响着制造业的水平。作为数控机床的关键功能部件，机床主轴的加工性能直接影响着数控机床的精度保持性、稳定性和可靠性。机床主轴是由多个子系统耦合而成的复杂机电产品，涉及机械、电气、控制、传热等多个领域，具有多变量、非线性、强耦合等特点。在数控机床工作过程中，主轴部件及数控机床整机装配质量的好坏直接影响主轴的振动、温度、刚度等性能参数，从而影响主轴的耐用性和寿命。因此，对机床主轴进行性能测评，实时监测主轴健康状态，对于提高数控机床加工效率，延长机床使用寿命具有重要的意义。

2、现如今要完成机床主轴全面、有效、准确的性能测评，首先要建立构建机床主轴性能测评指标体系，明确待测评项目，再对机床性能评估时，现有的评估方式再评估机床各零件性能时，多采用人工评估，评估效率低，且准确性不高。

3、因此，本发明提出机床数字孪生性能评估方法及系统，以解决上述提到的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了机床数字孪生性能评估方法及系统，解决了上述背景技术提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：机床数字孪生性能评估方法，具体包括以下步骤：

3、s1、获取机床各零件参数，基于机床图纸建立几何模型、机械运动学模型、机械结构刚柔耦合模型和机电耦合模型；

4、s2、将步骤s1中的各模型联合，然后得到数控机床的数字孪生模型；

5、s3、对构建好的机床数字孪生模型进行封装，通过将采集到的机床主轴信息传输给机床主轴数字孪生模型；

6、s4、构建评估指标体系，实现对数字孪生模型的评估；

7、s5、对数字孪生模型进行优化处理，采用优化后的数字孪生模型模拟机床加工工艺流程，收集加工振动等数据，并判断加工质量是否满足加工需求。

8、本发明还公开了一种机床数字孪生性能评估系统，包括模型输入单元、数据处理单元、模型识别单元、模型评估单元、加载单元、显示单元、模型分类单元、数据反馈单元、数据存储单元。

9、优选的，所述模型输入单元的输出端与所述数据处理单元的输入端连接，所述数据处理单元的输出端与所述模型识别单元的输入端连接，所述模型识别单元的输出端与所述模型评估单元的输入端连接，所述模型评估单元的输出端与所述加载单元的输入端连接，所述加载单元的输出端与所述显示单元的输入端连接。

10、优选的，所述显示单元包括机械结构刚柔耦合模块、几何模型显示模块、机械运动学模块、机电耦合模块、汇总显示模块、预生成模块、分类显示模块。

11、优选的，所述机械结构刚柔耦合模块的输出端与所述汇总显示模块的输入端连接，所述几何模型显示模块的输出端与所述汇总显示模块的输入端连接，所述机械运动学模块的输出端与所述汇总显示模块的输入端连接，所述机电耦合模块的输出端与所述汇总显示模块的输入端连接。

12、优选的，所述汇总显示模块输出端与所述预生成模块的输入端连接，所述预生成模块的输出端与所述分类显示模块的输入端连接。

13、优选的，所述模型分类单元的输入端与所述模型识别单元的输出端连接，所述数据反馈单元的输入端与所述模型分类单元的输出端连接，所述数据反馈单元的输出端与所述数据处理单元的输入端连接，所述数据处理单元的输出端与所述数据存储单元的输入端连接。

14、优选的，所述模型评估单元包括模拟振动模块、信号接收模块、振动输出模块、参照对比模块。

15、优选的，所述模拟振动模块的输出端与所述信号接收模块的输入端连接，所述信号接收模块的输出端与所述振动输出模块的输入端连接，所述振动输出模块的输出端与所述参照对比模块的输入端连接。

16、有益效果

17、本发明提供了机床数字孪生性能评估方法及系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

18、该机床数字孪生性能评估方法及系统，通过建立完整的测评指标体系，实现对数控机床的自动化对比评估，可明确待测评项目，评估的精准化更高，且效率更高，可直观得出评估结果来判断机床性能。

技术特征：

1.机床数字孪生性能评估方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

2.一种机床数字孪生性能评估系统，其特征在于，包括模型输入单元(1)、数据处理单元(2)、模型识别单元(3)、模型评估单元(4)、加载单元(5)、显示单元(6)、模型分类单元(7)、数据反馈单元(8)、数据存储单元(9)。

3.根据权利要求2所述的机床数字孪生性能评估系统，其特征在于：所述模型输入单元(1)的输出端与所述数据处理单元(2)的输入端连接，所述数据处理单元(2)的输出端与所述模型识别单元(3)的输入端连接，所述模型识别单元(3)的输出端与所述模型评估单元(4)的输入端连接，所述模型评估单元(4)的输出端与所述加载单元(5)的输入端连接，所述加载单元(5)的输出端与所述显示单元(6)的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的机床数字孪生性能评估系统，其特征在于：所述显示单元(6)包括机械结构刚柔耦合模块(61)、几何模型显示模块(62)、机械运动学模块(63)、机电耦合模块(64)、汇总显示模块(65)、预生成模块(66)、分类显示模块(67)。

5.根据权利要求4所述的机床数字孪生性能评估系统，其特征在于：所述机械结构刚柔耦合模块(61)的输出端与所述汇总显示模块(65)的输入端连接，所述几何模型显示模块(62)的输出端与所述汇总显示模块(65)的输入端连接，所述机械运动学模块(63)的输出端与所述汇总显示模块(65)的输入端连接，所述机电耦合模块(64)的输出端与所述汇总显示模块(65)的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的机床数字孪生性能评估系统，其特征在于：所述汇总显示模块(65)输出端与所述预生成模块(66)的输入端连接，所述预生成模块(66)的输出端与所述分类显示模块(67)的输入端连接。

7.根据权利要求2所述的机床数字孪生性能评估系统，其特征在于：所述模型分类单元(7)的输入端与所述模型识别单元(3)的输出端连接，所述数据反馈单元(8)的输入端与所述模型分类单元(7)的输出端连接，所述数据反馈单元(8)的输出端与所述数据处理单元(2)的输入端连接，所述数据处理单元(2)的输出端与所述数据存储单元(9)的输入端连接。

8.根据权利要求2所述的机床数字孪生性能评估系统，其特征在于：所述模型评估单元(4)包括模拟振动模块(41)、信号接收模块(42)、振动输出模块(43)、参照对比模块(44)。

9.根据权利要求8所述的机床数字孪生性能评估系统，其特征在于：所述模拟振动模块(41)的输出端与所述信号接收模块(42)的输入端连接，所述信号接收模块(42)的输出端与所述振动输出模块(43)的输入端连接，所述振动输出模块(43)的输出端与所述参照对比模块(44)的输入端连接。

技术总结
本发明公开了机床数字孪生性能评估方法及系统，具体包括以下步骤：S1、获取机床各零件参数，基于机床图纸建立几何模型、机械运动学模型、机械结构刚柔耦合模型和机电耦合模型；S2、将步骤S1中的各模型联合，然后得到数控机床的数字孪生模型；S3、对构建好的机床数字孪生模型进行封装，通过将采集到的机床主轴信息传输给机床主轴数字孪生模型，本发明涉及数控机床技术领域。该机床数字孪生性能评估方法及系统，通过建立完整的测评指标体系，实现对数控机床的自动化对比评估，可明确待测评项目，评估的精准化更高，且效率更高，可直观得出评估结果来判断机床性能。

技术研发人员：刘立全,黄家坤,孙萌,花文青,张扩堂,杨彬,张强,韩玉勇,刘云辉
受保护的技术使用者：清峦福兴工业科技集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30