CN108145534A - 一种立式加工中心运行特性检测与评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，包括固定于Y方向床身的激光尺RLD发射并接收经固定于Y向滑鞍上的反射镜反射的激光，从而检测机床Y方向的运动；固定于滑鞍的激光尺RLD发射并接收经固定于向工作台上的反射镜反射的激光，从而检测机床X方向的运动；固定于工作台上的加速度传感器，检测工作台沿路径运行过程中在X,Y,Z方向上的加速度信号，实现立式加工中心运行特性的检测；在检测过程中，将立式加工中心空载恒速全行程加速度信号分解为瞬时冲击信号与稳态信号，同时将立式加工中心运行速度分为高速、中速、低速三种速度，分别提取反映立式加工中心瞬态与稳态运动特性的特征指标，实现立式加工中心运行特性的量化评估。

Description

一种立式加工中心运行特性检测与评估方法

技术领域

本发明属于数控机床运行特性检测技术，具体涉及一种基于激光尺和三向加速度计对立式加工中心运行特性检测与评估方法。

背景技术

立式加工中心是一个精密而又复杂的机电系统，它的精度受到材料选择、结构设计、制造安装、检测控制以及环境等诸多因素影响，制造和控制精度要求高。高速立式加工中心运动特性研究是实现金属高速、高效切削及提高工件表面加工质量的基础，运行特性检测与评估不仅可以来反映立式加工中心运转时关键机构的运动状况，也体现出机械结构与控制系统的配合程度，对保证数控机床的加工效率和精度具有重要的意义。但由于立式加工中心多为闭环、半闭环控制，且内部空间较为有限，处于连续运动，同时，机械部件的运动受到位置和速度的伺服电机控制，使运行检测变得尤为困难。

现有技术中多是针对开放式数控系统，采集其内置传感器提供的位移、速度和伺服电机等数据，进行处理和分析。西安交通大学公开的专利号为：CN201210116183.4是针对开放式数控系统，通过采集电机转矩信号来对机床进给系统的运行性能进行评估。没有考虑半闭环加工中心，同时其电机转矩信号较难获得，采集较为困难，受环境因素较大。

激光尺可远离测量轴安装，从而消除机器工作区域内的潜在热源，安装快捷，且易于准直，可最大限度减少不同来源的误差，从而实现最高精度。

三向加速度计相较于其他加速度传感器而言，可同时检测任意位置在X，Y，Z三个方向的加速度信号。

基于激光尺和三向加速度计进行立式加工中心运行特性检测与评估，不仅解决了半闭环机床末端运行位置获取难问题，考虑半闭环加工中心，同时其电机转矩信号较易获得，采集较为方便，不受环境因素影响，而且相对于其他外置式传感器，本发明可安装于立式加工中心工作台，拆卸方便且避免了外部环境干扰。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于激光尺和加速度计的立式加工中心运行特性检测与评估方法，通过对获取的机床工作台位置信号、及机床工作台运行过程在X,Y,Z方向上的加速度信号为对象，通过信号降噪滤波、信号分解和特征指标的计算，实现立式加工中心在不同速度下空载恒速全行程的运行特性量化评估。

为了实现上述目的，本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，该方法包括采用基于激光尺和三向加速度计对立式加工中心运行特性进行检测，将立式加工中心空载恒速全行程下的加速度信号分解为瞬态信号与稳态信号，分别提取反映立式加工中心瞬态与稳态性能的特征指标，实现立式加工中心运行特性评估，包括：

步骤1，基于激光尺和三向加速度计对立式加工中心运行特性进行检测：

S101，分别得到工作台沿X方向、Y方向的位置信号和工作台沿路径运行过程中在X、Y、Z方向上的振动信号；

S102，立式加工中心的X、Y轴分别单方向运动，激光尺RLD发射并接收反射镜反射的激光信号，采集的信号经过电缆传输到数据采集装置；

同时，固定于工作台上的三向加速度传感器检测X轴运行过程中在X,Y,Z方向上的振动信号A_XX(t_i)、A_YX(t_i)和A_ZX(t_i)；

步骤2，通过步骤1得到的信号来对立式加工中心运行特性进行评估：

S201，设定立式加工中心所允许空载运行速度的高速、中速和低速参数值；

S202，利用多通道数据采集装置，获取立式加工中心某一进给轴在高、中、低三种速度下的空载恒速全行程往返过程中的位置信号和任意位置处在X,Y,Z三个方向上的加速度信号A_X(t_i)，A_Y(t_i)，A_Z(t_i)，其中t_i为采样时刻；

S203，根据步骤1将该进给轴在运动过程中瞬态阶段的加速度信号作为瞬态信号，经过滤波处理、傅立叶变换后计算加速度信号幅值阈，确定瞬态信号幅值阈指标值，并将其作为立式加工中心瞬态阶段运行特性特征；

S204，根据步骤1可确定该进给轴运动过程中稳态匀速运行阶段的开始时刻t_w1和结束时刻t_wn，n为稳态阶段采样点数，对所采集的工作台任意位置处的加速度信号A_X(t_i)，A_Y(t_i)，A_Z(t_i)，经过降噪滤波处理，傅立叶变换分析信号在位频下的变化规律，对低速和中速下降噪后的加速度信号进行低频带通滤波，对高速下降噪后的加速度信号进行低通滤波；

S205，对滤波后的信号经过窗函数处理后，分别在时域内进行二重积分，在位置域内分别将低速、中速、高速下的信号进行数据融合，从而得到立式加工中心该进给轴在其运动方向上的稳态信号位移指标值，并以此作为立式加工中心稳态阶段运行特性特征；

S206，对比不同立式加工中心的运行特性特征值，若瞬态阶段启停换向时的瞬态信号幅值阈指标值越小，表明该进给轴在其运动方向上的瞬态阶段运行特性越好；若数据融合后的稳态信号位移指标值越小，表明该进给轴在其运动方向上的稳态阶段运行特性越好。

进一步，所述步骤S101中，步骤如下：

S1011，在设置有滑鞍在床身上，通过一个固定于Y方向的床身上的激光尺RLD1发射并接收经固定于Y向滑鞍上的反射镜反射的激光，从而检测机床Y向的运动，得到工作台沿Y方向的位置信号；

S1012，在设置有滑鞍在床身上，通过另一个固定于X方向的激光尺RLD发射并接收经固定于工作台上的反射镜反射的激光，从而检测机床X向的运动，得到工作台沿X方向的位置信号；

S1013，将加速度传感器固定于工作台上，从而检测工作台沿路径运行过程中在X、Y、Z方向上的振动信号。

进一步，所述步骤S102中，包括下述步骤：

S1021，立式加工中心的X轴得到指令信号开始单方向运动，固定于滑鞍的激光尺RLD发射并接收固定于向工作台上的反射镜反射的激光信号，采集的信号经过电缆传输到数据采集装置；

同时，固定于工作台上的三向加速度传感器，检测X轴运行过程中在X,Y,Z方向上的振动信号A_XX(t_i)，A_YX(t_i)，A_ZX(t_i)；

S1022，同理，立式加工中心的Y轴在得到指令信号开始单方向运动，固定于床身(11)的激光尺RLD(1)发射并接收固定于滑鞍上的反射镜反射的激光信号,采集的信号经过电缆传输到数据采集装置；

同时，固定于工作台上的三向加速度传感器，检测Y轴运行过程中在X,Y,Z方向上的振动信号A_XY(t_i)，A_YY(t_i)，A_ZY(t_i)。

进一步，所述步骤1021中，采集的信号包括每隔一定的时间间隔Δt采集一次位置信号，得到t1，t2，t3,…,t_n时刻所对应的位置信号x1，x2，x3,…,x_n；可以得到任意相邻时刻t_n,t_n-1间该进给轴位移为Vx_n＝x_n-x_n-1，Vx_n变化阶段为瞬态阶段，其开始变化时刻和结束变化时刻分别为第一个瞬态阶段的开始时刻t_1s和结束时刻t_1g；其最后变化时刻和结束变化时刻分别为第二个瞬态阶段的开始时刻t_2s和结束时刻t_2g；Vx_n＞0且Vx_n不变的阶段为稳态阶段，其开始不变的时刻和结束不变的时刻分别为稳态阶段的开始时刻t_w1和结束时刻t_wn。

进一步，所述步骤1022中，每隔一定的时间间隔Δt采集一次位置信号，得到t1，t2，t3,…,t_n时刻所对应的位置信号y1，y2，y3,…,y_n；可以得到任意相邻时刻t_n,t_n-1间该进给轴位移为Vy_n＝y_n-y_n-1，Vy_n变化阶段为瞬态阶段，其开始变化时刻和结束变化时刻分别为第一个瞬态阶段的开始时刻t_1s和结束时刻t_1e；其最后变化时刻和结束变化时刻分别为第二个瞬态阶段的开始时刻t_2s和结束时刻t_2e；Vy_n＞0且Vy_n不变的阶段为稳态阶段，其开始不变的时刻和结束不变的时刻分别为稳态阶段的开始时刻t_w1和结束时刻t_wn。

进一步，所述步骤2-S201中，设定立式加工中心所允许空载运行速度为V_max，则高速用V_fast表示，V_fast＝V_max；中速用V_mod来表示，V_mod＝V_max/5；低速用V_low来表示，V_low＝V_mod/5。

进一步，所述步骤2-S203中，瞬态阶段是指机床启停、换向阶段，开始和结束时刻用t_s和t_g表示；所述经过滤波处理、傅立叶变换后计算加速度信号幅值阈ΔA为：

以X轴运动为，

式中，ΔA_XX(t_T)为X轴运动过程中加速度信号在X方向上的幅值差值，ΔA_YX(t_T)为X轴运动过程中加速度信号在Y方向上的幅值差值，ΔA_ZX(t_T)为X轴运动过程中加速度信号在Z方向上的幅值差值，ΔA_X为X轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值；

同理，Y轴运动为，

式中，ΔA_XY(t_T)为Y轴运动过程中加速度信号在X方向上的幅值差值，ΔA_YY(t_T)为Y轴运动过程中加速度信号在Y方向上的幅值差值，ΔA_ZY(t_T)为Y轴运动过程中加速度信号在Z方向上的幅值差值，ΔA_Y为Y轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值；

则有，

式中，ΔA为立式加工中心的瞬态信号幅值阈指标值，ΔA_X为X轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值，ΔA_Y为Y轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值。

进一步，所述步骤2-S205中，对滤波后的信号经过窗函数处理后，分别在时域内进行二重积分的公式如下：

式中，A(ξ)为稳态阶段任意时刻的加速度值，E_i为二次积分得到的位移值，t₁为稳态阶段开始时刻，t_n为稳态阶段结束时刻。

进一步，所述步骤2-S205中，立式加工中心稳态阶段运行特性特征的计算公式如下：

X轴运动时，为：

式中，E_XX-fast，E_XX-mod，E_XX-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在X方向位移量，E_XX为数据融合后稳态信号在X方向位移量；E_YX-fast，E_YX-mod，E_YX-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Y方向位移量，E_YX为数据融合后稳态信号在Y方向位移量；E_ZX-fast，E_ZX-mod，E_ZX-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Z方向位移量，E_ZX为数据融合后稳态信号在Z方向位移量；E_X为X轴运动时稳态信号位移指标值；

同理，Y轴运动时，为：

式中，E_XY-fast，E_XY-mod，E_XY-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在X方向位移量，E_XY为数据融合后稳态信号X方向位移量；E_YY-fast，E_YY-mod，E_YY-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Y方向位移量，E_YY为数据融合后稳态信号在Y方向位移量，E_ZY-fast，E_ZY-mod，E_ZY-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Z方向位移量，E_ZY为数据融合后稳态信号在Z方向位移量，E_Y为Y轴运动时稳态信号位移指标值。

本发明提供的立式加工中心运行特性检测与评估方法，不但解决了半闭环机床末端运行位置信号获取难问题，而且相对于其他外置式传感器，本发明可安装于立式加工中心工作台，拆卸方便且避免了外部环境干扰，为立式加工中心运行特性的检测与评估提供了新的思路，具有以下特点：

1.控制立式加工中心分别在高、中、低速下进行空载恒速全行程实验，消除了驱动电机输出转矩与机械部件引起的摩擦转矩影响，保证了立式加工中心运行速度分析的合理性。

2.利用多通道数据采集装置的多通道同时采集和数据通讯功能，可同时检测并获取工作台位置信号和加速度传感器三个方向的加速度信号，保证了数据可靠性，简便了方法。

3.用激光尺实时检测工作台运动位置，同时用获取的位置信号对加速度信号进行标定，从加速度信号中提取非稳态阶段和稳态阶段运行特性的特征指标，实现运行特性的检测与量化评估。

4.同一立式加工中心优化前后能够进行运行特性纵向对比，不同立式加工中心运行特性能够进行横向对比，为提高立式加工中心运行精度和可靠性提供依据。

附图说明

图1是本发明立式加工中心运行特性检测的安装结构示意图；

图2是本发明信号采集的硬件连接组成示意图；

图3是本发明立式加工中心运行特性检测与评估方法的信号分析流程图。

图中，1.激光尺RLD-Ⅰ，2.反射镜Ⅰ，3.反射镜安装座Ⅰ，4.反射镜安装座Ⅱ，5.反射镜Ⅱ，6.工作台，7.激光尺RLD-Ⅱ，8.加速度传感器，9.激光尺安装座，10.滑鞍，11.床身。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

参照图1，本实施例给出了立式加工中心运行特性检测装置的安装结构示意图，在床身11上装有一滑鞍10，滑鞍10上装有一工作台6，将一个反射镜安装座Ⅰ3固定在Y向滑鞍10上，将一反射镜Ⅰ2固定于反射镜安装座Ⅰ3上；将一个激光尺RLD-Ⅰ1固定于Y方向的床身11上；将另一反射镜Ⅱ5固定于反射镜安装座Ⅱ4上，将反射镜安装座Ⅱ4固定在工作台6上，将另一个激光尺RLD-Ⅱ7固定于激光尺座9上，将激光尺座9固定在滑鞍10上。在工作台6上还安装有一个加速度传感器8，用于检测工作台6沿路径运行过程中在X,Y,Z方向上的振动信号。

利用上述基于激光尺和加速度计的立式加工中心运行特性检测，包括下述步骤：

S101，将一反射镜Ⅰ2固定于反射镜安装座Ⅰ3上，将反射镜安装座Ⅰ3固定在Y向滑鞍10上，将一个激光尺RLD-Ⅰ1固定于Y方向的床身11上，激光尺RLD-Ⅰ1发射并接收经固定于Y向滑鞍10上的反射镜Ⅰ2反射的激光，从而检测机床Y向的运动，得到工作台6沿Y方向的位置信号；

S102，将另一反射镜Ⅱ5固定于反射镜安装座Ⅱ4上，将反射镜安装座Ⅱ4固定在工作台6上，将另一个激光尺RLD-Ⅱ7固定于激光尺座9上，将激光尺座9固定在滑鞍10上，激光尺RLD-Ⅱ7发射并接收经固定于工作台6上的反射镜Ⅱ5反射的激光，从而检测机床X向的运动，得到工作台6沿X方向的位置信号；

S103，将加速度传感器8固定于工作台6上，从而检测工作台6沿路径运行过程中在X,Y,Z方向上的振动信号；

S104，立式加工中心的X轴得到指令信号开始单方向运动，固定于滑鞍10的激光尺RLD-Ⅱ7发射并接收固定于向工作台6上的反射镜Ⅱ5反射的激光信号，采集的信号经过电缆传输到数据采集装置，每隔一定的时间间隔Δt采集一次位置信号，得到t1，t2，t3,…,t_n时刻所对应的位置信号x1，x2，x3,…,x_n；可以得到任意相邻时刻t_n,t_n-1间该进给轴位移为Vx_n＝x_n-x_n-1，Vx_n变化阶段为瞬态阶段，其开始变化时刻和结束变化时刻分别为第一个瞬态阶段的开始时刻t_1s和结束时刻t_1g；其最后变化时刻和结束变化时刻分别为第二个瞬态阶段的开始时刻t_2s和结束时刻t_2g；Vx_n＞0且Vx_n不变的阶段为稳态阶段，其开始不变的时刻和结束不变的时刻分别为稳态阶段的开始时刻t_w1和结束时刻t_wn。

同时，固定于工作台6上的三向加速度传感器8，检测X轴运行过程中在X,Y,Z方向上的振动信号A_XX(t_i)，A_YX(t_i)，A_ZX(t_i)。

S105，同理，立式加工中心的Y轴在得到指令信号开始单方向运动，固定于床身11的激光尺RLD-Ⅰ1发射并接收固定于滑鞍10上的反射镜Ⅰ2反射的激光信号,采集的信号经过电缆传输到数据采集装置，每隔一定的时间间隔Δt采集一次位置信号，得到t1，t2，t3,…,t_n时刻所对应的位置信号y1，y2，y3,…,y_n；可以得到任意相邻时刻t_n,t_n-1间该进给轴位移为Vy_n＝y_n-y_n-1，Vy_n变化阶段为瞬态阶段，其开始变化时刻和结束变化时刻分别为第一个瞬态阶段的开始时刻t_1s和结束时刻t_1e；其最后变化时刻和结束变化时刻分别为第二个瞬态阶段的开始时刻t_2s和结束时刻t_2e；Vy_n＞0且Vy_n不变的阶段为稳态阶段，其开始不变的时刻和结束不变的时刻分别为稳态阶段的开始时刻t_w1和结束时刻t_wn。

同时，固定于工作台6上的三向加速度传感器8，检测Y轴运行过程中在X,Y,Z方向上的振动信号A_XY(t_i)，A_YY(t_i)，A_ZY(t_i)。

参照图2所示，本实施例给出了上述装置的连接示意图，用来对信号进行采集与分析。

参照图3所示，本实施例给出了利用上述立式加工中心运行特性检测结果进行立式加工中心运行特性评估方法，包括以下步骤：

将立式加工中心运行速度分为高速、中速和低速三种速度，将这三种速度下的空载恒速全行程加速度信号分解为瞬态信号与稳态信号，分别提取反映立式加工中心瞬态与稳态运动性能的特征指标，从而实现立式加工中心运行特性量化评估，包括：

S201，设定立式加工中心所允许空载运行速度的高速、中速和低速参数值：假设立式加工中心所允许空载运行速度最大值为V_max，则高速下的运行速度用V_fast表示，V_fast＝V_max，中速下的运行速度用V_mod来表示，V_mod＝V_max/5，低速下的运行速度用V_low来表示，V_low＝V_mod/5；

S202，利用多通道数据采集装置，获取立式加工中心某一进给轴在高、中、低三种速度下的空载恒速全行程往返过程中的位置信号和任意位置处在X,Y,Z三个方向上的加速度信号A_X(t_i)，A_Y(t_i)，A_Z(t_i)，其中t_i为采样时刻；

S203，根据步骤1将该进给轴在运动过程中瞬态阶段的加速度信号作为瞬态信号，经过滤波处理、傅立叶变换后计算加速度信号幅值阈，确定瞬态信号幅值阈指标值，并将其作为立式加工中心瞬态阶段运行特性特征：

X轴运动为，

式中，ΔA_XX(t_T)为X轴运动过程中加速度信号在X方向上的幅值差值，ΔA_YX(t_T)为X轴运动过程中加速度信号在Y方向上的幅值差值，ΔA_ZX(t_T)为X轴运动过程中加速度信号在Z方向上的幅值差值，ΔA_X为X轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值；

同理，Y轴运动为，

式中，ΔA_XY(t_T)为Y轴运动过程中加速度信号在X方向上的幅值差值，ΔA_YY(t_T)为Y轴运动过程中加速度信号在Y方向上的幅值差值，ΔA_ZY(t_T)为Y轴运动过程中加速度信号在Z方向上的幅值差值，ΔA_Y为Y轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值；则有，

式中，ΔA为立式加工中心的瞬态信号幅值阈指标值，

ΔA_X为X轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值，

ΔA_Y为Y轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值；

S204，根据S203，确定该进给轴运动过程中稳态匀速运行阶段的开始时刻t₁和结束时刻t_n(n为稳态阶段采样点数)，对所采集的工作台任意位置处的加速度信号A_X(t_i)，A_Y(t_i)，A_Z(t_i)，经过降噪滤波处理，傅立叶变换分析信号在位频下的变化规律，对低速和中速下降噪后的加速度信号进行低频带通滤波，对高速下降噪后的加速度信号进行低通滤波；

S205，对滤波后的信号经过窗函数处理后，分别在时域内进行二重积分：

式中，A(ξ)为稳态阶段任意时刻的加速度值，E_i为二次积分得到的位移值，t₁为稳态阶段开始时刻，t_n为稳态阶段结束时刻；

在位置域内分别将低速、中速、高速下的信号进行数据融合，从而得到立式加工中心该进给轴在其运动方向上的稳态信号位移指标值，并以此作为立式加工中心稳态阶段运行特性特征：X轴运动时，为：

式中，E_XX-fast，E_XX-mod，E_XX-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在X方向位移量，E_XX为数据融合后稳态信号在X方向位移量；E_YX-fast，E_YX-mod，E_YX-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Y方向位移量，E_YX为数据融合后稳态信号在Y方向位移量；E_ZX-fast，E_ZX-mod，E_ZX-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Z方向位移量，E_ZX为数据融合后稳态信号在Z方向位移量；E_X为X轴运动时稳态信号位移指标值；

同理，Y轴运动时，为：

式中，E_XY-fast，E_XY-mod，E_XY-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在X方向位移量，E_XY为数据融合后稳态信号X方向位移量；E_YY-fast，E_YY-mod，E_YY-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Y方向位移量，E_YY为数据融合后稳态信号在Y方向位移量，E_ZY-fast，E_ZY-mod，E_ZY-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Z方向位移量，E_ZY为数据融合后稳态信号在Z方向位移量，E_Y为Y轴运动时稳态信号位移指标值；

S206，对比不同立式加工中心的运行特性特征值，若瞬态阶段启停换向时的瞬态信号幅值阈指标值越小，表明该进给轴在其运动方向上的瞬态阶段运行特性越好；若数据融合后的稳态信号位移指标值越小，表明该进给轴在其运动方向上的稳态阶段运行特性越好。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，其特征在于：该方法包括采用基于激光尺和三向加速度计对立式加工中心运行特性进行检测，将立式加工中心空载恒速全行程下的加速度信号分解为瞬态信号与稳态信号，分别提取反映立式加工中心瞬态与稳态性能的特征指标，实现立式加工中心运行特性评估，包括：

步骤1，基于激光尺和三向加速度计对立式加工中心运行特性进行检测：

S101，分别得到工作台沿X方向、Y方向的位置信号和工作台沿路径运行过程中在X、Y、Z方向上的振动信号；

S102，立式加工中心的X、Y轴分别单方向运动，激光尺RLD发射并接收反射镜反射的激光信号，采集的信号经过电缆传输到数据采集装置；

同时，固定于工作台上的三向加速度传感器检测X轴运行过程中在X,Y,Z方向上的振动信号A_XX(t_i)、A_YX(t_i)和A_ZX(t_i)；

步骤2，通过步骤1得到的信号来对立式加工中心运行特性进行评估：

S201，设定立式加工中心所允许空载运行速度的高速、中速和低速参数值；

S202，利用多通道数据采集装置，获取立式加工中心某一进给轴在高、中、低三种速度下的空载恒速全行程往返过程中的位置信号和任意位置处在X,Y,Z三个方向上的加速度信号A_X(t_i)，A_Y(t_i)，A_Z(t_i)，其中t_i为采样时刻；

S203，根据步骤1将该进给轴在运动过程中瞬态阶段的加速度信号作为瞬态信号，经过滤波处理、傅立叶变换后计算加速度信号幅值阈，确定瞬态信号幅值阈指标值，并将其作为立式加工中心瞬态阶段运行特性特征；

S204，根据步骤1可确定该进给轴运动过程中稳态匀速运行阶段的开始时刻t_w1和结束时刻t_wn，n为稳态阶段采样点数，对所采集的工作台任意位置处的加速度信号A_X(t_i)，A_Y(t_i)，A_Z(t_i)，经过降噪滤波处理，傅立叶变换分析信号在位频下的变化规律，对低速和中速下降噪后的加速度信号进行低频带通滤波，对高速下降噪后的加速度信号进行低通滤波；

S205，对滤波后的信号经过窗函数处理后，分别在时域内进行二重积分，在位置域内分别将低速、中速、高速下的信号进行数据融合，从而得到立式加工中心该进给轴在其运动方向上的稳态信号位移指标值，并以此作为立式加工中心稳态阶段运行特性特征；

S206，对比不同立式加工中心的运行特性特征值，若瞬态阶段启停换向时的瞬态信号幅值阈指标值越小，表明该进给轴在其运动方向上的瞬态阶段运行特性越好；若数据融合后的稳态信号位移指标值越小，表明该进给轴在其运动方向上的稳态阶段运行特性越好。

2.根据权利要求1所述的一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，其特征在于，所述步骤S101中，步骤如下：

S1011，在设置有滑鞍(10)在床身(11)上，通过一个固定于Y方向的床身(11)上的激光尺RLD-Ⅰ(1)发射并接收经固定于Y向滑鞍(10)上的反射镜Ⅰ(2)反射的激光，从而检测机床Y向的运动，得到工作台(6)沿Y方向的位置信号；

S1012，在设置有滑鞍(10)在床身(11)上，通过另一个固定于X方向的激光尺RLD-Ⅱ(7)发射并接收经固定于工作台(6)上的反射镜Ⅱ(5)反射的激光，从而检测机床X向的运动，得到工作台(6)沿X方向的位置信号；

S1013，将加速度传感器(8)固定于工作台(6)上，从而检测工作台(6)沿路径运行过程中在X、Y、Z方向上的振动信号。

3.根据权利要求1所述的一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，其特征在于，所述步骤S102中，包括下述步骤：

S1021，立式加工中心的X轴得到指令信号开始单方向运动，固定于滑鞍(10)的激光尺RLD-Ⅱ(7)发射并接收固定于向工作台(6)上的反射镜Ⅱ(5)反射的激光信号，采集的信号经过电缆传输到数据采集装置；

同时，固定于工作台(6)上的三向加速度传感器(8)，检测X轴运行过程中在X,Y,Z方向上的振动信号A_XX(t_i)，A_YX(t_i)，A_ZX(t_i)；

S1022，同理，立式加工中心的Y轴在得到指令信号开始单方向运动，固定于床身(11)的激光尺RLD-Ⅰ(1)发射并接收固定于滑鞍(10)上的反射镜Ⅰ(2)反射的激光信号,采集的信号经过电缆传输到数据采集装置；

同时，固定于工作台(6)上的三向加速度传感器(8)，检测Y轴运行过程中在X,Y,Z方向上的振动信号A_XY(t_i)，A_YY(t_i)，A_ZY(t_i)。

4.根据权利要求3所述的一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，其特征在于，所述步骤1021中，采集的信号包括每隔一定的时间间隔Δt采集一次位置信号，得到t1，t2，t3,…,t_n时刻所对应的位置信号x1，x2，x3,…,x_n；可以得到任意相邻时刻t_n,t_n-1间该进给轴位移为Vx_n＝x_n-x_n-1，Vx_n变化阶段为瞬态阶段，其开始变化时刻和结束变化时刻分别为第一个瞬态阶段的开始时刻t_1s和结束时刻t_1g；其最后变化时刻和结束变化时刻分别为第二个瞬态阶段的开始时刻t_2s和结束时刻t_2g；Vx_n＞0且Vx_n不变的阶段为稳态阶段，其开始不变的时刻和结束不变的时刻分别为稳态阶段的开始时刻t_w1和结束时刻t_wn。

5.根据权利要求3所述的一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，其特征在于，所述步骤1022中，每隔一定的时间间隔Δt采集一次位置信号，得到t1，t2，t3,…,t_n时刻所对应的位置信号y1，y2，y3,…,y_n；可以得到任意相邻时刻t_n,t_n-1间该进给轴位移为Vy_n＝y_n-y_n-1，Vy_n变化阶段为瞬态阶段，其开始变化时刻和结束变化时刻分别为第一个瞬态阶段的开始时刻t_1s和结束时刻t_1e；其最后变化时刻和结束变化时刻分别为第二个瞬态阶段的开始时刻t_2s和结束时刻t_2e；Vy_n＞0且Vy_n不变的阶段为稳态阶段，其开始不变的时刻和结束不变的时刻分别为稳态阶段的开始时刻t_w1和结束时刻t_wn。

6.根据权利要求1所述的一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，其特征在于，所述步骤2-S201中，设定立式加工中心所允许空载运行速度为V_max，则高速用V_fast表示，V_fast＝V_max；中速用V_mod来表示，V_mod＝V_max/5；低速用V_low来表示，V_low＝V_mod/5。

7.根据权利要求1所述的一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，其特征在于，所述步骤2-S203中，瞬态阶段是指机床启停、换向阶段，开始和结束时刻用t_s和t_g表示；所述经过滤波处理、傅立叶变换后计算加速度信号幅值阈ΔA为：

以X轴运动为，

式中，ΔA_XX(t_T)为X轴运动过程中加速度信号在X方向上的幅值差值，ΔA_YX(t_T)为X轴运动过程中加速度信号在Y方向上的幅值差值，ΔA_ZX(t_T)为X轴运动过程中加速度信号在Z方向上的幅值差值，ΔA_X为X轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值；

同理，Y轴运动为，

式中，ΔA_XY(t_T)为Y轴运动过程中加速度信号在X方向上的幅值差值，ΔA_YY(t_T)为Y轴运动过程中加速度信号在Y方向上的幅值差值，ΔA_ZY(t_T)为Y轴运动过程中加速度信号在Z方向上的幅值差值，ΔA_Y为Y轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值；

则有，

式中，ΔA为立式加工中心的瞬态信号幅值阈指标值，ΔA_X为X轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值，ΔA_Y为Y轴运动过程中瞬态信号幅值阈指标值。

8.根据权利要求1所述的一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，其特征在于，所述步骤2-S205中，对滤波后的信号经过窗函数处理后，分别在时域内进行二重积分的公式如下：

式中，A(ξ)为稳态阶段任意时刻的加速度值，E_i为二次积分得到的位移值，t₁为稳态阶段开始时刻，t_n为稳态阶段结束时刻。

9.根据权利要求1所述的一种立式加工中心运行特性检测与评估方法，其特征在于，所述步骤2-S205中，立式加工中心稳态阶段运行特性特征的计算公式如下：

X轴运动时，为：

式中，E_XX-fast，E_XX-mod，E_XX-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在X方向位移量，E_XX为数据融合后稳态信号在X方向位移量；E_YX-fast，E_YX-mod，E_YX-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Y方向位移量，E_YX为数据融合后稳态信号在Y方向位移量；E_ZX-fast，E_ZX-mod，E_ZX-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Z方向位移量，E_ZX为数据融合后稳态信号在Z方向位移量；E_X为X轴运动时稳态信号位移指标值；

同理，Y轴运动时，为：

式中，E_XY-fast，E_XY-mod，E_XY-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在X方向位移量，E_XY为数据融合后稳态信号X方向位移量；E_YY-fast，E_YY-mod，E_YY-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Y方向位移量，E_YY为数据融合后稳态信号在Y方向位移量，E_ZY-fast，E_ZY-mod，E_ZY-low分别为高速、中速和低速下稳态信号在Z方向位移量，E_ZY为数据融合后稳态信号在Z方向位移量，E_Y为Y轴运动时稳态信号位移指标值。