[0001] 本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种超精密机床性能分析方法及装置、电子设备及存储介质。

[0002] 非轴对称非球面或自由曲面的光学元件被应用于平视显示器、车载摄像头、激光雷达等领域，对上述光学元件进行高效精确的加工需求正在日益增加。为了制造这样的形
状，业界专门开发了快/慢车伺服等切削加工方式，以实现相对高速和精确的加工。与此同
时，使用直线电机的超精密机床的响应速度得到了显著提高，增加了高精度加工复杂非球
面形状的可能性。

[0003] 为了确保加工工件的精度，需要对加工机床的轨迹精度进行验证。目前，常见的被用来验证机床的轨迹精度的方案包括：球杆仪、激光干涉仪和KGM二维编码器等。然而，这些
方法在验证超高精度机床的轨迹精度时有其局限性。例如，球杆仪可以验证轨迹精度，并能
全面测量多轴精度，但球杆仪不能充分再现目标形状的误差；激光干涉仪受到空气湍流的
影响，只能验证单轴的精度，无法验证多轴精度；KGM二维编码器提供了高达一皮米的两自
由度分辨率，但依然很难能直接验证需要3轴甚至更多运动轴联动下的非轴对称非球面或
自由曲面的加工轨迹。在切削工艺设定方面，主要是以切削力检测技术、在线表面缺陷检查
技术为主的在线工艺应用测量技术，这些技术不能将加工过程中的切削力与加工工件表面
进行一一应对。

[0031] 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。

[0032] 下面结合图1‑图7描述本发明的超精密机床性能分析方法。

[0033] 本发明实施例中的超精密机床，是指加工精度低于0.1μm的机床。

[0034] 图1是本发明实施例提供的超精密机床性能分析方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括如下S110 S140。
~

[0035] S110：在加工目标工件过程中，每隔预设时长同步采集加工刀具上的切削力数据、n个运动轴中各运动轴的实际位移数据、以及加工程序中各运动轴的程序位移数据；其中，
切削力数据包括各运动轴运动方向上的切削力。

[0036] 本发明实施例提供的超精密机床包括n个运动轴，n为正整数且n≥3。

[0037] 在一些示例中，n个运动轴为3个运动轴。如图2所示，3个运动轴可以包括X轴、Y轴和Z轴。其中，X轴、Y轴和Z轴两两垂直。

[0038] 在一些示例中，n个运动轴为5个运动轴。如图3和图4所示，5个运动轴包括上述X轴、上述Y轴、上述Z轴、B轴和C轴。B轴和C轴为旋转轴，B轴垂直于第一平面，X轴的运动方向
和Z轴运动方向均与第一平面平行；C轴垂直于第二平面，X轴的运动方向和Y轴运动方向均
与第二平面平行。

[0039] 如图2‑图4所示，超精密机床的刀具上设置有力传感器（如图2‑图4中桔色部分所示），用于输出多方向上的压力感应信号。S110中，可以每隔预设时长接收来自力传感器输
出的多方向上的压力感应信号，根据力传感器测量输出的三向力数据计算合力后，可获得
任意角度负载力值。三向力主要包括垂直于基面与切削速度方向一致的主切削力，在基面
内与工件回转轴线平行的轴向力以及在基面内与工件回转轴线垂直的径向力。

[0040] 超精密机床上设置有光栅尺（图2‑图4中未示出），用于测量超精密机床中各运动轴的位移。在此情况下，实际位移数据可以包括：光栅尺测量的第一位移数据。第一位移数
据用于在后续步骤（对应S120）中进行运动轨迹偏差分析。

[0041] 在一些示例中，如图4所示，超精密机床的各运动轴上还设置有位移传感器（即图4中的第一位移传感器、第二位移传感器以及第三位移传感器）。每个运动轴上的位移传感器
用于获得该运动轴的位移。

[0042] 具体实施中，每个运动轴上的位移传感器可以设置在该运动轴导轨的溜板的末端。如图4所示，X轴导轨的溜板的末端设置有第一位移传感器，Y轴导轨的溜板的末端设置
有第二位移传感器，Z轴导轨的溜板的末端设置有第三位移传感器。

[0043] 在如图4设置有位移传感器的情况下，实际位移数据还可以包括：每个运动轴上的位移传感器输出的该运动轴的第二位移数据。第二位移数据可以用于：结合第一位移数据
在后续步骤（对应S120）中进行运动轨迹偏差分析。

[0044] 以图4所示的超精密机床为例，在超精密机床加工工件过程中，超精密机床各部件的信号交互如图5所示。

[0045] 请参见图5，在加工工件的加工机中，光栅尺测量各运动轴上的位移，输出各运动轴上的位移对应的位移信号。光栅尺输出的每个运动轴的位移信号被进行信号分支，即从
两路分别输出该位移信号，一路的该位移信号被输出至外部硬件数据分析中心用于进行数
据分析，另一路的该位移信号被输出至数字控制（Numerical Control，NC）单元（对应图5中
NC），以作为对该运动轴定位的反馈。NC单元可以基于接收到的该位移信号向加工机（即超
精密机床）输出轴控制指令，以控制该运动轴的运动。超精密机床的导轨溜板上的刀具固定
器装配力传感器，力传感器感应刀具上多方向的压力，输出对应的压力感应信号（对应图5
中压力信号）至外部硬件数据分析中心。超精密机床的导轨（运动轴的导轨）溜板上安装的
位移传感器感应该导轨的位移信号（即运动轴的位移信号，对应图5中导轨溜板位移信号），
将该位移信号输出外部硬件数据分析中心（外置控制器）。本发明实施例的执行主体可以设
置在外部硬件数据分析中心中，用于接收光栅尺输出每个运动轴的位移信号、刀具上多方
向的压力感应信号、以及各运动轴的导轨的位移信号，以便后续步骤（S120 S140）中基于上
~
述接收到的各信号来分析超精密机床性能。

[0046] 需要说明的是，对光栅尺输出的位移信号进行信号分支的原因在于：相关技术中，光栅尺在获得各运动轴的位移之后，将该位移输入NC单元作为定位控制的反馈。然而相关
技术中很难直接从NC单元中获取各运动轴的位移，即使能够获得各运动轴的位移，也会因
为NC单元的处理时间而延迟，由此得不到各运动轴的实时位移。本发明实施例的执行主体
可以设置在外部硬件数据分析中心中，通过信号分支，在不影响NC单元中获取各运动轴的
位移的情况下，获得各运动轴的实时位移。

[0047] 基于图5所示的信号处理方式，在进行实际的系统构建时，如图6所示，超精密机床可以包括：信号分支电路610、第一编码器620（对应图6中连接信号分支电路与NC控制器的
编码器）、至少一个第二编码器630（对应图6中编码器1和编码器2）、光栅尺（图6中未示出）、NC单元640（对应图6中NC控制器）、以及设置在刀具上的力传感器650。信号分支电路通过第
一编码器与NC单元耦合，光栅尺通过信号分支电路与至少一个第二编码器耦合。

[0048] 信号分支电路610用于接收光栅尺输出的目标运动轴的光栅尺信号（对应图6中光栅信号），将该光栅尺信号输出至第一编码器620、以及将该光栅尺信号输出至至少一个第
二编码器630。

[0049] 至少一个第二编码器用于根据接收的光栅尺信号，输出该光栅尺信号对应的第一位移数据，实际位移数据包括该第一位移数据。

[0050] 参见图6所示，光栅尺（图6中未示出）设置在超精密机床中，光栅尺可以通过信号分支电路与NC单元耦合。光栅尺用于测量超精密机床中各运动轴的位移，将该位移通过电
压信号输出。光栅尺可以输出可高倍频细分的电压信号，该电压信号为模拟信号。该电压信
号被输出至信号分支电路610后，被信号分支电路610分为多路输出。其中一路的电压信号
通过第一编码器620被输出至NC单元640（对应图6中NC控制器），其他路的电压信号通过至
少一个第二编码器630（图6中为编码器1和编码器2）被输出至外部硬件数据分析中心，以便
外部硬件数据分析中心（外置控制器）对该电路信号进行分析。其中，第一编码器和第二编
码器可以对接收到的电压信号进行倍频细分输出对应的位移量与时间等位移信息。如图6
所示，编码器1接收电压信号后输出X轴、Y轴、Z轴的位移数据；编码器2接收电压信号后输出
B轴、C轴的位移数据。

[0051] 请继续参见图6，力传感器上输出的信号被进行信号放大与收集处理后，被输出至外部硬件数据分析中心，位移传感器上感应到的X轴、Y轴、Z轴的位移数据被作为参考的X
轴、Y轴、Z轴的位移数据被输出至外部硬件数据分析中心，信号分支电路上输出的一路电路
信号中的X轴、Y轴、Z轴的位移数据通过编码器1被输出至外部硬件数据分析中心，该路电路
信号中的B轴、C轴的位移数据通过编码器2被输出至外部硬件数据分析中心。外部硬件数据
分析中心接收的数据包括S110中所要采集的数据，在此情况下，本发明实施例的执行主体
设置在外部硬件数据分析中心。

[0052] 在设置有信号分支电路的情况下，为了能够保证某一采集时刻下采集的切削力数据、n个运动轴中各运动轴的实际位移数据、以及加工程序中各运动轴的程序位移数据具有
同步性，在执行S110之前，参见图6中虚线部分所示，可以向力传感器发送同步控制信号、以
及通过至少一个第二编码器和信号分支电路向光栅尺发送同步控制信号，以指示力传感器
和光栅尺同步采集信号。在各运动轴上设置有位移传感器的情况下，在S110之前，还向各运
动轴上的位移传感器发送上述同步控制信号，以指示各运动轴上的位移传感器、力传感器
和光栅尺同步采集信号；
采集时刻的加工程序中各运动轴的程序位移数据具体为：采集时刻NC单元中加工
程序的路径轨迹坐标。采集时刻的程序位移数据可以从采集时刻的加工程序中获得。

[0053] 具体实施中，在每隔预设时长同步采集加工刀具上的切削力数据、所述n个运动轴中各运动轴的实际位移数据、以及加工程序中各所述运动轴的程序位移数据之后，为了将
相同时间采集的数据进行对应，可以通过如下方式来记录采集的数据：将采集时刻的时间
作为时间戳，根据该时间戳和该采集时刻下采集的切削力数据记录该切削力数据、根据该
时间戳和该采集时刻下采集的实际位移数据记录该实际位移数据、以及根据该时间戳和该
采集时刻下采集的程序位移数据记录该程序位移数据。

[0054] 示例地，某个采集时刻ti获得的各运动轴的实际位移数据如下：X轴的实际位移数据为XS1，Y轴的实际位移数据为YS1，Z轴的实际位移数据为ZS1，B轴的实际位移数据为BS1，C轴的实际位移数据为CS1。在此情况下，将ti作为时间戳，记录ti的实际位移数据格式为：（ti，XS（ti），YS（ti），ZS（ti），BS（ti），CS（ti））。类似地，某个采集时刻ti获得的各运动轴运动方向上的切削力如下：X轴运动方向上的切削力为XF，Y轴运动方向上的切削力为YF，Z轴运动方向上
的切削力为ZF，记录ti的切削力数据格式为：（ti，XF（t）i ，YF（t）i ，ZF（t）i）。

[0055] S120：根据目标时刻下采集的目标运动轴的目标实际位移数据、以及目标时刻下采集的目标运动轴的目标程序位移数据，获得目标时刻下目标运动轴的运动轨迹偏差；其
中，目标时刻为所有采集时刻中任一，目标运动轴为n个运动轴中任一。

[0056] 在一些实施例中，如图2和图3所示，各运动轴上没有设置位移传感器，在此情况下，每个运动轴的实际位移数据仅包括由光栅尺测得的该运动轴的第一位移数据。即，目标
运动轴的目标实际位移数据包括：目标时刻下光栅尺测得的目标运动轴的第一位移数据。

[0057] 在获得运动轨迹偏差时，获取目标实际位移数据与目标程序位移数据的差值，将该差值作为目标时刻下目标运动轴的运动轨迹偏差。

[0058] 示例地，目标运动轴为A轴，目标时刻下A轴的实际位移数据为AS，目标时刻下A轴的程序位移数据为AN，目标时刻下A轴的运动轨迹偏差Aε=AS‑AN。A轴可以是如图4中X轴、Y
轴、Z轴、B轴和C轴中任一。在此情况下，如图7所示，可以得到如下结果：目标时刻下5个运动轴的实际坐标数据的数据集为S，S=（XS，YS，ZS，BS，CS），目标时刻下5个运动轴的程序位移数据的数据集为N，N=（XN，YN，ZN，BN，CN），目标时刻下5个运动轴的运动轨迹偏差的数据集=S‑N=（XS‑XN，YS‑YN，ZS‑ZN，BS‑BN，CS‑CN）=（Xε，Yε，Zε，Bε，C）ε 。其中，XS为目标时刻下X轴的目标实际坐标数据，XN为目标时刻下X轴的目标程序位移数据，Xε为目标时刻下X轴的运动轨迹偏差；
YS为目标时刻下Y轴的目标实际坐标数据，YN为目标时刻下Y轴的目标程序位移数据，Yε为目
标时刻下Y轴的运动轨迹偏差；ZS为目标时刻下Z轴的目标实际坐标数据，ZN为目标时刻下Z
轴的目标程序位移数据，Zε为目标时刻下Z轴的运动轨迹偏差；BS为目标时刻下B轴的目标实
际坐标数据，BN为目标时刻下B轴的目标程序位移数据，Bε为目标时刻下B轴的运动轨迹偏
差；CS为目标时刻下C轴的目标实际坐标数据，CN为目标时刻下C轴的目标程序位移数据，Cε
为目标时刻下C轴的运动轨迹偏差。

[0059] 运动轨迹偏差仅是目标时刻下目标运动轴上发生的运动轨迹偏差。由于不同采集时刻下目标运动轴上发生的运动轨迹偏差可能不同，因此，在获得目标时刻下目标运动轴
的运动轨迹偏差之后，将目标时刻的时间tj作为时间戳，为运动轨迹偏差加入该时间戳，记
录数据如下：（tj，Xε（t）j ，Yε（t）j ，Zε（t）j ，Bε（t）j ，Cε（t）j）。

[0060] 在一些实施例中，如图4所示，各运动轴上还设置位移传感器，在此情况下，每个运动轴的实际位移数据不仅包括由光栅尺测得的该运动轴的第一位移数据，还包括根据该运
动轴上的位移传感器的感应信号获得的第二位移数据。因此，在执行S120之前，还可以根据
目标时刻下采集的第二位移数据，对目标时刻下光栅尺测量的第一位移数据进行校准；根
据校准结果获得目标实际位移数据。

[0061] 上述校准例如可以是：目标时刻下目标运动轴的第一位移数据为S1，目标时刻下目标运动轴的第二位移数据为S2，可以获取S1和S2的平均值作为校准结果，将该校准结果
作为目标实际位移数，等等。

[0062] 基于位移传感器输出的第二位移数据，还可以获得各运动轴的运动偏差范围。示例地，目标运动轴为A轴，目标时刻下根据A轴上的位移传感器的感应信号获得的A轴的第二
位移数据为AT，目标时刻下A轴的程序位移数据为AN，目标时刻下A轴的参考运动轨迹偏差
Aε’=AT‑AN。根据目标时刻下A轴的参考运动轨迹偏差Aε’、以及上述获得的目标时刻下A轴的运动轨迹偏差Aε，可以获得A轴的运动轨迹偏差范围。例如，在Aε>Aε’的情况下，A轴的运动轨迹偏差范围为[Aε’，Aε]；在Aε

[0063] 以图4为例，X轴、Y轴、Z轴上设置有位移传感器，A轴可以是X轴、Y轴、Z轴中任一。在此情况下，如图7所示，可以得到如下结果：目标时刻下X轴、Y轴、Z轴这3个运动轴的实际坐标数据的数据集为T，T=（XT，YT，ZT），目标时刻下X轴、Y轴、Z轴这3个运动轴的程序位移数据的数据集为N’，N’=（XN，YN，ZN），由此获得参考运动轨迹偏差ε’=T‑N’=（XT‑XN，YT‑YN，ZT‑ZN）=（Xε’，Yε’，Zε’）。其中，XT为目标时刻下X轴的第二坐标数据，Xε’为目标时刻下X轴的参考运动轨迹偏差，YT为目标时刻下Y轴的第二坐标数据，Yε’为目标时刻下Y轴的参考运动轨迹偏差，ZT为目标时刻下Z轴的第二坐标数据，Zε’为目标时刻下Z轴的参考运动轨迹偏差。在此情况
下，可以根据Xε和Xε’获得X轴的运动轨迹偏差范围，根据Yε和Yε’获得Y轴的运动轨迹偏差范围，根据Zε和Zε’获得Z轴的运动轨迹偏差范围。

[0064] 需要说明的是，图4中仅示例性示出了位移传感器仅设置在X轴、Y轴和Z轴上的情况，具体实施中，若超精密机床具有3个以上的运动轴，每个运动轴上均可以设置位移传感
器，在此情况下可以通过上述介绍的方式获得每个运动轴的运动轨迹偏差范围。

[0065] S130：获取目标时刻下采集的目标运动轴运动方向上的目标切削力的第一相关性数据和第二相关性数据；其中，第一相关性数据包括目标切削力和运动轨迹偏差之间的相
关性系数，第二相关性系数包括目标切削力和工件轮廓偏差之间的相关性系数；工件轮廓
偏差为目标工件加工完成后的实际轮廓与目标工件的理论轮廓之间的偏差。

[0066] 在目标工件加工完成后，可以通过外部的三维轮廓测量仪器测量目标工件，得到目标工件的工件轮廓测量坐标 ，根据理论轮廓坐标和工件轮廓测量坐标
，获得工件轮廓偏差ep。

[0067] 在一些实施例中，相关性系数可以是皮尔逊（Pearson）相关性系数。

[0068] 在相关性系数为Pearson相关性系数的情况下，若目标运动轴为X轴，可以通过如下公式（1）来计算X轴运动方向上的目标切削力的第一相关性数据 ，以及通过如下公
式（2）来计算X轴运动方向上的目标切削力的第二相关性数据 。

[0069] （1）；（2）；
其中，XF为目标时刻下X轴运动方向上的目标切削力， 为Xε和XF的协方
差， 为所有采集时刻下的Xε的标准差， 为所有采集时刻下的XF的标准差， 为
的标准差， 为 和XF的协方差。

[0070] 在相关性系数为Pearson相关性系数的情况下，若目标运动轴为Y轴，可以通过如下公式（3）来计算Y轴运动方向上的目标切削力的第一相关性数据 ，以及通过如下公
式（4）来计算X轴运动方向上的目标切削力的第二相关性数据 。

[0071] （3）；（4）；
其中，YF为目标时刻下Y轴运动方向上的目标切削力， 为Yε和YF的协方
差， 为所有采集时刻下的Yε的标准差， 所有采集时刻下的YF的标准差，
为 和YF的协方差。

[0072] 在相关性系数为Pearson相关性系数的情况下，若目标运动轴为Y轴，可以通过如下公式（5）来计算Z轴运动方向上的目标切削力的第一相关性数据 ，以及通过如下公
式（6）来计算X轴运动方向上的目标切削力的第二相关性数据 。

[0073] （5）；（6）；
其中，ZF为目标时刻下Z轴运动方向上的目标切削力， 为Zε和ZF的协方
差， 为所有采集时刻下的Zε的标准差， 为所有采集时刻下的ZF的标准差，
为 和ZF的协方差。

[0074] S140：根据所有采集时刻下所有运动轴运动方向上的切削力的第一相关性数据和第二相关数据，输出超精密机床的性能分析数据。

[0075] 在一些实施例中，可以根据所有采集时刻下所有运动轴运动方向上的切削力的第一相关性数据和第二相关数据，绘制切削力与运动轨迹偏差、以及切削力与工件轮廓偏差
的相关性关系图表；然后将相关性关系图表作为性能分析数据在显示界面中显示，以便相
关人员进行分析。

[0076] 在一些实施例中，可以对所有采集时刻下所有运动轴运动方向上的切削力的第一相关性数据求平均，获得第一平均值；以及，对所有采集时刻下所有运动轴运动方向上的切
削力的第一相关性数据求平均，获得第二平均值；根据第一平均值，确定切削力对运动轨迹
偏差的第一影响等级，以及根据第二平均值，确定切削力对工件轮廓偏差的第二影响等级；
将第一影响等级和第二影响等级作为性能分析数据输出。

[0077] 由此可见，本发明实施例能够基于切削力与运动轨迹偏差的相关性系数、以及切削力与工件轮廓偏差的相关性系数，分析切削力对运动轨迹偏差和工件轮廓偏差的影响程
度，相关性系数数值较高则表示切削力对运动轨迹偏差和工件轮廓偏差有显著影响。本发
明实施例能够通过使用图表展示相关性分析结果，以直观显示切削力、运动轨迹偏差、工件
轮廓偏差之间的相互关系。通过本发明实施例，可以系统地分析切削力、运动轨迹偏差和工
件轮廓偏差之间的关系，为超精密加工过程优化提供重要参考。

[0078] 本发明实施例可以单独分析各轴控制性能所产生的定位误差成分，具有极高的精度，可以通过综合这些成分来预测整体运动精度。此外在超精密机床加工中也能进行坐标
获取。在正式加工前通过试跑加工程序并通过该方法记录下加工轨迹，就可以提前预测轨
迹的实际运行情况，通过与原加工程序的轨迹进行比对后即可得出轨迹误差并进行优化修
改。在配合使用切削力传感器后，通过叠加机床运动轨迹坐标获取即可得到加工状态时工
件表面的切削力分布情况，并可与各运动轴的轨迹偏差、工件轮廓测量偏差形成对照关系，
从而可以更精确的评价加工过程中的轨迹运动误差与切削工艺设定的关系，得到影响工件
轮廓偏差的有效因素，精准的控制加工工艺变量与工件质量的关系。

[0079] 综上所述，本发明提供的超精密机床性能分析方法能够应用于具有3个以上运动轴的超精密机床，能够在加工目标工件过程中，每隔预设时长同步采集加工刀具上的切削
力数据、n个运动轴中各运动轴的实际位移数据、以及加工程序中各运动轴的程序位移数
据；其中，切削力数据包括各运动轴运动方向上的切削力；根据目标时刻下采集的目标运动
轴的目标实际位移数据、以及目标时刻下采集的目标运动轴的目标程序位移数据，获得目
标时刻下目标运动轴的运动轨迹偏差；其中，目标时刻为所有采集时刻中任一，目标运动轴
为n个运动轴中任一；获取目标时刻下采集的目标运动轴运动方向上的目标切削力的第一
相关性数据和第二相关性数据；其中，第一相关性数据包括目标切削力和运动轨迹偏差之
间的相关性系数，第二相关性系数包括目标切削力和工件轮廓偏差之间的相关性系数；工
件轮廓偏差为目标工件加工完成后的实际轮廓与目标工件的理论轮廓之间的偏差；根据所
有采集时刻下所有运动轴运动方向上的切削力的第一相关性数据和第二相关数据，输出超
精密机床的性能分析数据。本发明能够解决现有技术中难以验证多轴同时控制加工过程的
多轴运动轨迹精度检测与应对匹配切削评价的问题，实现对切削力分布与多轴运动轨迹分
布进行同步评价，验证出工件表面的切削力分布细节的目的。

[0080] 下面对本发明提供的超精密机床性能分析装置进行描述，下文描述的超精密机床性能分析装置与上文描述的超精密机床性能分析方法可相互对应参照。

[0081] 图8是本发明实施例提供的超精密机床性能分析装置的结构示意图。如图8所示，超精密机床性能分析装置800包括采集模块801、轨迹偏差获取模块802、分析模块803以及
处理模块804。

[0082] 采集模块801，用于在加工目标工件过程中，每隔预设时长同步采集加工刀具上的切削力数据、n个运动轴中各运动轴的实际位移数据、以及加工程序中各运动轴的程序位移
数据；其中，切削力数据包括各运动轴运动方向上的切削力。

[0083] 轨迹偏差获取模块802，用于根据目标时刻下采集的目标运动轴的目标实际位移数据、以及目标时刻下采集的目标运动轴的目标程序位移数据，获得目标时刻下目标运动
轴的运动轨迹偏差；其中，目标时刻为所有采集时刻中任一，目标运动轴为n个运动轴中任
一。

[0084] 分析模块803，用于获取目标时刻下采集的目标运动轴运动方向上的目标切削力的第一相关性数据和第二相关性数据；其中，第一相关性数据包括目标切削力和运动轨迹
偏差之间的相关性系数，第二相关性系数包括目标切削力和工件轮廓偏差之间的相关性系
数；工件轮廓偏差为目标工件加工完成后的实际轮廓与目标工件的理论轮廓之间的偏差。

[0085] 处理模块804，用于根据所有采集时刻下所有运动轴运动方向上的切削力的第一相关性数据和第二相关数据，输出超精密机床的性能分析数据。

[0086] 需要说明的是，超精密机床性能分析装置所应用的超精密机床包括n个运动轴，n为正整数且n≥3。

[0087] 本发明实施例中的超精密机床性能分析装置可以设置在外部控制器中，可以连接个人计算机（Personal Computer，PC），与PC端进行串联使用，支持PC端的数据分析与测量
处理控制。

[0088] 综上所述，本发明提供的超精密机床性能分析装置能够应用于具有3个以上运动轴的超精密机床，能够在加工目标工件过程中，每隔预设时长同步采集加工刀具上的切削
力数据、n个运动轴中各运动轴的实际位移数据、以及加工程序中各运动轴的程序位移数
据；其中，切削力数据包括各运动轴运动方向上的切削力；根据目标时刻下采集的目标运动
轴的目标实际位移数据、以及目标时刻下采集的目标运动轴的目标程序位移数据，获得目
标时刻下目标运动轴的运动轨迹偏差；其中，目标时刻为所有采集时刻中任一，目标运动轴
为n个运动轴中任一；获取目标时刻下采集的目标运动轴运动方向上的目标切削力的第一
相关性数据和第二相关性数据；其中，第一相关性数据包括目标切削力和运动轨迹偏差之
间的相关性系数，第二相关性系数包括目标切削力和工件轮廓偏差之间的相关性系数；工
件轮廓偏差为目标工件加工完成后的实际轮廓与目标工件的理论轮廓之间的偏差；根据所
有采集时刻下所有运动轴运动方向上的切削力的第一相关性数据和第二相关数据，输出超
精密机床的性能分析数据。本发明能够解决现有技术中难以验证多轴同时控制加工过程的
多轴运动轨迹精度检测与应对匹配切削评价的问题，实现对切削力分布与多轴运动轨迹分
布进行同步评价，验证出工件表面的切削力分布细节的目的。

[0089] 图9示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器（processor）910、通信接口（Communications Interface）920、存储器（memory）930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通
信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行超精密机床性能分析方法，超精密
机床包括n个运动轴，n为正整数且n≥3，该方法包括：在加工目标工件过程中，每隔预设时
长同步采集加工刀具上的切削力数据、n个运动轴中各运动轴的实际位移数据、以及加工程
序中各运动轴的程序位移数据；其中，切削力数据包括各运动轴运动方向上的切削力；根据
目标时刻下采集的目标运动轴的目标实际位移数据、以及目标时刻下采集的目标运动轴的
目标程序位移数据，获得目标时刻下目标运动轴的运动轨迹偏差；其中，目标时刻为所有采
集时刻中任一，目标运动轴为n个运动轴中任一；获取目标时刻下采集的目标运动轴运动方
向上的目标切削力的第一相关性数据和第二相关性数据；其中，第一相关性数据包括目标
切削力和运动轨迹偏差之间的相关性系数，第二相关性系数包括目标切削力和工件轮廓偏
差之间的相关性系数；工件轮廓偏差为目标工件加工完成后的实际轮廓与目标工件的理论
轮廓之间的偏差；根据所有采集时刻下所有运动轴运动方向上的切削力的第一相关性数据
和第二相关数据，输出超精密机床的性能分析数据。

[0090] 此外，上述的存储器930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。

[0091] 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超精密机床性能分析方法，超精密机床包括n个运动轴，n
为正整数且n≥3，该方法包括：在加工目标工件过程中，每隔预设时长同步采集加工刀具上
的切削力数据、n个运动轴中各运动轴的实际位移数据、以及加工程序中各运动轴的程序位
移数据；其中，切削力数据包括各运动轴运动方向上的切削力；根据目标时刻下采集的目标
运动轴的目标实际位移数据、以及目标时刻下采集的目标运动轴的目标程序位移数据，获
得目标时刻下目标运动轴的运动轨迹偏差；其中，目标时刻为所有采集时刻中任一，目标运
动轴为n个运动轴中任一；获取目标时刻下采集的目标运动轴运动方向上的目标切削力的
第一相关性数据和第二相关性数据；其中，第一相关性数据包括目标切削力和运动轨迹偏
差之间的相关性系数，第二相关性系数包括目标切削力和工件轮廓偏差之间的相关性系
数；工件轮廓偏差为目标工件加工完成后的实际轮廓与目标工件的理论轮廓之间的偏差；
根据所有采集时刻下所有运动轴运动方向上的切削力的第一相关性数据和第二相关数据，
输出超精密机床的性能分析数据。

[0092] 又一方面，本发明还提供一种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超精密机床性能分析方法，超精密
机床包括n个运动轴，n为正整数且n≥3，该方法包括：在加工目标工件过程中，每隔预设时
长同步采集加工刀具上的切削力数据、n个运动轴中各运动轴的实际位移数据、以及加工程
序中各运动轴的程序位移数据；其中，切削力数据包括各运动轴运动方向上的切削力；根据
目标时刻下采集的目标运动轴的目标实际位移数据、以及目标时刻下采集的目标运动轴的
目标程序位移数据，获得目标时刻下目标运动轴的运动轨迹偏差；其中，目标时刻为所有采
集时刻中任一，目标运动轴为n个运动轴中任一；获取目标时刻下采集的目标运动轴运动方
向上的目标切削力的第一相关性数据和第二相关性数据；其中，第一相关性数据包括目标
切削力和运动轨迹偏差之间的相关性系数，第二相关性系数包括目标切削力和工件轮廓偏
差之间的相关性系数；工件轮廓偏差为目标工件加工完成后的实际轮廓与目标工件的理论
轮廓之间的偏差；根据所有采集时刻下所有运动轴运动方向上的切削力的第一相关性数据
和第二相关数据，输出超精密机床的性能分析数据。

[0093] 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。

[0094] 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。

[0095] 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。