自適應(yīng)控制系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用
1、問(wèn)題的提出
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/87439.htm現(xiàn)在普遍地,數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中都維持一個(gè)固定不變的進(jìn)給速率,這個(gè)進(jìn)給量是由加工程序預(yù)先設(shè)定好的。為了保證生產(chǎn)的安全,編成人員必須按照負(fù)荷最大的工況設(shè)定這個(gè)進(jìn)給速率,但實(shí)際上這種工況或許只占整個(gè)工序的5%。那么如何提高數(shù)控機(jī)床的加工效率,優(yōu)化刀具進(jìn)給量,同時(shí)又能自動(dòng)保護(hù)機(jī)床的主軸系統(tǒng)和昂貴的刀具不受損壞已經(jīng)成為終端用戶和機(jī)床制造廠家十分關(guān)注的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題以色列OMAT公司將自適應(yīng)控制技術(shù)應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上,研發(fā)了成熟的產(chǎn)品――OMAT數(shù)控機(jī)床自適應(yīng)系統(tǒng),并已經(jīng)在全球廣泛應(yīng)用。
2、工作原理
自適應(yīng)控制技術(shù)應(yīng)用在數(shù)控加工上,是通過(guò)檢測(cè)機(jī)床主軸的負(fù)載,運(yùn)用內(nèi)部的專家系統(tǒng)對(duì)采集的主軸負(fù)載信號(hào)和相應(yīng)的刀具及工件材料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,實(shí)時(shí)計(jì)算出機(jī)床最佳的進(jìn)給速率并應(yīng)用到數(shù)控加工過(guò)程中,從而大幅度提高生產(chǎn)效率,并在加工過(guò)程中穩(wěn)定、連續(xù)、自動(dòng)的控制進(jìn)給速率,同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的刀具保護(hù)功能(如圖1所示)。
圖1 根據(jù)切削狀況變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)刀具進(jìn)給率
在加工過(guò)程中,自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以依據(jù)控制對(duì)象的輸入輸出數(shù)據(jù),進(jìn)行學(xué)習(xí)和再學(xué)習(xí),不斷地辨識(shí)模型參數(shù)并進(jìn)行修正。隨著生產(chǎn)過(guò)程的不斷繼續(xù),模型會(huì)變得越來(lái)越準(zhǔn)確,越來(lái)越接近于實(shí)際,最終將自身調(diào)整到一個(gè)最優(yōu)的工作狀態(tài),實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的優(yōu)化。
3、主要功能
1) 大幅提高加工效率
OMAT自適應(yīng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采樣機(jī)床主軸負(fù)載變化,在較小載荷的情況下增大進(jìn)給速率,在較大載荷的情況下減少進(jìn)給速率,達(dá)到縮短加工周期、提高加工效率的目的。
2) 保護(hù)刀具、機(jī)床、工件不受損害
傳統(tǒng)加工刀具斷裂不可檢測(cè)和控制、刀具磨損靠手動(dòng)監(jiān)視、效率低。在自適應(yīng)控制系統(tǒng)的控制下,加工參數(shù)會(huì)實(shí)時(shí)自動(dòng)地適應(yīng)刀具負(fù)荷和切削工況。如果加工中出現(xiàn)突發(fā)性事件造成超載(例如刀具或工件受到的沖擊、工件毛坯的直徑增加太大等),自適應(yīng)控制系統(tǒng)會(huì)把進(jìn)給速率自動(dòng)減小到內(nèi)部的專家系統(tǒng)所允許安全值,必要時(shí)強(qiáng)制機(jī)床停機(jī)。當(dāng)這些突發(fā)事件過(guò)去后,系統(tǒng)再把進(jìn)給速率增加到內(nèi)部的專家系統(tǒng)所允許的最大值,從而有效地保護(hù)刀具,減少刀具的磨損,進(jìn)而延長(zhǎng)刀具的使用壽命。
OMAT自適應(yīng)控制系統(tǒng)具有下列保護(hù)功能:
銑刀斷裂保護(hù)(報(bào)警并停機(jī)防止工件及后續(xù)刀具損壞)
深孔鉆道具斷裂保護(hù)(報(bào)警并停機(jī))
刀具磨損監(jiān)控(數(shù)字顯示磨損量)
主軸過(guò)載保護(hù)(報(bào)警或停機(jī))
3) 實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄切削加工狀況
自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,并將所有在切削過(guò)程中的性能數(shù)據(jù)(主軸切削負(fù)載、進(jìn)給率變化、刀具磨損量、加工工件數(shù)、切削時(shí)間等)統(tǒng)計(jì)起來(lái)實(shí)時(shí)生成加工情況報(bào)表,并輸出圖形、數(shù)據(jù)至Windows用戶界面,形成完整的機(jī)床檔案,供管理人員進(jìn)行評(píng)估、分析,從而輔助生產(chǎn)管理。這些數(shù)據(jù)還可以存儲(chǔ)在硬盤(pán)供以后查閱存檔。
4、顯著效果
提高加工效率等于降低制造成本!典型應(yīng)用統(tǒng)計(jì):輪廓銑削省時(shí)約38%;銑槽省時(shí)約34%;3D銑面省時(shí)約37%;鉆孔省時(shí)約28%。如果每臺(tái)設(shè)備提高加工效率按30%~40%計(jì)算,那么安裝三部以色列OMAT優(yōu)銑控制器(優(yōu)化數(shù)控銑床加工的自適應(yīng)控制系統(tǒng)),就相當(dāng)于多出一臺(tái)數(shù)控機(jī)床或加工中心的加工率。據(jù)已有的國(guó)內(nèi)外使用數(shù)據(jù)計(jì)算,只需4~9個(gè)月即可收回用于購(gòu)買OMAT產(chǎn)品的投資。
在生產(chǎn)中,自適應(yīng)控制系統(tǒng)在加工第一件工件時(shí)就學(xué)習(xí)對(duì)刀具磨損進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在隨后的加工中,系統(tǒng)繼續(xù)對(duì)刀具的狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè),并按刀具的當(dāng)前磨損程度占最大磨損程度的百分比來(lái)進(jìn)行顯示。隨著刀具的磨損,自適應(yīng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的根據(jù)刀具磨損量,自動(dòng)計(jì)算出最佳的進(jìn)給速度,刀具磨損到一定程度時(shí)提醒操作者更換刀具。這樣一來(lái)數(shù)控程序員可以象在使用嶄新鋒利的刀具情況一樣設(shè)定進(jìn)給量。即自適應(yīng)控制器對(duì)刀具的磨損進(jìn)行補(bǔ)償。
綜上,保護(hù)刀具延長(zhǎng)其使用壽命、保護(hù)機(jī)床減少停機(jī)時(shí)間、保護(hù)工件減少?gòu)U品出現(xiàn)等因素都可進(jìn)一步減少成本,縮短您的投資回報(bào)周期。
5、OMAT自適應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及前景
OMAT自適應(yīng)控制系統(tǒng)因其效果顯著的實(shí)用性,現(xiàn)已被國(guó)外許多著名公司使用,如Siemens、Turbinenwerke、Chevron Aerospace、Boeing、 General Electric、Mitsubishe Motors、Toshiba GE和Toyota Motors等。國(guó)內(nèi)航空航天、紡織、家電等行業(yè)的知名企業(yè)也陸續(xù)使用該產(chǎn)品。交大昆機(jī)科技股份有限公司與以色列OMAT公司合作成功地將系統(tǒng)集成安裝于產(chǎn)品機(jī)床THM4680臥式加工中心的840D系統(tǒng)上,還做了大面工件切削對(duì)比實(shí)驗(yàn),切削率提高約33%。這些已經(jīng)使用了OMAT數(shù)控優(yōu)化系統(tǒng)的企業(yè)已經(jīng)獲得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
相信隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,自適應(yīng)加工技術(shù)一定會(huì)得到廣泛應(yīng)用,為中國(guó)制造業(yè)企業(yè)帶來(lái)突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
評(píng)論