一種數控加工參數實時自適應優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種數控加工參數實時自適應優化方法，通過對零件數控加工的切削力進行實時在線監測，并基于切削力對切削參數進行實時優化和自適應調整的控制；其將主軸電流信號作為切削力表征信號，而且信號的采集不影響加工過程。通過實時采集的主軸電流信號計算出實時切削力，并根據切削力進行優化得到合適的切削參數，然后，通過模糊控制器對進給速率和主軸速率進行修調與控制。數控加工參數實時自適應優化方法能有效地提高零件加工質量和提高加工效率，減少刀具和機床損壞，降低生產成本。
【專利說明】一種數控加工參數實時自適應優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于數控加工【技術領域】，具體地說，涉及一種數控加工參數實時自適應優 化方法。
【背景技術】
[0002] 數控加工過程自適應控制用于在保證零件加工質量的前提下使加工效率達到最 高。數控加工過程是以程序編制設定的切削參數，即主軸轉速和進給速度等進行自動切削。
[0003] 在實際生產中，以程序編制設定的切削參數進行切削加工存在以下問題：第一， 程序編制設定的切削參數一般是根據經驗或試切加工選擇的，但根據經驗選擇的切削參數 通常不是優化的，并不能保證獲得最優的加工質量和最高的加工效率。第二，實際的切削條 件是不斷變化的，切削參數應隨著實際切削條件的變化而及時改變，不宜采用恒定的切削 參數進行加工。第三，編程設定的切削參數可能比較保守甚至不合理，需要操作人員實時監 視加工過程，并根據需要調整切削參數以保證加工過程的順利進行，避免由于切削力過大 造成刀具、工裝、機床的損壞。因此，在沒有有效過程監測和自適應控制的前提下，保證加工 質量的優化和加工效率的提高是比較困難的。
[0004] 切削加工過程控制的關鍵技術之一是切削力的實時監測，發明專利CN97192053. 2 中公開了一種刀具狀態的自動監測，使用轉矩監視器監測切削轉矩，轉矩監測器的安裝使 用比較復雜，信號受環境干擾嚴重。在切削實驗研究中通常采用測力儀測量切削力。雖然 測力儀測量精度高，但是由于其價格昂貴、不便于安裝、不適于濕式切削的局限性，不宜在 實際加工生產中應用。
[0005] 對于實際的數控加工過程，目前尚缺少能夠處理復雜、非線性、大時變的切削過程 的魯棒控制算法。發明專利CN101025620A中采用了分級模糊遞階控制方法，能夠很好的分 清主軸轉速調節和進給速度調節之間的匹配關系，但是在實際加工過程中，主軸轉速和進 給速度之間的關系由對應加工環境的每齒吃刀量決定，同時也會受到機床性能的限制。
【發明內容】
[0006] 為了避免現有技術存在的不足，本發明提出一種數控加工參數實時自適應優化方 法。
[0007] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種數控加工參數實時自適應優 化方法，其特征在于包括以下步驟：
[0008] 步驟1.確定零件材料和刀具型號，將零件材料和刀具型號、目標切削力Fd、每齒 進給量fz〇輸入到CNC系統中，采用霍爾電流傳感器測量數控機床主軸電機的三相輸入電流 (Iu，Iv，Iw)，同時采用測力儀測量對應的實際切削力Fc ;
[0009] 步驟2.對所測電流通過放大、濾波與A/D轉換處理，計算等效直流電流，按照公 式：
【權利要求】
1. 一種數控加工參數實時自適應優化方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1..確定零件材料和刀具型號，將零件材料和刀具型號、目標切削力Fd、每齒進給 量fz〇輸入到CNC系統中，采用霍爾電流傳感器測量數控機床主軸電機的三相輸入電流（1"， Iv，Iw)，同時采用測力儀測量對應的實際切削力Fc ; 步驟2..對所測電流通過放大、濾波與A/D轉換處理，計算等效直流電流，按照公式：
步驟3..建立反映IKMS和F。對應關系的數學模型；獲取動態切削力F。，按照公式：Td =KtlRMs-Tf+KfFc 式中，Td為主軸電機的輸出扭矩，Kt為實驗獲得的比例系數， Tf為主軸電機的摩擦轉矩，Kf為切削力系數； 步驟4?對動態切削力Fc和目標切削力Fd進行比較，動態切削力信號Fc進入切削過程 評價系統，按照模糊控制規則對動態切削力F。和目標切削力Fd進行評價； 步驟5..按照模糊邏輯算法計算優化的進給速率和主軸轉速；將優化的進給速率和主 軸轉速值輸入CNC系統，對進給速率和主軸轉速進行修調與控制； 步驟6..重復上述過程，直到零件加工過程結束。
【文檔編號】G05B19/18GK104407568SQ201410719430
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】田錫天, 寇萌 申請人:西北工業大學