应用在数控机床上的自适应控制系统

1、问题的提出

现在普遍地,数控机床在加工过程中都维持一个固定不变的进给速率,这个进给量是由加工程序预先设定好的。为了保证生产的安全,编成人员必须按照负荷最大的工况设定这个进给速率,但实际上这种工况或许只占整个工序的5%。那么如何提高数控机床的加工效率,优化刀具进给量,同时又能自动保护机床的主轴系统和昂贵的刀具不受损坏已经成为终端用户和机床制造厂家十分关注的问题。为了解决这个问题以色列OMAT公司将自适应控制技术应用在数控机床上,研发了成熟的产品――OMAT数控机床自适应系统,并已经在全球广泛应用。

2、工作原理

自适应控制技术应用在数控加工上,是通过检测机床主轴的负载,运用内部的专家系统对采集的主轴负载信号和相应的刀具及工件材料数据进行分析处理,实时计算出机床最佳的进给速率并应用到数控加工过程中,从而大幅度提高生产效率,并在加工过程中稳定、连续、自动的控制进给速率,同时实现动态的刀具保护功能(如图1所示)。

图1根据切削状况变化实时调节刀具进给率

在加工过程中,自适应控制系统可以依据控制对象的输入输出数据,进行学习和再学习,不断地辨识模型参数并进行修正。随着生产过程的不断继续,模型会变得越来越准确,越来越接近于实际,最终将自身调整到一个最优的工作状态,实现加工过程的优化。

3、主要功能

1)大幅提高加工效率

OMAT自适应控制系统实时采样机床主轴负载变化,在较小载荷的情况下增大进给速率,在较大载荷的情况下减少进给速率,达到缩短加工周期、提高加工效率的目的。

2)保护刀具、机床、工件不受损害

传统加工刀具断裂不可检测和控制、刀具磨损靠手动监视、效率低。在自适应控制系统的控制下,加工参数会实时自动地适应刀具负荷和切削工况。如果加工中出现突发性事件造成超载(例如刀具或工件受到的冲击、工件毛坯的直径增加太大等),自适应控制系统会把进给速率自动减小到内部