前言:
引言
粗車是一種對毛坯進行簡單加工或初級加工的工藝過程,其主要目的是切除毛坯余量,加工效率是其關(guān)注的重點,因此,在粗加工時_般都設(shè)定盡可能大的進給量和切削深度,以便在盡可能短的時間內(nèi)切除盡可能多的切屑,對于普通加工中心而言,粗車主要由操作者依據(jù)作業(yè)工藝,憑經(jīng)驗完成作業(yè)任務(wù)。但是,對于數(shù)控加工中心而言,其加工過程及工藝參數(shù)是按照程序設(shè)定值進行工作的。一旦程序編制完成,數(shù)控加工中心在切削作業(yè)中就按照設(shè)定好的工藝參數(shù)以恒定的進給速度進行切削。在程序編制的過程中,因為要避免切削過載對刀具、工件和加工中心產(chǎn)生破壞,須按照負荷上限區(qū)間的工況選擇加工參數(shù)。但是,在整個切削作業(yè)中,切削量處于切削深度上限這種工況一般只占整個工序的5% [1] [2] *左右,而進給速度卻_直按照程序設(shè)定值進行工作,這就極大的降低了加工效率1。在作業(yè)較多、加工批量較大的情況下,加工效率低的問題就顯得尤為突出。
為了解決此類問題,國內(nèi)外的眾多學者和企業(yè)進行了廣泛的研究。劉衛(wèi)u以最大主功率為主要約束條件,按照用戶設(shè)定的優(yōu)化參數(shù)自動調(diào)整不同加工段的進給速度來保持恒定最大主功率狀態(tài),從而使單位時間內(nèi)的材料切除量最大,任斐等131建立了一種切削力預測模型,該模型可以有助于提高加工效率。陳曉兵等111針對采用恒定進給速度加工效率不高問題,研究了基于分段刀軌加減速過渡的進給速度優(yōu)化方法。王虎奇等s針對五軸加工中因刀具的進給速度選擇不當會影響加工表面質(zhì)量等問題,提出一種修正的調(diào)速方法。胡命華h針對五軸側(cè)銑加工過程,提出一種進給速度優(yōu)化方法。Elwm等提出了一種基于離線切削
力分析的面向5軸復雜自由曲面加工中進給速度優(yōu)化方法。Firman @等提出一種基于在線過程的數(shù)控加工中心進給調(diào)速方法。同時,國外一些知名企業(yè)也研發(fā)了一些數(shù)控系統(tǒng)加工優(yōu)化控制器,可以實現(xiàn)結(jié)合實際工況進行進給速度控制,但是其核心算法是保密的。
通過對上述研究的分析可知,對進給系統(tǒng)進行調(diào)速適宜結(jié)合預測控制方法,其核心問題是對切削進給力進行分析和控制。作者們在對加工中心的能量平衡方程及能耗特性的研究中發(fā)現(xiàn),能耗可以迅速響應(yīng)負載變化,進給系統(tǒng)的能量輸入與進給力存在二次函數(shù)關(guān)系。鑒于此,作者們提出一種基于功率預測的數(shù)控加工中心粗車過程中進給系統(tǒng)速度控制模型,來實現(xiàn)進給系統(tǒng)的調(diào)速控制。該方法的核心思想是實時采集粗車過程的功率值,并對下一時刻的功率進行預測;然后把功率的預測值輸入調(diào)速控制模型,預測切削工況即背吃刀量的值;進而根據(jù)功率預設(shè)值和所預測的背吃刀量,實現(xiàn)對進給速度的控制,以適應(yīng)不同切削工況,提高切削效率。
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改變數(shù)控加工中心粗車過程中以恒定的進給速度進行切削的加工方式,使之根據(jù)實際的切削工況,實時地優(yōu)化進給速度,是提高加工效率的有效手段。同時,通過對進給速度進行優(yōu)化還可以有效降低加工成本,提高加工中心利用率。鑒于此,本文提出一種基于功率預測的數(shù)控加工中心粗車過程中進給系統(tǒng)速度控制模型。該模型可以基于對粗車過程中功率信息的有效預測,實現(xiàn)對切削工況即背吃刀量的預測,進而根據(jù)功率預設(shè)值和所預測的背吃刀量,進行調(diào)速,不僅可以實現(xiàn)進給速度控制,又有效解決了調(diào)速滯后問題,提高了切削效率。試驗測試和仿真分析的結(jié)果驗證了調(diào)速控制模型的可行性。由于未能獲取試驗加工中心控制系統(tǒng)的接口和權(quán)限,因此對調(diào)速部分只做了靜態(tài)仿真,該調(diào)速控制模型的效率如何,以及控制參數(shù)的整定和優(yōu)化,還有待于在加工中心上進行進一步的試驗測試。
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