功率预测的数控加工中心粗车过程中进给系统调速模型


伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言:

 引言

粗车是一种对毛坯进行简单加工或初级加工的工艺过程,其主要目的是切除毛坯余量,加工效率是其关注的重点,因此,在粗加工时_般都设定尽可能大的进给量和切削深度,以便在尽可能短的时间内切除尽可能多的切屑,对于普通加工中心而言,粗车主要由操作者依据作业工艺,凭经验完成作业任务。但是,对于数控加工中心而言,其加工过程及工艺参数是按照程序设定值进行工作的。一旦程序编制完成,数控加工中心在切削作业中就按照设定好的工艺参数以恒定的进给速度进行切削。在程序编制的过程中,因为要避免切削过载对刀具、工件和加工中心产生破坏,须按照负荷上限区间的工况选择加工参数。但是,在整个切削作业中,切削量处于切削深度上限这种工况一般只占整个工序的5% [1] [2] *左右,而进给速度却_直按照程序设定值进行工作,这就极大的降低了加工效率1。在作业较多、加工批量较大的情况下,加工效率低的问题就显得尤为突出。

为了解决此类问题,国内外的众多学者和企业进行了广泛的研究。刘卫u以最大主功率为主要约束条件,按照用户设定的优化参数自动调整不同加工段的进给速度来保持恒定最大主功率状态,从而使单位时间内的材料切除量最大,任斐等131建立了一种切削力预测模型,该模型可以有助于提高加工效率。陈晓兵等111针对采用恒定进给速度加工效率不高问题,研究了基于分段刀轨加减速过渡的进给速度优化方法。王虎奇等s针对五轴加工中因刀具的进给速度选择不当会影响加工表面质量等问题,提出一种修正的调速方法。胡命华h针对五轴侧铣加工过程,提出一种进给速度优化方法。Elwm等提出了一种基于离线切削


力分析的面向5轴复杂自由曲面加工中进给速度优化方法。Firman @等提出一种基于在线过程的数控加工中心进给调速方法。同时,国外一些知名企业也研发了一些数控系统加工优化控制器,可以实现结合实际工况进行进给速度控制,但是其核心算法是保密的。

通过对上述研究的分析可知,对进给系统进行调速适宜结合预测控制方法,其核心问题是对切削进给力进行分析和控制。作者们在对加工中心的能量平衡方程及能耗特性的研究中发现,能耗可以迅速响应负载变化,进给系统的能量输入与进给力存在二次函数关系。鉴于此,作者们提出一种基于功率预测的数控加工中心粗车过程中进给系统速度控制模型,来实现进给系统的调速控制。该方法的核心思想是实时采集粗车过程的功率值,并对下一时刻的功率进行预测;然后把功率的预测值输入调速控制模型,预测切削工况即背吃刀量的值;进而根据功率预设值和所预测的背吃刀量,实现对进给速度的控制,以适应不同切削工况,提高切削效率。


 

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3总结与后续工作展望

改变数控加工中心粗车过程中以恒定的进给速度进行切削的加工方式,使之根据实际的切削工况,实时地优化进给速度,是提高加工效率的有效手段。同时,通过对进给速度进行优化还可以有效降低加工成本,提高加工中心利用率。鉴于此,本文提出一种基于功率预测的数控加工中心粗车过程中进给系统速度控制模型。该模型可以基于对粗车过程中功率信息的有效预测,实现对切削工况即背吃刀量的预测,进而根据功率预设值和所预测的背吃刀量,进行调速,不仅可以实现进给速度控制,又有效解决了调速滞后问题,提高了切削效率。试验测试和仿真分析的结果验证了调速控制模型的可行性。由于未能获取试验加工中心控制系统的接口和权限,因此对调速部分只做了静态仿真,该调速控制模型的效率如何,以及控制参数的整定和优化,还有待于在加工中心上进行进一步的试验测试。

 

 

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