论文摘要
数控加工的过程中,切削力等复杂的物理因素影响加工质量、效率和安全,而现在普遍的数控技术还只限于几何运动控制,对这些复杂的物理因素则还未涉及。自适应加工技术是研究对这些因素进行控制的技术,目前存在一些还未解决的难题,主要有切削负荷在线准确测量、加工过程的控制策略以及智能自适应加工技术的实现方法等。基于此,本文对数控机床自适应加工技术进行了深入的研究,具体的研究内容主要包括以下几个方面:首先,基于对伺服进给系统和主轴系统的分析,建立了进给和主轴系统的数学模型,可在给定负荷变化的情况下,对电机响应时的驱动电流变化进行预测。通过实验分析了主轴电流对切削负荷的响应特性,该特性对准确间接测量切削负荷具有重要的意义。第二,在铣削加工机理分析的基础上,给出了不同切削参数的条件下,切削力的预测模型。此外建立了切削试验平台,通过实验分析了实际切削过程中切削参数对各切削力分量的影响,说明了合理参数选择的重要性,为自适应加工提供相应的控制规则。第三,提出了一种可在生产车间条件下对切削力模型快速、经济的标定方法。该方法利用液压装置来模拟切削过程中产生的切削抗力,而力大小可通过调整该系统的参数进行控制。研制了基于该标定方法的标定装置。进而,建立了标定装置的BP神经网络模型。标定装置的验证试验结果表明该方法有效,该标定装置既可充当测力仪,又可提供用于标定的切削抗力,并无需通过切削来进行标定,节约了资源。此外,建立了基于电机驱动电流的切削力和切削扭矩的间接测量模型,模型考虑了切削力之间相互影响,提高了基于电流测量切削负荷的测量精度。第四,基于模糊控制理论,设计了加工自适应控制过程中的二维模糊控制器,并利用切削机理对控制量进行预测,提出了预测与模糊控制相结合,以及粗、精控制相结合的控制策略。该控制策略提高了对加工过程控制的稳定性,能更好地满足切削工艺学的要求,为数控机床自适应加工提供控制策略和方法。第五,构建了基于PC104的硬件平台,并开发了基于DOS操作系统的实时自适应控制软件系统,通过对这两者的集成,研制了外挂式的自适应控制装置。该装置与管理服务器进行连接,组建了基于以太网的自适应控制网络系统,实现集中车间级或者更大范围的数控机床的监控。该装置已装备于东方电机股份有限公司的五轴联动机床,取得了较好的应用效果。最后,研究了数控系统与自适应加工技术的集成方法。提出了利用数控系统开放的PLC资源的集成方法,通过二次开发,实现了集成于七轴五联动数控系统的智能自适应控制功能,并应用于螺旋桨叶片等复杂零件的加工过程控制,控制效果明显。