一种数控加工参数实时自适应优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种数控加工参数实时自适应优化方法，通过对零件数控加工的切削力进行实时在线监测，并基于切削力对切削参数进行实时优化和自适应调整的控制；其将主轴电流信号作为切削力表征信号，而且信号的采集不影响加工过程。通过实时采集的主轴电流信号计算出实时切削力，并根据切削力进行优化得到合适的切削参数，然后，通过模糊控制器对进给速率和主轴速率进行修调与控制。数控加工参数实时自适应优化方法能有效地提高零件加工质量和提高加工效率，减少刀具和机床损坏，降低生产成本。
【专利说明】一种数控加工参数实时自适应优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数控加工【技术领域】，具体地说，涉及一种数控加工参数实时自适应优 化方法。
【背景技术】
[0002] 数控加工过程自适应控制用于在保证零件加工质量的前提下使加工效率达到最 高。数控加工过程是以程序编制设定的切削参数，即主轴转速和进给速度等进行自动切削。
[0003] 在实际生产中，以程序编制设定的切削参数进行切削加工存在以下问题：第一， 程序编制设定的切削参数一般是根据经验或试切加工选择的，但根据经验选择的切削参数 通常不是优化的，并不能保证获得最优的加工质量和最高的加工效率。第二，实际的切削条 件是不断变化的，切削参数应随着实际切削条件的变化而及时改变，不宜采用恒定的切削 参数进行加工。第三，编程设定的切削参数可能比较保守甚至不合理，需要操作人员实时监 视加工过程，并根据需要调整切削参数以保证加工过程的顺利进行，避免由于切削力过大 造成刀具、工装、机床的损坏。因此，在没有有效过程监测和自适应控制的前提下，保证加工 质量的优化和加工效率的提高是比较困难的。
[0004] 切削加工过程控制的关键技术之一是切削力的实时监测，发明专利CN97192053. 2 中公开了一种刀具状态的自动监测，使用转矩监视器监测切削转矩，转矩监测器的安装使 用比较复杂，信号受环境干扰严重。在切削实验研究中通常采用测力仪测量切削力。虽然 测力仪测量精度高，但是由于其价格昂贵、不便于安装、不适于湿式切削的局限性，不宜在 实际加工生产中应用。
[0005] 对于实际的数控加工过程，目前尚缺少能够处理复杂、非线性、大时变的切削过程 的鲁棒控制算法。发明专利CN101025620A中采用了分级模糊递阶控制方法，能够很好的分 清主轴转速调节和进给速度调节之间的匹配关系，但是在实际加工过程中，主轴转速和进 给速度之间的关系由对应加工环境的每齿吃刀量决定，同时也会受到机床性能的限制。
【发明内容】
[0006] 为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种数控加工参数实时自适应优化方 法。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种数控加工参数实时自适应优 化方法，其特征在于包括以下步骤：
[0008] 步骤1.确定零件材料和刀具型号，将零件材料和刀具型号、目标切削力Fd、每齿 进给量fz〇输入到CNC系统中，采用霍尔电流传感器测量数控机床主轴电机的三相输入电流 (Iu，Iv，Iw)，同时采用测力仪测量对应的实际切削力Fc ;
[0009] 步骤2.对所测电流通过放大、滤波与A/D转换处理，计算等效直流电流，按照公 式：
【权利要求】
1. 一种数控加工参数实时自适应优化方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤1..确定零件材料和刀具型号，将零件材料和刀具型号、目标切削力Fd、每齿进给 量fz〇输入到CNC系统中，采用霍尔电流传感器测量数控机床主轴电机的三相输入电流（1"， Iv，Iw)，同时采用测力仪测量对应的实际切削力Fc ; 步骤2..对所测电流通过放大、滤波与A/D转换处理，计算等效直流电流，按照公式：
步骤3..建立反映IKMS和F。对应关系的数学模型；获取动态切削力F。，按照公式：Td =KtlRMs-Tf+KfFc 式中，Td为主轴电机的输出扭矩，Kt为实验获得的比例系数， Tf为主轴电机的摩擦转矩，Kf为切削力系数； 步骤4?对动态切削力Fc和目标切削力Fd进行比较，动态切削力信号Fc进入切削过程 评价系统，按照模糊控制规则对动态切削力F。和目标切削力Fd进行评价； 步骤5..按照模糊逻辑算法计算优化的进给速率和主轴转速；将优化的进给速率和主 轴转速值输入CNC系统，对进给速率和主轴转速进行修调与控制； 步骤6..重复上述过程，直到零件加工过程结束。
【文档编号】G05B19/18GK104407568SQ201410719430
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月1日 优先权日:2014年12月1日
【发明者】田锡天, 寇萌 申请人:西北工业大学