基于传感器的数控加工自适应.doc

基于传感器的数控加工自适应 一、数控技术概述 1 二、我国数控技术发展现状 1 三、 数控发展趋势 2 （一）、性能发展趋势 2 （二）、功能发展趋势 3 （三）、体系结构的发展趋势 3 四、 自适应控制技术在数控技术中的应用 4 （一）、自适应切削 4 （二）、机床加工过程的自适应控制技术 5 （三）、加工过程中的智能控制技术的发展 5 五、 基于传感器的数控加工自适应（面向切削） 6 （一）、数据采集：传感器 7 （二）、数据记录：数据库 8 （三）、控制决策：模糊自适应结合神经网络的控制系统 8 六、结语 9 七、 参考文献 10 一、数控技术概述 数控技术也叫计算机数控技术（Computerized Numerical Control 简称：CNC），它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。数控技术是制造业信息化的重要组成部分。 数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。 二、我国数控技术发展现状 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 图2 切削自适应系统 （二）、机床加工过程的自适应控制技术 世界上第一台加工过程优化与自适应控制系统是60年代初美国的Bendix公司研制成功的自适应控制铣床，从此以后各种应用自适应控制技术的机床不断产生。总的来讲，加工过程适应控制分作三大类：即：自适应控制(AC)、人工适应控制(MAC)、准适应控制(QAC）。 图3 自适应控制(AC) 图4人工适应控制(MAC） 图5准适应控制(QAC） （三）、加工过程中的智能控制技术的发展 由于传统自适应控制依赖于过程模型，但在机械加工过程中由于加工参数的影响而具有严重的不确定性和时变性，传统的自适应控制难以胜任，而智能控制不依赖过程模型，为处理这一不确定性问题提供了新的途经，应用于加工过程的智能控制技术，主要有三个类型：（1）基于人工智能的专家控制技；（2）基于模糊集理论的模糊控制技；（3）基于神经网络的智能控制技术。 图6 专家控制系统 图7模糊自适应控制系统框图 图8 机械加工过程神经网络最优自适应控制系统框图 基于传感器的数控加工自适应（面向切削） 通常，在传统的数控机床上加工零件时，一般是先编写零件加工程序清单，即用程序规定零件加工的路线和工艺参数(如主轴转速、进给速度等)，数控系统根据加工程序控制机床的运动，将零件加工出来。然而，程序清单中预先给定的工艺参数，通常与编程人员的经验和知识有关，往往不一定是最优的，而且一旦确定下来就不能自动随切削条件变化(如刀具磨损，毛坯的硬度变化，加工余量的不均匀等)而变化，只能采用比较保守的工艺参数，这就大大降低了效率，增加了生产成本，使得数控机床的功能不能得到真正的发挥。为了解决这一问题，我们可以在数控加工过程中采用计算机实时控制技术，这样在数控加工中当负载出现变化时，能够及时调整相应的工艺参数，以适应负载的变化，从而使切削加工过程维持在较为恒定的水平。数控机床加工过程的自适应控制，PID控制，神经网络控制以及现在的专家系统控制正是为了适应不同的加工条件需求而发展起来的，它们的主要思想：在数控加工过程中进行在线检测、自动辨识加工过程的状态参数，并能够根据预定的评价指标(恒切削力，恒切削速度，恒切削功率等)做出“智能”决策，及时自动地修正工艺参数，使切削过程始终存于最佳状态，从而获得更优的切削效益。 基于以上的理由，可以采用自使用的方式优化加工，但应用自适应关键问题包括：如何采集数据、如何存储数据、如何进行控制决策。接下来分别对切削加工适用自适应系统几个关键问题进行设计： （一）、数据采集：传感器 面向切削加工过程的自适应控制技术需要采用在线或在位的方式对加工过程中的切削力、主轴扭矩、工艺系统振动及刀具磨损等进行实时监测、动态分析、工艺