数控加工智能控制系统的研制
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摘要
一般数控机床在加工生产中是根据编制的加工程序进行工件的切削，加工过程中的一些参数如：切削速度、进给速度、切削深度等都是在编程时根据机床加工手册和操作者的经验确定。在编程中往往无法预先考虑实际加工过程中出现的一些情况如：加工余量的不一致、工件材质的不均匀、刀具的磨损等对加工质量的不良影响，将加工参数设置得较为保守。为了提高加工效率，操作者在加工过程中根据加工状况不断地调整操作面板上的进给速度、主轴转速这两个参数的修调旋钮，使机床工作在较理想的状态。
本论文在消化吸收以色列OMAT优铣装置技术的基础上，在总结了国内外在智能自适应数控加工技术方面的研究概况及发展动态，选用参数自调整模糊控制算法，研制一种应用在协鸿加工中心的智能控制系统。该系统对整个加工过程进行实时检测，根据检测到的加工状态实时调整进给速度，维持切削功率约束值不变，以提高数控机床在切削加工过程中的适应能力和智能水平，旨在充分发挥加工中心的加工潜力，在保证加工精度的条件下，提高切削效率，降低工件的制造成本。这一控制过程可以说是对机床操作者的智能模拟。
Generally, numerical control machine (NC) machining workpieces depended on parts' program. Some cutting parameters, such as cutting rate, feed rate and cutting depth etc, are fixed on NC machining reference handbook and manipulator's experience. When they program they often set conventional cutting parameters for some things, such as machining remains, material's asymmetry and tools' wear cannot be premeditated, which will be blighted to the quality of the machining workpieces. To raise machining efficiency and make NC machine working in a perfect state, manipulator would constantly adjust feed rate and main spindle speed trim knobs in the operate panel.
On the base of digesting the OPTIMIL's technology of OMAT Company in Israel, The paper summarizes the research situation and developing trend at home and aboard of the intelligence self-adaptive NC machining technology. We choose parameters self-adjusted fuzzy control algorithm and develop a practical intelligent control system applied to Hartford Machining center. The system would regulate feed rate instantly to maintain cutting power invariability depend on monitoring the whole machining process at any time. The intelligent control system enhance NC machine adaptive ability and intelligent level. The machining efficiency is improved and the cost of machined workpiece is reduced with the quality guaranteed. This control process can be looked upon intelligent simulation of the manipulator.
本论文在消化吸收以色列OMAT优铣装置技术的基础上，在总结了国内外在智能自适应数控加工技术方面的研究概况及发展动态，选用参数自调整模糊控制算法，研制一种应用在协鸿加工中心的智能控制系统。该系统对整个加工过程进行实时检测，根据检测到的加工状态实时调整进给速度，维持切削功率约束值不变，以提高数控机床在切削加工过程中的适应能力和智能水平，旨在充分发挥加工中心的加工潜力，在保证加工精度的条件下，提高切削效率，降低工件的制造成本。这一控制过程可以说是对机床操作者的智能模拟。
Generally, numerical control machine (NC) machining workpieces depended on parts' program. Some cutting parameters, such as cutting rate, feed rate and cutting depth etc, are fixed on NC machining reference handbook and manipulator's experience. When they program they often set conventional cutting parameters for some things, such as machining remains, material's asymmetry and tools' wear cannot be premeditated, which will be blighted to the quality of the machining workpieces. To raise machining efficiency and make NC machine working in a perfect state, manipulator would constantly adjust feed rate and main spindle speed trim knobs in the operate panel.
On the base of digesting the OPTIMIL's technology of OMAT Company in Israel, The paper summarizes the research situation and developing trend at home and aboard of the intelligence self-adaptive NC machining technology. We choose parameters self-adjusted fuzzy control algorithm and develop a practical intelligent control system applied to Hartford Machining center. The system would regulate feed rate instantly to maintain cutting power invariability depend on monitoring the whole machining process at any time. The intelligent control system enhance NC machine adaptive ability and intelligent level. The machining efficiency is improved and the cost of machined workpiece is reduced with the quality guaranteed. This control process can be looked upon intelligent simulation of the manipulator.
引文
[1] 左力，程涛．一种新颖铣床智能数控系统的体系结构及其硬件实现．工业控制计算机．1998(4)
[2] 杨叔子，丁洪．智能制造技术与智能制造系统的发展与研究．中国机械工程．1992．3(2)
[3] Hartford Machining center expert
[4] T. Koga. About the FANUC Digital Servo, a corresponding letter on the structure of the FANUC servo controller with the authors(1994)
[5] Kim Tea-Yong, Kim Jongwon. Adaptive Cutting Force Control for a Machining Center by Using Indirect Cutting Force Measurements. Int. J. Mach. Tools Manuf act, 1996. 36(8)
[6] 朱华双．数控铣床智能监控仪的研制．[学位论文]．西安科技学院．2002
[7] 郭兴．铣削加工功率约束神经网络自适应控制系统的研究．武汉交通科技大学学报．1996．23(3)
[8] 杨志永，张大卫，黄田．数控铣削加工过程的神经网络控制．天津大学学报．2000．2(3)
[9] 李友善，李军．模糊控制理论及其在过程控制中的应用．北京：国防工业出版社．1993
[10] 程捷．新型电子功率表的设计与研制．计量技术．1999
[11] Current Transduce LA55-P
[12] ANALOG DEVICES. Low Cost Analog Multiplier AD633
[13] MAXIM. 5th Order, Zero DC Error, Lowpass Filter MAX280/MXL 1062
[14] 曹建文．某工模具热处理车间热处理工艺自动控制系统的硬件设计．[学位论文]．中南林学院．2001．6
[15] 陈润泰，许琨．检测技术与智能仪表．中南工业大学出版社．1999．1
[16] 李华．MCS-51系列单片机实用接口技术．北京航空航天大学出版社．1993
[17] 房小翠．单片微型计算机与机电接口技术等．国防工业出版社
[18] 刘乐善，叶济忠，叶永坚．微型计算机接口技术原理及应用．华中理工大学出版社．1999．9
[19] 田小果．模糊控制在加热炉上的应用．自动化与仪器仪表．2001．5
[20] 胡泽新，蒋慰孙．控制与决策，1991
[21] 李友善，李军．模糊控制理论及其在过程控制中的应用．北京：国防工业出版社，1993
[22]何小艇．电子系统设计．浙江大学出版社
[23]何小艇．高速脉冲技术．浙江大学出版社．1990
[24]Toshiba Photocoupler GaAs Ired Photo-transistor TLP121
[25]杨文峰，孙韶元．参数自调整模糊控制交流调速系统的研究．电工技术杂志．2001．9
[26]Tamg Y S, Cheng ST. Int. J. Mach. Tools Manufact. 1993. 33(4)
[27]胡泽新，蒋慰孙．控制与决策．1991，6(3)
[28]金仁成，李水进等．智能自适应数控加工技术研究综述．2000年第34卷
[29]丛力，丛贵梁等．功率监控在机床中的应用．组合机床与自动化加工技术．1999．10
[30]Integrated Circuit Precision Instrumentation Amplifier AD521
[31]Chinese Fonts built in LCD controller/driver ST7920
[32]程涛，左力．数控机床切削加工过程智能自适应控制研究．中国机械工程．第10卷第1期．1999
[33]王福瑞．单片微机测控系统设计大全．北京航空航天大学出版社
[34]张振荣．晋明武．MCS-51单片机原理及实用技术．人民邮电出版社
[35]周德泽，袁南儿．计算机智能监测控制系统的设计及应用．清华大学出版社
[36]参照OMAT控制系统电路
[2] 杨叔子，丁洪．智能制造技术与智能制造系统的发展与研究．中国机械工程．1992．3(2)
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[22]何小艇．电子系统设计．浙江大学出版社
[23]何小艇．高速脉冲技术．浙江大学出版社．1990
[24]Toshiba Photocoupler GaAs Ired Photo-transistor TLP121
[25]杨文峰，孙韶元．参数自调整模糊控制交流调速系统的研究．电工技术杂志．2001．9
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[30]Integrated Circuit Precision Instrumentation Amplifier AD521
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[35]周德泽，袁南儿．计算机智能监测控制系统的设计及应用．清华大学出版社
[36]参照OMAT控制系统电路