基于时序推演与前置预控的数控切削自适应控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于时序推演与前置预控的数控切削自适应控制方法，包括以下步骤：步骤S110、基于时序的自学习：步骤S120、前置预控自适应控制；步骤S130、刀具质量评估：重复步骤S120，加工新零件并分别记录每个零件加工过程中刀具经过突变位置的时间，并根据该时间计算刀具的磨损系数，并与换刀临界值的磨损系数进行对比。有益效果：通过获取零件几何参数与物理参数之间的对应关系，对负载突变出进行标注并对加工位置进行推演，而后给予前置控制，减少加工过程中有负载突变引起的工件加工刀具不稳定问题，提升加工效率，实现刀具保护。

Adaptive control method of NC cutting based on timing deduction and pre control

The invention relates to an adaptive control method of numerical control cutting based on time sequence deduction and pre control, which includes the following steps: step S110, self-learning based on time sequence: step S120, pre control adaptive control; step S130, tool quality evaluation: repeat step S120, process new parts and record the time when the tool passes through the sudden change position in the processing process of each part, and According to this time, the wear coefficient of the tool is calculated and compared with that of the critical value of tool change. Beneficial effect: by obtaining the corresponding relationship between the geometric parameters and physical parameters of the part, mark the sudden change of the load and deduce the machining position, and then give the pre control, reduce the instability of the workpiece machining tool caused by the sudden change of the load in the machining process, improve the machining efficiency, and realize the tool protection.

【技术实现步骤摘要】
基于时序推演与前置预控的数控切削自适应控制方法
本专利技术涉及机械工程中的数控切削控制领域，特别是涉及一种基于时序推演与前置预控的数控切削自适应控制方法。
技术介绍
随着航空、航天、汽车、船舶等行业的飞速发展，零件的形状结构越来越复杂，工艺难度越来越高，在数控切削过程中存在着零件复杂结构变化、机床振动、刀具磨损及毛坯表面余量差异等因素影响，造成主轴负载不均。为防止加工过程出现过载，在传统生产加工中依然采用保守的加工参数，且无法根据加工实际状态进行实时加工参数优化，导致加工效率低，刀具磨损大，加工成本高。目前许多企业采用人工控制倍率方式对加工参数调整，这种方式存在失误风险，增加劳动强度，质量稳定性差，无法满足生产需求。随着先进传感技术、数据处理技术与控制技术在数控切削中应用，自适应控制技术可以通过获取数控切削过程中的实时物理信息实现对切削参数的优化和调整。专利CN103197596B公开了一种基于功率键合图法建立数控机床传动系统模型，用MATLAB软件进行仿真，得到模糊控制器输入输出语言变量间的变化关系效果图，据此对模糊控制规则进行优化，提高模糊控制器的控制性能和加工稳定性，由于此种算法不参考经验知识，在线控制过程中计算量较大，系统响应速度较慢。天津大学的李杰在《基于自适应控制技术的铣削参数优化研究》中公开一种自适应铣削参数优化方法，对复杂的在线自适应参数优化进行分割，将难度大且算法复杂的切削参数优化问题以离线的方式完成，将优化后的切削参数作为在线自适应切削参数优化的区间值使用，降低自适应优化复杂程度的同时，有效提高自适应控制安全性和可靠性，离线参数库建立过程中并未涉及零件结构变化、毛坯表面余量不均等引起的负载变化，以及由于进刀、退刀、空走刀等引起的负载突变情况。在线自适应参数的调控基于采集到信号进行调控，系统存在响应时间，对于负载突变位置的参数调控存在滞后，造成负载突变，容易导致刀具损坏，及加工质量差等问题。综上，现有技术中存在以下不足：1、基于工艺试验建立的参数库，仅考虑零件材料、刀具型号、进给速率、主轴负载等参数，未针对具体零件结构特征和加工轨迹进行分析；2、在自适应控制过程，未对进刀、退刀、空走刀等引起的主轴负载突变进行识别和参数调控；3、现有的在线自适应参数调控，仅基于采集实时信号进行调控，存在系统响应延迟，结构突变处会引起负载波动，造成刀具破损或加工质量超标等问题。因此，专利技术人提供了一种前置控制，从而减少加工过程中有负载突变引起的工件加工刀具不稳定问题，提升加工效率，实现刀具保护的控制方法。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种基于时序推演与前置预控的数控切削自适应控制方法，通过获取零件几何参数与物理参数之间的对应关系，对负载突变出进行标注并对加工位置进行推演，而后给予前置控制，解决了现有的数控切削自适应控制过程中对进刀、退刀、零件结构变化、毛坯表面余量差异等导致的负载突变问题的技术问题，实现提升加工效率，实现刀具保护的效果。本专利技术的实施例提出了基于时序推演与前置预控的数控切削自适应控制方法，包括以下步骤：步骤S110、基于时序的自学习：数控机床按照NC程序中给定的恒定进给速度进行加工，系统记录每行程序运行过程中对应的主轴负载值；通过分析时间-主轴负载曲线并结合程序中的几何信息，得到加工过程中的进刀、退刀、空走刀、零件复杂结构变化位置信息，并在NC程序中对以上信息进行注释，生成具有预控制注释的NC程序；根据加工参数库，确定负载突变处进给速率预控值、自适应控制加工负载阈值及稳定控制窗口值；在自适应加工过程中，对主轴负载进行实时采集，通过实际负载与负载阈值比较，调控主轴进给速率，保持负载在稳定窗口内；根据时序关系对刀具位置进行实时推演，在刀具运动到负载突变位置前对进给速率进行预先调控；步骤S120、前置预控自适应控制：运行步骤S110中生成的具有预控制注释的NC程序，通过采集分析零件加工过程中实时主轴负载值，与步骤S110得到的负载阈值进行比较分析，调控主轴进给倍率和主轴转速，保持主轴负载在稳定窗口内；加工过程中对加工位置进行实时推演，在刀具到达负载突变前将进给速率调控为预控值；步骤S130、刀具质量评估：重复步骤S120，加工新零件并分别记录每个零件加工过程中刀具经过突变位置的时间，并根据该时间计算刀具的磨损系数，并与换刀临界值的磨损系数进行对比。进一步地，所述步骤S110中，包括以下操作：对零件加工NC程序进行注释，标注行号代码；运行带有行标注的NC程序，数控机床按照程序中进给速率进行加工；自学习系统按照NC程序行数分别记录采集到的实时负载值p和加工时间t；绘制时间—负载曲线，结合NC程序中的几何信息进行分析，获取零件加工过程中的负载突变特征位置S；在NC程序中对以上特征进行注释，标注负载突变位置及对应的预控制速度；将学习结果存入工艺参数库，并获取自适应控制的负载阈值及稳定窗口值。进一步地，负载突变特征位置包括进刀、退刀、空走刀、零件结构变化和毛坯表面余量不均处的位置。进一步地，所述步骤S120中，包括以下操作：自适应控制系统获取负载阈值P’及稳定窗口值D；运行NC程序，持续采集实时负载值P；判断实际负载P与负载阈值P’之间的关系，调控进给速率。当实际负载在稳定窗口内，则保持原进给速率；如果实际负载不在稳定窗口内，且小于负载阈值，则增大进给速率；如果实际负载不在稳定窗口内，且大于负载阈值，则减小进给速率。基于时序分析，计算刀具实时位置式中F′为实时进给速度，ti为采样时间；根据前置预控时间Δt，推演刀具位置Sq＝S′+F′×Δt；读取NC程序中的负载突变位置S，及预控进给速率F，当Sq＝S时，将主轴进给速率调整为对应的预控进给速率F；自适应控制加工过程中采集的主轴负载、进给速率，存入零件工艺参数库，通过对文件中物理参数、控制参数、几何参数进行分析计算，生成优化后的NC程序及负载阈值和稳定窗口值。进一步地，所述步骤S130中，刀具经过突变位置的时间为刀具磨损系数的计算公式为当m≥m0时，刀具磨损严重，应更换刀具，式中m0为换刀临界值。综上，本专利技术通过采用基于时序推演自学习与前置预控自适应相结合的控制方法，自学习加工过程中获取零件几何参数与物理参数之间的对应关系，对加工过程中的负载突变处进行标注，在自适应加工过程中对刀具加工位置进行推演，在负载突变前对进给速率进行前置控制；采用此种面向零件和NC程序的自适应控制方法，可减少加工过程中由负载突变引起的控制不稳定问题，提高零件加工的稳定性，实现对刀具的保护；此外，通过参数迭代优化，可提高自适应控制的可靠性；最后，通过采集分析加工同一图号、不同零件到达突变位置的时间，求得刀具的磨损系数，可对刀具的质量进行评估，并根据刀具的评估数据给出换刀建议指令，从而提高零件加工的稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于时序推演与前置预控的数控切削自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S110、基于时序的自学习：数控机床按照NC程序中给定的恒定进给速度进行加工，系统记录每行程序运行过程中对应的主轴负载值；通过分析时间-主轴负载曲线并结合程序中的几何信息，得到加工过程中的进刀、退刀、空走刀、零件复杂结构变化位置信息，并在NC程序中对以上信息进行注释，生成具有预控制注释的NC程序；根据加工参数库，确定负载突变处进给速率预控值、自适应控制加工负载阈值及稳定控制窗口值；在自适应加工过程中，对主轴负载进行实时采集，通过实际负载与负载阈值比较，调控主轴进给速率，保持负载在稳定窗口内；根据时序关系对刀具位置进行实时推演，在刀具运动到负载突变位置前对进给速率进行预先调控；/n步骤S120、前置预控自适应控制：运行步骤S110中生成的具有预控制注释的NC程序，通过采集分析零件加工过程中实时主轴负载值，与步骤S110得到的负载阈值进行比较分析，调控主轴进给倍率和主轴转速，保持主轴负载在稳定窗口内；加工过程中对加工位置进行实时推演，在刀具到达负载突变前将进给速率调控为预控值；/n步骤S130、刀具质量评估：重复步骤S120，加工新零件并分别记录每个零件加工过程中刀具经过突变位置的时间，并根据该时间计算刀具的磨损系数，并与换刀临界值的磨损系数进行对比。/n...

【技术特征摘要】
1.基于时序推演与前置预控的数控切削自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S110、基于时序的自学习：数控机床按照NC程序中给定的恒定进给速度进行加工，系统记录每行程序运行过程中对应的主轴负载值；通过分析时间-主轴负载曲线并结合程序中的几何信息，得到加工过程中的进刀、退刀、空走刀、零件复杂结构变化位置信息，并在NC程序中对以上信息进行注释，生成具有预控制注释的NC程序；根据加工参数库，确定负载突变处进给速率预控值、自适应控制加工负载阈值及稳定控制窗口值；在自适应加工过程中，对主轴负载进行实时采集，通过实际负载与负载阈值比较，调控主轴进给速率，保持负载在稳定窗口内；根据时序关系对刀具位置进行实时推演，在刀具运动到负载突变位置前对进给速率进行预先调控；
步骤S120、前置预控自适应控制：运行步骤S110中生成的具有预控制注释的NC程序，通过采集分析零件加工过程中实时主轴负载值，与步骤S110得到的负载阈值进行比较分析，调控主轴进给倍率和主轴转速，保持主轴负载在稳定窗口内；加工过程中对加工位置进行实时推演，在刀具到达负载突变前将进给速率调控为预控值；
步骤S130、刀具质量评估：重复步骤S120，加工新零件并分别记录每个零件加工过程中刀具经过突变位置的时间，并根据该时间计算刀具的磨损系数，并与换刀临界值的磨损系数进行对比。


2.根据权利要求1所述的基于时序推演与前置预控的数控切削自适应控制方法，其特征在于，所述步骤S110中，包括以下操作：对零件加工NC程序进行注释，标注行号代码；
运行带有行标注的NC程序，数控机床按照程序中进给速率进行加工；
自学习系统按照NC程序行数分别记录采集到的实时负载值p和加工时间t；
绘制时间—负载曲线，结合NC程序...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜婷婷，张为民，丁悦，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11