自適應(yīng)加工技術(shù)在數(shù)控加工領(lǐng)域的分類與應(yīng)用探究

呂世旭 沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了降低各類問題的發(fā)展，則需要在加工過程中適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行控制，同時(shí)還需要在控制過程中提高對(duì)過程和對(duì)象所處環(huán)境出現(xiàn)惡化或者多變的情況。在遇到此種情況的時(shí)候，大多數(shù)系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)比較明顯的不確定性和非線性，從而導(dǎo)致其無法應(yīng)用數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行描述。對(duì)于此類系統(tǒng)，經(jīng)典的反饋控制就會(huì)顯得十分無力，而光依靠變結(jié)構(gòu)控制和自適應(yīng)控制技術(shù)雖然能夠有效改善上述問題，但是由于該控制技術(shù)仍需要依賴系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，從而導(dǎo)致問題無法從源頭上得到解決。所以本文主要對(duì)自適應(yīng)數(shù)控加工技術(shù)和應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

一、自適應(yīng)數(shù)控加工特點(diǎn)

通常情況下，自適應(yīng)數(shù)控加工過程中，常見的特點(diǎn)主要可以概括為三個(gè)方面，這三個(gè)方面分別是：提高生產(chǎn)效率、簡(jiǎn)化數(shù)控機(jī)床的編程工作、降低生產(chǎn)成本等想，下面主要對(duì)自適應(yīng)數(shù)控加工特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

（一）提高生產(chǎn)效率

智能自適應(yīng)數(shù)控加工屬于一項(xiàng)先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)，其特點(diǎn)更多的體現(xiàn)在粗加工階段所采用的自適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)中。通常情況下，在傳統(tǒng)數(shù)控加工過程中，為了避免過載現(xiàn)象的發(fā)生，一般會(huì)選擇以最差切削條件來進(jìn)行編程，并采用較保守的進(jìn)給率，這樣將會(huì)導(dǎo)致加工效率比較低。而在只能對(duì)自適應(yīng)數(shù)控加工過程給予約束，并需要結(jié)合切削寬度和深度變化特點(diǎn)來對(duì)主軸轉(zhuǎn)速、切削速度等參數(shù)給予一定的調(diào)節(jié)，始終保持最大的進(jìn)給率，同時(shí)零件形狀越復(fù)雜，所對(duì)應(yīng)的加工余量越大，但是可以獲取比較好的自適應(yīng)數(shù)控加工效果。通過大量的試驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，自適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)具有比較高的加工效率，且提高了20%-40%，為今后的發(fā)展奠定一定基礎(chǔ)。

（二）簡(jiǎn)化數(shù)控機(jī)床的編程工作

通常情況下，智能自適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)可以結(jié)合實(shí)際工況來完成“自我編程”，而且基于給定的控制目標(biāo)下，還能夠確定瞬時(shí)切削用量，這樣一來編程者不需要再對(duì)每次切削用量和走刀路徑進(jìn)行選擇，而且還可以完成空行程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，具備切入切出轉(zhuǎn)換和識(shí)別功能，在空行程時(shí)還需要采用高速進(jìn)給，接觸工作件時(shí)對(duì)進(jìn)給速度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而有效降低輔助時(shí)間，降低切入過程中給數(shù)控加工技術(shù)產(chǎn)生的沖擊，以此來有效防止過載問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具、機(jī)床和工件的有效保護(hù)，通過約束某些物理量減少自適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)被破壞。

（三）降低生產(chǎn)成本

實(shí)際上，切削工件成本主要包括三個(gè)部分，這三個(gè)部分分別是：切削時(shí)工費(fèi)、輔助過程的工時(shí)費(fèi)用還有刀具的相關(guān)費(fèi)用等。在切削加工時(shí)，為了更好的降低生產(chǎn)成本，需要選用較大的切削用量，但是提高切削用量將會(huì)導(dǎo)致刀具壽命縮短，提高刀具相關(guān)費(fèi)用，因此會(huì)存在一個(gè)與最低成本相匹配的最優(yōu)切削量。而自適應(yīng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化可以結(jié)合加工參數(shù)的實(shí)際檢測(cè)數(shù)值，控制切削，從而降低生產(chǎn)成本。

二、自適應(yīng)加工技術(shù)在數(shù)控加工領(lǐng)域的分類與應(yīng)用介紹

自適應(yīng)加工技術(shù)在數(shù)控加工領(lǐng)域的分類與應(yīng)用主要可以總結(jié)為三個(gè)方面，這三個(gè)方面分別是：在數(shù)控設(shè)備中的自適應(yīng)控制技術(shù)、自適應(yīng)數(shù)控加工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用高速數(shù)控加工速度的自適應(yīng)控制等，下面主要對(duì)數(shù)控加工領(lǐng)域中，自適應(yīng)加工技術(shù)的分類與應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

（一）在數(shù)控設(shè)備中的自適應(yīng)控制技術(shù)

通常情況下，對(duì)于普通數(shù)控加工切削而言，其需要數(shù)控機(jī)床嚴(yán)格按照NC 程序預(yù)先提交的進(jìn)給率進(jìn)行勻速加工，但是金屬切削屬于一個(gè)時(shí)變、高度非線性、不確定性較強(qiáng)、隨機(jī)干擾嚴(yán)重的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過程，同時(shí)刀具的磨損程度和切削余量都在不斷發(fā)生著變化，且NC 程序中的進(jìn)給率無法優(yōu)化加工目標(biāo)。實(shí)際上，切削工況的變化也在誘發(fā)設(shè)備功率、扭矩、切削力和震顫等參數(shù)都在不斷的發(fā)生著變化，而刀具磨損程度監(jiān)視方式的缺乏、刀具斷裂等都需要數(shù)控設(shè)備具有比較高的自適應(yīng)水平。

（二）自適應(yīng)數(shù)控加工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

對(duì)于美國本迪克斯公司來說，其在1962-1964 年第一個(gè)優(yōu)化自適應(yīng)數(shù)控明系統(tǒng)研制成功，該系統(tǒng)也由一臺(tái)K 型靠磨床、NC 控制器、自適應(yīng)控制器和傳感器組成，傳感器測(cè)量切削力矩、刀具溫度還有機(jī)械振動(dòng)，自適應(yīng)控制器需要借助這些數(shù)據(jù)來對(duì)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度進(jìn)行優(yōu)化，從而使各項(xiàng)性能指標(biāo)最優(yōu)化。但是該系統(tǒng)并沒有得到有效推廣和應(yīng)用，造成這一現(xiàn)象的主要原因是自適應(yīng)系統(tǒng)可以在線對(duì)刀具磨損進(jìn)行測(cè)量，以便更好的了解和掌握刀具磨損情況。

（三）高速數(shù)控加工速度的自適應(yīng)控制

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，有效推動(dòng)了開放式CNC 系統(tǒng)的發(fā)展，并不斷拓展和豐富現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的功能，且在數(shù)控加工系統(tǒng)中一些比較復(fù)雜的自適應(yīng)算法也開始被廣泛應(yīng)用，從而有效提高數(shù)控加工精度和效率。同時(shí)在數(shù)控機(jī)床高速運(yùn)行階段，還需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行平滑的控制，以此來有效降低較大沖擊對(duì)零件加工質(zhì)量的不利影響，并實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的有效保護(hù)。實(shí)際上，通過平滑處理多程序段運(yùn)動(dòng)速度，還可以降低加工過程中對(duì)機(jī)床產(chǎn)生的沖擊，進(jìn)而使其加工精度和效率得到有效提升。

三、總結(jié)

綜上所述，基于信息化時(shí)代背景下，人工智能在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，不斷提高了數(shù)控系統(tǒng)的智能化水平，此時(shí)在數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)工作中，還需要借助自適應(yīng)控制技術(shù)來對(duì)重要信息進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的有效改變。同時(shí)我們也應(yīng)該依據(jù)成熟的自適應(yīng)控制理論，進(jìn)一步研究使用數(shù)控系統(tǒng)，特別是高速數(shù)控的集成自適應(yīng)控制系統(tǒng)，因?yàn)檫@一數(shù)控技術(shù)是數(shù)控系統(tǒng)自適應(yīng)控制真正走向?qū)嵱玫闹匾Ｕ稀?/p>