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切削加工过程的在线监测与自适应控制
自适应控制
Process
Online and Control for
Monitoring Adaptive Cutting
北京航空航天大学机械工程及自动化学院柳万珠刘强
随着先进监控技术与测试手段的不断发展,借助先进
传感技术、数据处理技术与控制技术等进行复杂数控加工
全过程几何信息、物理信息获取、处理,进而发展出加工状
态自动判定与优化的智能技术。这类技术一方面集成了车
间长期的工程经验。另一方面集成了通过科学分析得到的
理论模型,通过两者的结合对实时加工状态进行判断,根据
实时工况进行工艺参数的自适应优化。、自
动的控制加工过程并使其保持最优状态,进而获得更高的
加工精度和生产效率,从而实现加工过程控制从依赖技艺
向依靠科学的方向发展。
柳万珠
北京航空航天大学机械工程及自

西安航空发动机集团有限公司研
这种风险来自整个加工过程,如设备具的使用寿命也会受到严重影响。

在实际加工过程中,采用传统加
因素、人为因素、工件因素和刀具因
机械制造专业委员会副主任委员。主
工技术选用的加工参数一般过于保
素等。在实际的生产过程中,多轴数
要从事航空发动机机械翻造工艺和技
控加工过程并非一直处于理想状态。守,且无法根据产品实际的加工状态
术管理工作,参加了多个型号发动机
的研制工作。先后获得公司级科技成
切削力会导致弹性让刀变形,残余应进行加工过程的优化。随着先进监
果多项。
力会引起工件的扭曲变形,机床振控技术与测试手段的不断发展,借助
先进传感技术、数据处理技术与控制
动、刀具磨损、切削热等多种因素也
会导致不同程度的加工变形。这就技术等进行复杂数控加工全过程几
使得加工出来的零件和理论模型之何信息、物理信息获取、处理,进而发
数控加工技术是航空先进制造
展出加工状态自动判定与优化的智
间存在一定的偏差。在加工过程中
技术的重要组成部分。随着航空工
能技术。这类技术一方面集成了车
一旦工艺参数选择不合理,就会导致
业的不断发展,航空制造业对数控加
间长期的工程经验,另一面集成了
工技术的要求越来越高。而控加工件加工表面质量差、设备加工能力
得不到充分发挥,同时机床组件及刀通过科学分析得到的理论模型,通过
工技术仍然存在着技术风险与问题,
86航空制造技术?2012年第14期
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力,测量非常准确,与力的作用点无
两者的结合对实时加工状态进行判于加工过程的具有高实时性、高精度
断,根据实时工况进行工艺参数的自关;在间接测量方法中,部分力通过
和高可靠性的传感器是在线监测的
适应优化,实现连续、稳定、自动的控关键。用于加工过程监测的传感器旁路传递,由于只有部分力作用在传
感器E,间接测力系统安装后需要标
制加工过程并使其保持最优状态,进主要有:功率传感器、力传感器、扭
而获得更高的加工精度和生产效率, 矩传感器、声发射传感器、振动传感定,系统的灵敏度与力的作用点有
关。
从而实现加工过程控制从依赖技艺器、摄像头和激光。
1 功率传感器。 3 扭矩传感器。
向依靠科学的方向发展。
加工过程中的机床主轴或者驱相对于有效功率,主轴扭矩能够
关键技术
更准确地表征刀具的切削力。直接
动电机的功率可以通过功率传感器
面向切削加工过程的自适应控获得,根据监测到的功率数据,可对测量机床主轴的扭矩町以获得更精
制技术需要采用在线或在位的方式功率变化中出现的起伏、波纹、尖峰确的切削力。钻孔、攻丝和多主轴加
工过程的监测使用测量主轴扭矩的
对加工过程中的切削力、主轴扭矩、
方法来获得切削力尤为有效。在多
工艺系统振动及刀具磨损等进行实过相关算法对功率曲线做平滑处理。
时监测、动态分析、工艺参数优化以此外,主轴有效功率可以表征刀具的主轴加[ 过程中,每一个主轴上的切
削过程所消耗的功率都比总的功率
及反馈控制。因此,自适应控制技术切削力,根据切削力与主轴功率的关
的实现需要多种技术的支持,包括传小得多,因此,在这种情况下就不能
系,可将实时监测到的主轴功率转换
感器技术、信号处理技术、基于多传为刀具的切削力,从而获得切削力的用有效功率来表征切削力,而是通过
主轴扭矩来表征切削力。
感器信息融合技术、控制决策技术、实时数据。
4 声发射传感器。
数据库技术等,其关系如图1所示。 2 力传感器。
在切削过程中当刀具断裂时,