應用在數控機床上的自適應控制系統
1、問題的提出
現在普遍地，數控機床在加工過程中都維持一個固定不變的進給速率，這個進給量是由加工程序預先設定好的。為了保證生產的安全，編成人員必須按照負荷最大的工況設定這個進給速率，但實際上這種工況或許只占整個工序的5%。那么如何提高數控機床的加工效率，優化刀具進給量，同時又能自動保護機床的主軸系統和昂貴的刀具不受損壞已經成為終端用戶和機床制造廠家十分關注的問題。為了解決這個問題以色列OMAT公司將自適應控制技術應用在數控機床上，研發了成熟的產品――OMAT數控機床自適應系統，并已經在全球廣泛應用。
2、工作原理
自適應控制技術應用在數控加工上，是通過檢測機床主軸的負載，運用內部的專家系統對采集的主軸負載信號和相應的刀具及工件材料數據進行分析處理，實時計算出機床最佳的進給速率并應用到數控加工過程中，從而大幅度提高生產效率，并在加工過程中穩定、連續、自動的控制進給速率，同時實現動態的刀具保護功能（如圖1所示）。
圖1 根據切削狀況變化實時調節刀具進給率
在加工過程中，自適應控制系統可以依據控制對象的輸入輸出數據，進行學習和再學習，不斷地辨識模型參數并進行修正。隨著生產過程的不斷繼續，模型會變得越來越準確，越來越接近于實際，最終將自身調整到一個最優的工作狀態，實現加工過程的優化。
3、主要功能
1) 大幅提高加工效率
OMAT自適應控制系統實時采樣機床主軸負載變化，在較小載荷的情況下增大進給速率，在較大載荷的情況下減少進給速率，達到縮短加工周期、提高加工效率的目的。
2) 保護刀具、機床、工件不受損害
傳統加工刀具斷裂不可檢測和控制、刀具磨損靠手動監視、效率低。在自適應控制系統的控制下，加工參數會實時自動地適應刀具負荷和切削工況。如果加工中出現突發性事件造成超載（例如刀具或工件受到的沖擊、工件毛坯的直徑增加太大等），自適應控制系統會把進給速率自動減小到內部的專家系統所允許安全值，必要時強制機床停機。當這些突發事件過去后，系統再把進給速率增加到內部的專家系統所允許的最大值，從而有效地保護刀具，減少刀具的磨損，進而延長刀具的使用壽命。
OMAT自適應控制系統具有下列保護功能：
銑刀斷裂保護（報警并停機防止工件及后續刀具損壞）
深孔鉆道具斷裂保護（報警并停機）
刀具磨損監控（數字顯示磨損量）
主軸過載保護（報警或停機）
3) 實時監控、記錄切削加工狀況
自適應控制系統可以對數控加工過程進行實時的監控，并將所有在切削過程中的性能數據（主軸切削負載、進給率變化、刀具磨損量、加工工件數、切削時間等）統計起來實時生成加工情況報表，并輸出圖形、數據至Windows用戶界面，形成完整的機床檔案，供管理人員進行評估、分析，從而輔助生產管理。這些數據還可以存儲在硬盤供以后查閱存檔。
4、顯著效果
提高加工效率等于降低制造成本！典型應用統計：輪廓銑削省時約38%；銑槽省時約34%；3D銑面省時約37%；鉆孔省時約28%。如果每臺設備提高加工效率按30%～40%計算，那么安裝三部以色列OMAT優銑控制器（優化數控銑床加工的自適應控制系統），就相當于多出一臺數控機床或加工中心的加工率。據已有的國內外使用數據計算，只需4～9個月即可收回用于購買OMAT產品的投資。
在生產中，自適應控制系統在加工第一件工件時就學習對刀具磨損進行監測。在隨后的加工中，系統繼續對刀具的狀況進行監測，并按刀具的當前磨損程度占最大磨損程度的百分比來進行顯示。隨著刀具的磨損，自適應控制系統能夠實時的根據刀具磨損量，自動計算出最佳的進給速度，刀具磨損到一定程度時提醒操作者更換刀具。這樣一來數控程序員可以象在使用嶄新鋒利的刀具情況一樣設定進給量。即自適應控制器對刀具的磨損進行補償。
綜上，保護刀具延長其使用壽命、保護機床減少停機時間、保護工件減少廢品出現等因素都可進一步減少成本，縮短您的投資回報周期。
5、OMAT自適應系統應用現狀及前景
OMAT自適應控制系統因其效果顯著的實用性，現已被國外許多著名公司使用，如Siemens、Turbinenwerke、Chevron Aerospace、Boeing、General Electric、Mitsubishe Motors、Toshiba GE和Toyota Motors等。國內航空航天、紡織、家電等行業的知名企業也陸續使用該產品。交大昆機科技股份有限公司與以色列OMAT公司合作成功地將系統集成安裝于產品機床THM4680臥式加工中心的840D系統上，還做了大面工件切削對比實驗，切削率提高約33%。這些已經使用了OMAT數控優化系統的企業已經獲得了相當可觀的經濟效益。
相信隨著數控加工技術的不斷發展和應用，自適應加工技術一定會得到廣泛應用，為中國制造業企業帶來突飛猛進的發展。
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