CN102081376A - 一种基于指令序列优化的加工负荷控制*** - Google Patents
一种基于指令序列优化的加工负荷控制*** Download PDFInfo
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Abstract
一种基于指令序列优化的加工负荷控制***,其结构为:参数设置模块主要用于设置加工参数、加工约束条件、加工零件的CAD数据和加工代码,提供零件的几何模型和加工指令序列代码数据,生成相应的参数文件;学习模块学习零件加工指令序列对应的切削负荷、振动和加工精度,生成包含参数设置信息和本模块学习结果的数据文件,为分析模块提供切削负荷、振动和加工精度信息;分析模块用于完成确定有待优化的位置和加工指令序列代码,并进行图形化显示表示有待优化的位置和加工指令序列代码;优化模块对加工指令序列进行优化,生成新的加工指令序列代码,并统计分析,生成优化后的加工指令序列代码文件。本发明能够在现有条件下实现高精度加工。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床加工负荷控制技术领域,具体是一种基于指令序列分析的嵌入数控***的加工负荷控制***。
背景技术
数控机床是一种高效的自动化加工设备,它严格按照加工程序,自动对被加工工件进行加工,把从数控***外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序,它是一系列加工指令序列的集合,数控加工程序表示了数控机床要完成的全部动作。
由于目前的数控加工程序在设计编写时,只基于加工零件的几何轮廓特征,是加工轨迹的几何信息表达,没有考虑数控机床的机电***动态特性和机床本身的能力,因此,在实际的加工过程中,由于切削力过大,易导致机床实际加工轮廓与实际的轮廓有误差、加工振动剧烈,严重可能导致加工不稳定,加工无法进行。
而在实际的加工过程中,由于数控机床是无法改变,为了保证加工精度要求,最大限度地发挥机床的能力,因此需要对加工过程进行控制。在此方面的研究主体主要是大学和企业。学校的成果主要集中在控制方法和监测手段方面,由于缺乏较强的工业应用背景,无法在实验室模拟工业现场各种突发工况,使得研究的技术成果与工业应用还存在一定的差距。而企业,主要从应用的角度出发,提出了一些可行的方法,并开发了一系列的商用产品,实时对加工过程中振动、切削力进行实时监测,一旦振动和负荷过大,提示操作者,甚至直接对控制机床的加工,让机床停止加工,如德国的Artist,以及国外高档机床上集成了类似的功能,如米克朗五轴加工中心,MAZAK的高档车铣加工中心;还有的***,能实时监测加工过程中的负荷,调整切削参数,实时控制加工过程中的负荷,具有快速的响应特性,能对切入、切出和刀具碰撞等情况进行监测,保护刀具,提高加工效率,如以色列Omative公司开发的优铣、优车控制***,该***的功能已集成于西门子和法拉克的高档数控***,已成为其选择功能模块,该公司申请了一系列国际专利,其中自适应控制车床操作与***申请了中国专利申请(99811978.4),该专利申请中主要介绍了车削自适应控制算法。西安交通大学也提出了实时误差补偿方法及其装置(CN87100136)。前述方法主要特点和存在问题:
(1)大部分技术没有与数控***进行集成。
(2)智能性差,无法自动确定适应机床、刀具以及工件的工况,需要人工参与程度大。
(3)即使实现了与数控***集成,但由于数控***资源的约束,而且监控技术与数控***厂商分别是两家公司,技术保密的原因,导致无法做到最佳整合,难保证加工过程监控的实时性。
(4)成本高。
发明内容
本发明旨在克服已有技术的不足,提供一种基于指令序列优化的加工负荷控制***,该***可以在现有条件下实现高精度加工。
本发明提供的一种基于指令序列优化的加工负荷控制***,其特征在于,该***包括参数设置模块、学习模块、分析模块以及优化模块;
参数设置模块主要用于设置加工参数、加工约束条件、加工零件的CAD数据和加工指令序列代码,提供零件的几何模型和加工指令序列代码数据,设置完毕后生成相应的参数文件;将其中的零件几何和加工指令序列代码传送给学习模块,将零件几何、加工参数、加工指令序列代码和指标分别传送给分析模块和优化模块,为分析模块和优化模块提供评判标准和优化指标;
学习模块学习零件加工指令对应的切削负荷、振动和加工精度,并生成既包含参数设置信息和本模块学习结果的数据文件,为分析模块提供切削负荷、振动和加工精度信息,这些信息与加工指令序列代码和零件几何特征相对应;
分析模块用于完成确定有待优化的位置和加工指令序列代码,并进行图形化显示表示有待优化的位置和加工指令序列代码,并提供给优化模块;
优化模块根据分析模块输出的分析结果和参数模块设定的优化目标,对加工指令序列进行优化,生成新的加工指令序列代码,并统计分析,显示优化后的结果,并生成优化后的加工指令序列代码文件。
本发明建立了一种基于指令序列优化的加工负荷控制***,并嵌入至数控***。该***通过试切零件,学习加工该零件的相关加工负荷和振动信息,根据优化策略数据库中的规则,优化加工指令序列代码,控制负荷,使得负荷和振动在设定范围内,保证加工精度,保护刀具和机床。
传统的数控机床在进行数控加工过程,它首先通过数控编程,将G代码输入到数控***中,随后G代码进入解释器、插补器生成控制电机运动的插补当量,输入到伺服单元中,通过伺服驱动***控制电机按照数控加工编程所要求的位移进行速度控制。理想的情况下,数控机床将按照G代码的要求加工出满足要求的工件,同时机床也处于良好的工作状态。但是由于机床在实际工作中,由于负载、加工状态改变,机床本身非线性的影响,必然导致最后机床实际加工过程中出现影响加工质量现象发生,如加工振动,刀具易磨破损,最易出现此类现象的情况如切入、切出,切削余量大的位置以及加工拐角处(曲率较大的位置)。针对在大批量生产的条件下,加工零件比较固定,加工零件的毛坯质量较为稳定,切削负荷是工艺***的重要输入,导致各种复杂响应(振动、变形),影响加工质量,本发明提出一种基于数控指令序列的切削负荷控制方法,应用于加工工艺参数相对稳定的精加工、半精加工中,能有效解决上述问题。其基本思想:本发明针对具体的零件,通过零件试切,实时测量加工过程中工况信息,直接获取由机床本身的伺服驱动提供的加工负荷信息,如电流和功率,并配合外加加速度传感器。记录整个加工过程中信号,提取特征,对比分析设定的加工要求,包括精度和振动以及切削力要求,确定存在问题的加工位置和加工指令序列,分析导致与设定加工要求存在误差的原因,从优化策略数据库中选择相应的优化策略,优化相应的加工指令序列,控制切削负荷的大小和频率,使得加工负荷适应机床、刀具、工件以及夹具的特性,实现在现有条件下的高精度加工。
附图说明
图1是本发明***的结构示意图;
图2是学习模块流程图;
图3是分析模块流程图;
图4是优化模块流程图。
具体实施方式
本发明***首先通过学习加工大批量加工的某一零件的工况特征和精度,其中工况信息包括切削负荷和振动,在学习过程中,嵌入数控***学习模块要实时获取对应的加工指令,采集指令运行时对应的加工负荷、振动,同时在线获取或者离线获取(人工输入)相关零件几何位置的加工精度,***自动确定零件几何位置对应的加工指令代码。
然后,分析加工零件精度与实际加工精度的误差以及振动特征,寻找存在问题的加工位置,确定影响精度和导致振动的原因,并自动确定相应的加工指令序列代码。
最后,根据原因采取相应的切削负荷优化策略,优化加工指令序列代码,改变加工参数,控制切削负荷。实际加工此类零件时按照优化后的加工指令序列代码进行,当优化后的加工指令序列代码还不能满足要求,再重复步骤1-3,直到满足加工要求为止,然后可以固化该零件的加工指令序列代码,无需再进行优化。
当零件和工艺***任何要素改变,需要重新进行学习和优化,确定实验相应工艺***特性的加工指令序列代码。
如图1所示,本发明提供的基于指令序列分析的嵌入数控***加工负荷控制与优化***包括参数设置模块1,学习模块2,分析模块3以及优化模块4。
参数设置模块1主要用于设置加工参数、加工约束条件、加工零件的CAD数据和加工代码,为分析模块3和优化模块4提供评判标准、优化指标,为其他三个模块提供零件的几何模型和加工指令序列代码数据,设置完毕后生成相应的参数文件。
主要设置加工此零件的振动约束、切削负荷约束、精度约束、加工参数、零件CAD数据文件、加工指令序列代码文件。其中加工参数具体包括工件材料、主轴转速、进给速度等等,这些参数用于后面学习模块和分析模块的数据处理和分析。设置完毕后生成相应的参数文件。
学习模块2主要完成采集相关数据,学习零件加工指令对应的切削负荷、振动和加工精度,并生成既包含参数设置信息和本模块学习结果的数据文件,为分析模块提供切削负荷、振动和加工精度信息,这些信息与加工指令序列代码和零件几何特征相对应。
如图2所示,学***均功率、平均扭矩电流、扭矩电流方差和振动信号方差)。本模块通过对一定时间内的数据进行处理,作为该段时间内的加工状态的表征,每种信号对应一个特征。同时这些特征与对应加工指令代码和零件的几何特征相对应。加工完后,如果机床配有相应的在线测量设备,可在线测量零件加工精度(特别是零件精度要求严格、影响使用性能和装配的关键位置),否则,也可通过人工测量关键位置的精度,这些精度数据也要与加工零件几何模型的对应,***再根据几何模型,自动确定相关指令代码,在设计数据结构中要考虑数据的对应问题,保证它们之间对应关系。学习过程中获取的数据为下一步分析提供数据资源。学习完毕后生成学习数据文件。
分析模块3主要完成确定有待优化的位置和加工指令序列代码,并进行图形化显示表示有待优化的位置和加工指令序列代码。本模块为优化模块提供有待优化的加工指令序列代码信息、原因以及对应的零件位置,并生成即包含参数设置信息和本模块的分析结果的分析文件。
如图3所示,分析流程为:通过学习模块,获取相关的加工状态信息(负荷信息,振动信息)与加工精度信息,根据参数设置模块设置的精度要求、振动指标要求,对比分析相关对应位置的精度,计算设定指标与实际测量值之间的误差,根据误差,确定有待优化的指令序列。分析监测负荷超出变化的原因,了解加工轨迹对加工负荷的影响,特别在曲率波动较大位置,分析切削负荷的变化。根据零件本身的结构模型,建立刚度分析模型,分析在监测的负荷下零件的变形和振动,对比测量精度和振动数据,确定导致误差的原因。当误差过大时,分析在监测的加工负荷下加工轨迹,可确定产生误差的原因是主要包括两个方面的原因:一是切削负荷过大;二是力的作用方向不合理。当振动过大时,主要原因包括三个方面,一是切削负荷过大,可通过频域分析,首先判断振动频率是否跟机床的运动部件转动频率一致;其次,分析频率是否跟齿频率一致,确定是否是强迫振动还是颤振。分析完毕后,保存分析后的结果,图形显示有待优化位置,点击优化的位置,可根据操作者要求显示相应加工指令序列和导致加工结果的原因。分析完毕后生成分析数据文件。
优化模块4根据分析模块输出的分析结果和参数模块1设定的优化目标,对程序进行优化,生成新的加工指令序列代码,并统计分析,显示优化后的结果,并生成优化后的加工指令序列代码文件。
本发明方法的基本思想是考虑了机床参数后,对数控加工指令序列进行优化,实现良好的数控加工。如图4所示,优化流程为:它首先读取由前面分析模块输出的分析结果文件(数据),了解导致加工结果的原因,从优化策略数据库中找到相应的优化策略,优化相应的加工指令序列,优化策略数据库可以根据在解决加工问题中获取的经验,同时,操作者自行添加相应问题的解决策略,丰富优化策略数据库的优化规则,常见的优化策略在本控制***的优化策略数据库中已建立。例如,在加工拐角位置时,一般存在轴过象限的问题,易引起较大的误差,而且,曲率大后,导致切削热不易散发,切削力也大,已导致刀具磨损和破损,影响加工精度,因此,在拐角处,一般需要对其连续轨迹进行离散,分段约束其进给速度,控制切削力,甚至在过象限位置,需要进行加速度控制;在某些位置,并不是在曲率较大位置,如果切削负荷较大,由于进给速度是影响切削力的重要因素,可调整进给速度,控制切削力;当由于力的作用方向不当,导致误差过大时,可通过优化轨迹(走刀方向)和刀具的姿态。当振动超出设定的指标时,根据前面分析的结果,采取相应的优化策略,如当振动主要是强迫振动,可采取改变进给、切深和切宽等参数来进行控制切削负荷,但为了尽量减少对工艺的影响,主要以调整进给速度为主;当颤振时,主要通过改变主轴转速来优化加工指令序列代码;优化完毕后,生成优化加工指令序列代码文件。
本发明不仅局限于上述具体实施方式,本领域一般技术人员根据本发明公开的内容,可以采用其它多种具体实施方式实施本发明,因此,凡是采用本发明的设计结构和思路,做一些简单的变化或更改的设计,都落入本发明保护的范围。
Claims (1)
1.一种基于指令序列优化的加工负荷控制***,其特征在于,该***包括参数设置模块(1)、学习模块(2)、分析模块(3)以及优化模块(4);
参数设置模块(1)主要用于设置加工参数、加工约束条件、加工零件的CAD数据和加工指令序列代码,提供零件的几何模型和加工指令序列代码数据,设置完毕后生成相应的参数文件;将其中的零件几何和加工指令序列代码传送给学习模块(2),将零件几何、加工参数、加工指令序列代码和指标分别传送给分析模块(3)和优化模块(4),为分析模块(3)和优化模块(4)提供评判标准和优化指标;
学习模块(2)学习零件加工指令序列对应的切削负荷、振动和加工精度,并生成既包含参数设置信息和本模块学习结果的数据文件,为分析模块(3)提供切削负荷、振动和加工精度信息,这些信息与加工指令序列代码和零件几何特征相对应;
分析模块(3)用于完成确定有待优化的位置和加工指令序列代码,并进行图形化显示表示有待优化的位置和加工指令序列代码,并提供给优化模块(4);
优化模块(4)根据分析模块(3)输出的分析结果和参数模块(1)设定的优化目标,对程序进行优化,生成新的加工指令序列代码,并统计分析,显示优化后的结果,并生成优化后的加工指令序列代码文件。
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---|---|
CN (1) | CN102081376A (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104777785A (zh) * | 2015-03-02 | 2015-07-15 | 华中科技大学 | 一种基于指令域分析的数控加工工艺参数动态优化方法 |
CN105938352A (zh) * | 2015-03-02 | 2016-09-14 | 发那科株式会社 | 避免主轴过热的数值控制装置 |
CN106020132A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-10-12 | 西北工业大学 | 基于现场实测切削力数据与离线优化的粗加工进给速度优化方法 |
CN107765640A (zh) * | 2016-08-17 | 2018-03-06 | 财团法人工业技术研究院 | 远端加工优化***与方法 |
CN109882883A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-06-14 | 北京慧辰资道资讯股份有限公司 | 一种基于人工智能优化锅炉燃煤效率的方法及装置 |
CN110347115A (zh) * | 2018-04-08 | 2019-10-18 | 华中科技大学 | 主轴共振转速在线检测和优化的方法及*** |
CN111958611A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-20 | 华中科技大学 | 考虑轮廓误差最小的铣削加工机器人姿态优化方法及设备 |
CN112384867A (zh) * | 2018-07-11 | 2021-02-19 | 三菱电机株式会社 | 机器学习装置、数控加工程序生成装置及机器学习方法 |
CN112394642A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-02-23 | 华中科技大学 | 一种基于超参数优化的机器人铣削加工颤振辨识方法 |
CN113552846A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-26 | 深圳市玄羽科技有限公司 | 一种马达转速检测***及其使用方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20010012972A1 (en) * | 2000-02-03 | 2001-08-09 | Ichiro Matsumoto | Numerical control apparatus and control method fo machine tool |
US20030163208A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-08-28 | Star Micronics Co., Ltd. | Numerically controlled machine tool and a program transforming method therefor |
CN101029856A (zh) * | 2006-12-30 | 2007-09-05 | 北京航空航天大学 | 数控机床加工动力学特性测试分析*** |
CN101497140A (zh) * | 2009-02-26 | 2009-08-05 | 上海交通大学 | 五轴数控侧铣加工进给率离线规划方法 |
-
2011
- 2011-02-25 CN CN 201110045708 patent/CN102081376A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20010012972A1 (en) * | 2000-02-03 | 2001-08-09 | Ichiro Matsumoto | Numerical control apparatus and control method fo machine tool |
US20030163208A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-08-28 | Star Micronics Co., Ltd. | Numerically controlled machine tool and a program transforming method therefor |
CN101029856A (zh) * | 2006-12-30 | 2007-09-05 | 北京航空航天大学 | 数控机床加工动力学特性测试分析*** |
CN101497140A (zh) * | 2009-02-26 | 2009-08-05 | 上海交通大学 | 五轴数控侧铣加工进给率离线规划方法 |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104777785B (zh) * | 2015-03-02 | 2016-04-20 | 华中科技大学 | 一种基于指令域分析的数控加工工艺参数动态优化方法 |
CN105938352A (zh) * | 2015-03-02 | 2016-09-14 | 发那科株式会社 | 避免主轴过热的数值控制装置 |
CN104777785A (zh) * | 2015-03-02 | 2015-07-15 | 华中科技大学 | 一种基于指令域分析的数控加工工艺参数动态优化方法 |
CN106020132A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-10-12 | 西北工业大学 | 基于现场实测切削力数据与离线优化的粗加工进给速度优化方法 |
CN106020132B (zh) * | 2016-06-07 | 2018-10-19 | 西北工业大学 | 基于现场实测切削力数据与离线优化的粗加工进给速度优化方法 |
CN107765640A (zh) * | 2016-08-17 | 2018-03-06 | 财团法人工业技术研究院 | 远端加工优化***与方法 |
CN110347115A (zh) * | 2018-04-08 | 2019-10-18 | 华中科技大学 | 主轴共振转速在线检测和优化的方法及*** |
CN112384867A (zh) * | 2018-07-11 | 2021-02-19 | 三菱电机株式会社 | 机器学习装置、数控加工程序生成装置及机器学习方法 |
CN112384867B (zh) * | 2018-07-11 | 2021-10-29 | 三菱电机株式会社 | 机器学习装置、数控加工程序生成装置及机器学习方法 |
CN109882883A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-06-14 | 北京慧辰资道资讯股份有限公司 | 一种基于人工智能优化锅炉燃煤效率的方法及装置 |
CN111958611A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-20 | 华中科技大学 | 考虑轮廓误差最小的铣削加工机器人姿态优化方法及设备 |
CN112394642A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-02-23 | 华中科技大学 | 一种基于超参数优化的机器人铣削加工颤振辨识方法 |
CN112394642B (zh) * | 2020-11-27 | 2022-09-20 | 华中科技大学 | 一种基于超参数优化的机器人铣削加工颤振辨识方法 |
CN113552846A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-26 | 深圳市玄羽科技有限公司 | 一种马达转速检测***及其使用方法 |
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