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數(shù)控機床切削加工過程的模型參考自適應(yīng)控制研究

作者: 時間:2009-12-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
在由機床、刀具、工件組成的系統(tǒng)上進行是一個動態(tài),有許多因素和參數(shù)(如工件毛坯裕量不勻、材料硬度不一、刀具磨損、刀刃積屑瘤、受力變形、振動和熱變形等)將使不能處于最佳狀態(tài),從而影響切削的生產(chǎn)效率、質(zhì)量和經(jīng)濟效益,甚至還會影響切削過程的正常進行。為了解決這一問題,在20世紀(jì)60年代,提出了一種機床的自方法,在切削過程中采用該方法能根據(jù)隨時變化的實際切削條件及時修正切削用量。

  根據(jù)(MRAC)思想,建立了切削加工過程MRAC,然后對進行動力學(xué)過程仿真。同時,分別對加工過程的反饋閉環(huán)和開環(huán)控制進行仿真,并將這3種仿真結(jié)果進行比較,從仿真結(jié)果可以看出,MRAC的機床切削加工性能指標(biāo)最好。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/163446.htm

1MRAC的工作原理

  的MRAC是以機床、刀具、工件系統(tǒng)所完成的切削過程作為調(diào)節(jié)對象。該控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。它除了一般數(shù)控機床的位置和速度控制回路以外,還增加了MRAC反饋回路。當(dāng)系統(tǒng)受到各種隨機因素的干擾后,切削過程的狀態(tài)參數(shù)立刻發(fā)生變化,通過傳感器隨時檢測這些參數(shù)的數(shù)值并經(jīng)轉(zhuǎn)換,在MRAC控制單元中與給定的評價指標(biāo)或約束條件(即期望的性能指標(biāo))進行判別和比較,得到性能指標(biāo)偏差,然后給主機CNC輸出校正信號,對系統(tǒng)的輸人參數(shù)進行修正,從而使切削過程向預(yù)定的指標(biāo)和條件轉(zhuǎn)變,以達到最佳狀態(tài)。


圖1數(shù)控機床MRAC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2機床切削加工MRAC模型的建立

  機床切削加工過程MRAC模型如圖2所示,由伺服機構(gòu)、切削過程、模型調(diào)節(jié)機構(gòu)、前饋裝置和反饋裝置等環(huán)節(jié)組成。


圖2切削加工過程MRAC模型框圖

  伺服環(huán)節(jié)可用一個二節(jié)系統(tǒng)表示:

  (1)

  式中:s為拉氏變換的算子;u為伺服輸入(V);Kn為伺服增益(mm/(V?s));ωn為伺服系統(tǒng)的自然頻率(rad/s);v為進給速度(mm/s);ξ為阻尼系數(shù);f為進給量(mm/r),可表示為:

  (2)

  式中:n為主軸轉(zhuǎn)速(r/min);戶為銑削時刀具的齒數(shù),車削時p=1。

  考慮到模型調(diào)節(jié)機構(gòu)是作為理想的性能指標(biāo),因此,該環(huán)節(jié)依然和伺服機構(gòu)的環(huán)節(jié)一樣,即

  切削加工過程的靜態(tài)切削力Fs可表示為:

  (3)

  式中:Ks為切削比力(N/mm2),m為指數(shù)(一般m1),Ks、m都取決于工件材料和刀具形狀;a為背吃刀量(mm)。

  根據(jù)不同加工過程特性,F(xiàn)s動態(tài)過程也可由式(3)表示。假設(shè)m=1,其動態(tài)過程可用一個一階系統(tǒng)來表示:

  (4)

  式中:τ為時間常數(shù)。


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