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智能自适应数控加工可根据加工状况的改变,自动调整切削速度、进给速度、切削深度等加工参数,而大幅度地提高加工质量和加工效率,使得智能自适应数控技术成为21世纪数控技术发展主流。目前国内外对智能自适应数控加工的研究大多集中在对转矩变化的控制上,对切削力变化的控制还局限于直接测量切削力来完成。这种方法存在着许多缺陷,以至于该项技术长期未能推广。
本论文在分析总结国内外在数控机床自适应监控方面的研究动态及趋势的基础上,借助FANUC数控平台,开发了三维数控加工实验系统,对数控机床及交流伺服电机矢量控制原理进行了系统的分析,提出了进给伺服电流间接监测切削力这一研究思路。首次对伺服电机的特性进行研究,将伺服电机作为测力仪,通过建立切削力与伺服电机电流的对应模型,进行三维切削力的测量与分析。主要研究内容如下:
选取FANUC数控平台,深入研究数控系统内部功能结构,对吊挂单元、电柜单元、伺服单元采用模块化设计思想。开发操作面板、I/O分配板、继电器板、控制柜等;对电柜单元、电路板单元的电器元件的布局精心设计,达到强弱电分离、数字地和模拟地分离、系统区域屏蔽的效果;编制PMC程序,最后进行系统调试。结合三坐标工作台搭建三轴数控铣削实验平台。
分析了铣削加工过程,依据三相永磁同步交流伺服电机矢量控制原理,提出伺服电流间接监测切削力的测量方法,提取反映切削力变化的电机电流信号特征参数。以上述研究为基础,基于转矩模拟平台、霍尔元件,设计并搭建电磁转矩—进给伺服电流实验平台,进行伺服电流与转矩关系测量实验,研究实时监测进给伺服驱动单元的电流信号。分析研究切削力自适应控制技术,设计基于FANUC数控系统自适应进给速度控制系统,提出了一套数控铣床的自适应控制方案及控制算法。