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数控机床如何实现智能化yb亚博yb亚博?
发布时间:2019-09-26 09:12:45 浏览次数:1030次

本文从传感器出发yb亚博,将数控机床的智能技术按层次划分为智能传感器、智能功能yb亚博yb亚博yb亚博、智能部件yb亚博yb亚博、智能系统等部分yb亚博,对智能技术进行了总结yb亚博,指出不足yb亚博,揭示了发展方向yb亚博yb亚博,并对未来进行了展望yb亚博。

智能传感器由机床yb亚博yb亚博、刀具yb亚博yb亚博、工件组成的数控机床制造系统在加工过程中,随着材料的切除yb亚博yb亚博,伴随着多种复杂的物理现象yb亚博,隐含着丰富的信息。在这种动态yb亚博yb亚博yb亚博yb亚博、非线性、时变yb亚博yb亚博、非确定性环境中,数控机床自身的感知技术是实现智能化的基本条件yb亚博yb亚博。 数控机床要实现智能yb亚博,需要各种传感器收集外部环境和内部状态信息,近似人类五官感知环境变化的功能yb亚博。对人来讲yb亚博,眼睛是五官中重要的感觉器官yb亚博yb亚博,能获得90%以上的环境信息yb亚博,但视觉传感器在数控机床中的应用还比较少。随着自动化和智能化水平的提高,视觉功能在数控机床中将发挥越来越重要的作用yb亚博。

智能功能数控机床向高速yb亚博yb亚博yb亚博yb亚博、yb亚博、高精化发展yb亚博yb亚博,要求数控机床具有热补偿yb亚博、振动监测yb亚博、磨损监测yb亚博yb亚博、状态监测与故障诊断等智能功能yb亚博。融合几个或几种智能传感器yb亚博,采用人工智能方法yb亚博,通过识别、分析、判断及推理yb亚博,实现数控机床的智能功能yb亚博,为智能部件的实现打下基础yb亚博。 数控机床的误差包括几何误差yb亚博、热(变形)误差yb亚博yb亚博、力(变形)误差yb亚博yb亚博yb亚博、装配误差等yb亚博。研究表明yb亚博,几何误差、热误差占到机床总误差的50%以上,是影响机床加工精度的关键因素yb亚博。其中yb亚博,几何误差是制造yb亚博yb亚博yb亚博yb亚博、装配过程中造成的与机床结构本身有关的误差yb亚博yb亚博,随时间变化不大yb亚博yb亚博,属于静态误差yb亚博yb亚博yb亚博yb亚博,误差预测模型相对简单yb亚博yb亚博,可以通过系统的补偿功能得到有效控制yb亚博,而热误差随时间变化很大yb亚博,属于动态误差yb亚博yb亚博yb亚博,误差预测模型复杂yb亚博,是国际研究的难点和热点。

数控机床在加工过程中的热源包括轴承yb亚博yb亚博、滚珠丝杠、电机、齿轮箱yb亚博、导轨yb亚博、刀具等。这些部件的升温会引起主轴延伸yb亚博、坐标变化yb亚博、刀具伸长等变化yb亚博,造成机床误差变大yb亚博。

在航空航天领域,随着钛合金yb亚博、镍合金yb亚博、高强度钢等难加工材料的广泛应用yb亚博yb亚博yb亚博,以及高速切削条件下yb亚博,切削量的不断增大yb亚博yb亚博yb亚博yb亚博,刀具yb亚博yb亚博yb亚博、工件间很容易发生振动,严重影响工件的加工精度和表面质量yb亚博。由于切削力是切削过程的原始特征信号yb亚博,能反映加工过程的动态特性yb亚博yb亚博,因此可以借助切削力监测与预报进行振动监测yb亚博。借助测力仪、力传感器、进给电机的电流等,利用粒子群算法yb亚博、模糊理论、遗传算法yb亚博、灰色理论等对切削力进行建模和预测yb亚博?yb亚博?悸堑揭鸹舱穸脑蛑饕兄髦?、丝杠yb亚博、轴承等部件yb亚博yb亚博,也可以采集这些部件的振动yb亚博yb亚博、切削力、声发射等信号,利用神经网络、模糊逻辑yb亚博yb亚博yb亚博、支持向量机等智能方法直接进行振动监测yb亚博。
 
刀具安装在主轴前端,与加工工件接触yb亚博,直接切削工件表面,对加工质量的影响是直接和关键的yb亚博yb亚博yb亚博。刀具磨损yb亚博yb亚博yb亚博、破损等异常现象影响加工精度和工作安全yb亚博。鉴于直接测量法需要离线检测的缺陷yb亚博,常采集电流yb亚博、切削力yb亚博、振动yb亚博、功率、温度等一种或多种间接信号yb亚博,采用RBF神经网络yb亚博yb亚博、模糊神经网络、小波神经网络yb亚博、支持向量机等智能算法对刀具磨损状态进行智能监测。 随着自动化程度的提高yb亚博,数控机床集成越来越多的功能yb亚博yb亚博yb亚博,复杂程度不断提高。为了运行yb亚博,对数控机床的内部状态进行监测与性能评价yb亚博、对故障进行预警与诊断十分必要yb亚博yb亚博yb亚博。由于故障模式再现性不强yb亚博yb亚博,样本采集困难yb亚博yb亚博,因此BP神经网络等要求样本多的智能方法不适合这种场合yb亚博。

智能部件数控机床机械部分主要包括支撑结构件yb亚博、主传动件、进给传动件、刀具等部分yb亚博,涉及到床身、立柱yb亚博、主轴、刀具yb亚博、丝杠与导轨以及旋转轴等部件yb亚博。这些部件可以集成智能传感器的一种或几种智能功能构成数控机床智能部件。

主轴是主传动部件yb亚博,作为核心部件yb亚博yb亚博,直接关系到工件加工精度。由于主轴转速较高yb亚博yb亚博yb亚博,特别是电主轴yb亚博yb亚博yb亚博yb亚博,发热yb亚博、磨损yb亚博、振动对加工质量影响很大yb亚博,因此,越来越多的智能传感器被集成到主轴中,实现对工作状态的监控yb亚博、预警以及补偿等功能yb亚博。

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