自适应加工控制技术在CNC机床上的应用

如何提高金属切削数控机床的加工效率,充分利用机床主轴最大转速、最大负载和轴最大进给速率,加工材质、切削量多变的工件,同时又能自动保护机床和主轴系统,保护较昂贵的进口刀具,这已经越来越受到终端用户和机床制造厂家关注的问题之一。以色列OMAT公司的ACM自适应控制监控系统正是为了适应这种要求,从控制角度为解决该问题提出的理想方案。

OMAT公司ACM作为西门子840D数控系统的重要选件,可以提供多种版本形式,外装式ACM装置、纯软件集成式ACM、PC卡软硬件混合式ACM和单元软硬件混合式ACM。其中,第一种软硬件均做在ACM装置中,外部接线多,但不受数控系统和主轴驱动器的限制,主要针对老系统和不能安装集成ACM系统的机床用。第2、第3种是软件为主的ACM系统,极少或无外部接线,但是受非出口型数控系统限制,要求系统软件版本高,目前在出口到国内的840D系统中难以实现。因此我们在与OMAT公司合作中选用了第4种版本的ACM系统。

单元软硬件混合式ACM系统工作原理

该ACM系统由三部分组成(图1)。

图1 单元软硬件混合式ACM系统

·ACM控制单元:数字量输出至840D系统的NCU,模拟量输入信号来自OMAT功率传感器模块。ACM测量采集的主轴功率信号通过SINUMERIK RS232 串口与CNC的PC部分通讯。

·ACM实时控制软件:集成在ACM控制单元的微处理器中。

·ACM用户画面接口:Windows用户图形界面用于配置和监控自适应控制过程。

ACM是一个实时自适应控制系统,实时采样机床主轴负载变化,据此自动调节机床进给率至最佳值。并且时实监视记录主轴切削负载、进给率变化,刀具磨损量等加工参数,并输出图形、数据至Windows用户图形界面。这些数据还可以存储在硬盘供以后查阅存档。

安装与调试

1．硬件安装

原理图见图2所示,主轴功率经OMAT LA55-P型电流互感器测量,功率转换器放大后,由9芯插头输入至ACM控制单元；进给修调数字量信号输入至PLC输入模块；ACM控制单元与PCU50(用户操作接口)由RS232串口通信连接。此外还有以下控制信号:ACM激活后给PLC的输入信号；ACM出现故障进给保持信号；以及PLC报警使ACM产生复位的ACM RESET信号。

图2 原理图

2．PLC软件编程

(1)下载OMAT标准PLC控制程序FB30并在OB1中调用:

CALL FB30 “OMAT_CYCLIC FB”

ACMFEEDOUT := IB40 //来自ACM的进给修调信号

ACMFEEDOUT := I40.6 //来自ACM的报警进给保持信号

ACMFEEDOUT := I40.7 //来自ACM的激活信号

ACMFEEDOUT := T10 //来自ACM的激活延时信号

(2)局部修改西门子标准MCP(机床控制面板)管理子程序FC19:

U DB50.DBX11.0 "OMAT_CYCLIC FB_IDB". ACMALARMOUT //PLC报警信号

R≠#MST_Inp23 [ 0 > "NC_STOP" //使NC停止

(3)编程NC报警文本程序(程序略)

(4)修改机床参数:MD12030 OVER_FACTOR_FEEDRATE[23>=1.3

MD12030 OVER_FACTOR_FEEDRATE[24>=1.4

MD12030 OVER_FACTOR_FEEDRATE[25>=1.5

3．ACM用户图形界面PC软件安装

(1)在F:>\OEM下创建OPMS新目录

(2)将OMAT软盘上的下列文件拷入新建目录F:>\OEM\OPMS

·OPMS.MDI ·OPMS.ZUS

(3)将文件025_GR.DLL和025_UK.DLL拷贝到F:>\OEM\LANGUAGE；

打开文件RE_GR.INI和RE_UK.INI插入语句:HSKT=“OMATIVE ACM”

(4)打开F:>\OEM下的文件REGIE.INI插入语句:

TASK=NAME:=OPMS,TimeOut=6000

(5)拷贝OPMS.INI到F:>\OEM；拷贝OPMS.EXE到F:>\HMI_ADV

(6)安装结束后重新启动西门子HMI。

运行OMAT ACM系统

图3 ACM主画面

ACM PC软件安装完毕,在西门子840D系统主菜单增加名为OMAT ACM的软键,按此键进入ACM主画面(见图3)主画面显示下列信息。ACM运行方式,3种方式选其中之一。状态监视,过载、运行、主轴、在线/离线等状态。主轴功率和进给率是实时变化曲线及数值。当前运行值,参考编号、零件编号、开始加工时间、运行耗时、切削工件耗时、节约用时(%)、最小进给率(%)、最大进给率(%)、当前修调值(%)。

ACM工作模式:

ACM启动/停止方式:通过NC程序H功能自动或者手动启动/停止运行。

切削参数输入方式:切削参数如,刀具类型、齿数、工件材料、切削量(深度)和速度可以手动(Preset)或者在学习(Learn)方式自动记录切削参数,然后在学习后(by learn)方式按照记录参数,监控机床运行。

ACM运行方式:

进给控制方式:ACM连续测量主轴负载并且实时自动调节进给率,出现过载则发出报警停止机床。

监控方式:ACM连续测量主轴负载但不调节进给率,有两种监控模式供选择—最大负载监控或负载允差监控。

事件记录方式:在此方式ACM只是将动态切削数据存储在系统存储器中,不做输出处理。

OMAT ACM的特色和效果

传统金属加工刀具断裂不可检测和控制、刀具磨损靠手动监视、效率低,而OMAT ACM系统的自适应控制技术对传统加工技术提出了挑战,优化了金属切削CNC加工过程,提高了加工效率。典型应用统计:轮廓铣削省时约38%；铣槽省时约34%；3D铣面省时约37%；钻孔省时约28%。并且具有下列保护功能:铣刀断裂保护(报警并停机防止工件及后续刀具损坏)；深孔钻刀具断裂保护(报警并停机)；刀具磨损监控(数字显示磨损量)；主轴过载保护(报警或停机)。

正是由于OMAT ACM独特的自适应控制技术,效果显著的实用性,国外许多著名公司如Siemens AG、 Turbinenwerke、 Chevron Aerospace、Boeing、General Electric、Mitsubishi Motors, Toshiba GE 和Toyota Motors等公司都已大量使用,取得了明显的效果。

交大昆机科技股份有限公司与以色列OMAT公司合作,成功地将单元软硬件混合式ACM系统集成安装于产品机床THM4680卧式加工中心的840D系统上,还做了大面工件切削对比实验,切削效率提高约33%。ACM的机床负载量化控制以及对刀具、主轴的安全保护功能,使得操作者放心最大限度的满负荷使用机床,而又不至于对机床造成伤害。这尤其适用于面切削、加工铸钢等硬质材料、模具加工业、深孔钻削、使用高价进口刀具等用户。国内航空航天、纺织、家电等行业的知名企业也率先正在陆续使用该产品。相信随着数控加工技术、高速切削等先进金属加工理念在国内企业的普及应用,自适应加工技术一定会得到广泛应用。

null

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。