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前言：

引言

粗車是一種對(duì)毛坯進(jìn)行簡(jiǎn)單加工或初級(jí)加工的工藝過(guò)程，其主要目的是切除毛坯余量，加工效率是其關(guān)注的重點(diǎn)，因此，在粗加工時(shí)_般都設(shè)定盡可能大的進(jìn)給量和切削深度，以便在盡可能短的時(shí)間內(nèi)切除盡可能多的切屑，對(duì)于普通加工中心而言，粗車主要由操作者依據(jù)作業(yè)工藝,憑經(jīng)驗(yàn)完成作業(yè)任務(wù)。但是，對(duì)于數(shù)控加工中心而言，其加工過(guò)程及工藝參數(shù)是按照程序設(shè)定值進(jìn)行工作的。一旦程序編制完成，數(shù)控加工中心在切削作業(yè)中就按照設(shè)定好的工藝參數(shù)以恒定的進(jìn)給速度進(jìn)行切削。在程序編制的過(guò)程中，因?yàn)橐苊馇邢鬟^(guò)載對(duì)刀具、工件和加工中心產(chǎn)生破壞，須按照負(fù)荷上限區(qū)間的工況選擇加工參數(shù)。但是，在整個(gè)切削作業(yè)中，切削量處于切削深度上限這種工況一般只占整個(gè)工序的5% ^{^[1]}^{^[2]}^*左右，而進(jìn)給速度卻_直按照程序設(shè)定值進(jìn)行工作，這就極大的降低了加工效率¹。在作業(yè)較多、加工批量較大的情況下，加工效率低的問(wèn)題就顯得尤為突出。

為了解決此類問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的眾多學(xué)者和企業(yè)進(jìn)行了廣泛的研究。劉衛(wèi)^u以最大主功率為主要約束條件，按照用戶設(shè)定的優(yōu)化參數(shù)自動(dòng)調(diào)整不同加工段的進(jìn)給速度來(lái)保持恒定最大主功率狀態(tài)，從而使單位時(shí)間內(nèi)的材料切除量最大，任斐等¹³¹建立了一種切削力預(yù)測(cè)模型，該模型可以有助于提高加工效率。陳曉兵等¹¹¹針對(duì)采用恒定進(jìn)給速度加工效率不高問(wèn)題，研究了基于分段刀軌加減速過(guò)渡的進(jìn)給速度優(yōu)化方法。王虎奇等^s針對(duì)五軸加工中因刀具的進(jìn)給速度選擇不當(dāng)會(huì)影響加工表面質(zhì)量等問(wèn)題，提出一種修正的調(diào)速方法。胡命華h針對(duì)五軸側(cè)銑加工過(guò)程，提出一種進(jìn)給速度優(yōu)化方法。Elwm等提出了一種基于離線切削

力分析的面向5軸復(fù)雜自由曲面加工中進(jìn)給速度優(yōu)化方法。Firman @等提出一種基于在線過(guò)程的數(shù)控加工中心進(jìn)給調(diào)速方法。同時(shí)，國(guó)外一些知名企業(yè)也研發(fā)了一些數(shù)控系統(tǒng)加工優(yōu)化控制器，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)合實(shí)際工況進(jìn)行進(jìn)給速度控制,但是其核心算法是保密的。

通過(guò)對(duì)上述研究的分析可知,對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速適宜結(jié)合預(yù)測(cè)控制方法，其核心問(wèn)題是對(duì)切削進(jìn)給力進(jìn)行分析和控制。作者們?cè)趯?duì)加工中心的能量平衡方程及能耗特性的研究中發(fā)現(xiàn)，能耗可以迅速響應(yīng)負(fù)載變化，進(jìn)給系統(tǒng)的能量輸入與進(jìn)給力存在二次函數(shù)關(guān)系。鑒于此，作者們提出一種基于功率預(yù)測(cè)的數(shù)控加工中心粗車過(guò)程中進(jìn)給系統(tǒng)速度控制模型，來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)速控制。該方法的核心思想是實(shí)時(shí)采集粗車過(guò)程的功率值,并對(duì)下一時(shí)刻的功率進(jìn)行預(yù)測(cè);然后把功率的預(yù)測(cè)值輸入調(diào)速控制模型，預(yù)測(cè)切削工況即背吃刀量的值;進(jìn)而根據(jù)功率預(yù)設(shè)值和所預(yù)測(cè)的背吃刀量，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給速度的控制，以適應(yīng)不同切削工況，提高切削效率。

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3總結(jié)與后續(xù)工作展望

改變數(shù)控加工中心粗車過(guò)程中以恒定的進(jìn)給速度進(jìn)行切削的加工方式，使之根據(jù)實(shí)際的切削工況，實(shí)時(shí)地優(yōu)化進(jìn)給速度,是提高加工效率的有效手段。同時(shí)，通過(guò)對(duì)進(jìn)給速度進(jìn)行優(yōu)化還可以有效降低加工成本，提高加工中心利用率。鑒于此，本文提出一種基于功率預(yù)測(cè)的數(shù)控加工中心粗車過(guò)程中進(jìn)給系統(tǒng)速度控制模型。該模型可以基于對(duì)粗車過(guò)程中功率信息的有效預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)切削工況即背吃刀量的預(yù)測(cè)，進(jìn)而根據(jù)功率預(yù)設(shè)值和所預(yù)測(cè)的背吃刀量，進(jìn)行調(diào)速，不僅可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度控制,又有效解決了調(diào)速滯后問(wèn)題，提高了切削效率。試驗(yàn)測(cè)試和仿真分析的結(jié)果驗(yàn)證了調(diào)速控制模型的可行性。由于未能獲取試驗(yàn)加工中心控制系統(tǒng)的接口和權(quán)限，因此對(duì)調(diào)速部分只做了靜態(tài)仿真，該調(diào)速控制模型的效率如何,以及控制參數(shù)的整定和優(yōu)化，還有待于在加工中心上進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)測(cè)試。

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功率預(yù)測(cè)的數(shù)控加工中心粗車過(guò)程中進(jìn)給系統(tǒng)調(diào)速模型

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