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自适应控制节省刀具和时间

作者：Larry Haftl 来源：《国际金属加工商情》

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自适应控加系统从2O世纪60年代初就开始使用，但是在过去几年的时间内，微处理器速度的不断提高及低价计算机存储器的涌现已经大大增强了采用这种控制系统的优点。一般地，这些优点包括通过优化刀具负载降低循环时间，通过预防刀具破损延长刀具寿命，通过消除不必要的换刀而编短维护和停机时间，降低零件温度，减少手动零件程序优化的必要，减少废品和返工等。

自适应加工控制系统采用传感器来测量主轴电机的功率负载和调节进给速度，从而实现连续负载。它相当于机床操作员不断调节进给速度以维持恒定的功率负载。只不过这种调节是由系统自动进行的。自适应控制系统可以以微秒速度对负载变化作出响应、而人类操作员则通常要稍微慢一些。

那么自适应控制系统与刀具路径优化软件相比，有嘟些优点呢？

当今的某些CAM及CAM验证软件在其内部带有刀具路径优化功能．可以在切削图谱中定义刀具路径段，在刀具上维持恒定负载，并对每个切削段基于特定切削条件而自动调节进给速度。软件会基于每段的其体切削条件而指定刀具路径和进给速度，包括切深、切削宽度以及切削角度等。验证软件还有另一个优点，就是在开始切削前检查刀具路径的完整性，并发现任何可能的、代价昂贵的错误。

遗憾的是，任何这些软件产品及其代码都不存在针对导致断刀的大量常见状况进行自动调节的任何手段。这些状况包括材料硬度的变化、工件尺寸以及表面不均匀、刀具磨用、切削过程中温度变化以及夹其的不稳定等。为了避免因为这些状况产生断刀，程序员必须使用在最坏情况下采用的进给速度来保证比较安全，但效率较低的切削过程。即使如此，也依然存在断刀的可能，尤其是在加工当今各种产品中所用大量坚韧金属时。

而自适应控制却可以安全应对这些可能的状况，同时维持从高的金属切除率。它不是优化和验证软件的替代，而是机床控制器的延伸，使机床可以应对软件无法处理的各种变化。

自适应控制系统

自适应控制系统的工作原理

自适应控制是某些刀具监控系统中存在的功能延伸。一个典型的自适应控制系统可筑通过往加工中心的主轴负载传感器输入数据或者从添加的变送器采集数据而测量主轴电机的功率负载。用户针对某次特定切削编定理想的功率值，而系统则对进给速度倍率进行控制，以维持恒定的功率。直到前不久，自适应控制系统还很复杂，且很难编程。但如今，这些系统配备图形显示，可以显示施加的进给速度以及当前使用的功率值。操作员可以通过按钮提高或降低进给速度倍率。此外，可以对机床的控制器进行适当编程，让它在任意点接通和关闭自适应控制功能，同时还可以给机床上每把刀具指定该功能。

通过刀具监控系统，机床操作员可以设置负载门槛值及其他参数，保证在超出门槛值时发出警报并停止机床。但是，自适应控制系统却可以调节进给速度，防止刀具达到这种门槛值。尽管有大量公司制造刀具监控控制器，但是仅仅只有少数同时还提供自适应控制选项。

Caron Engneering工程公司的总裁Rob Caron说“在加工锻件以及铸件时，自适应控制特别有用。我们有些客户在铸件中发现有较硬金属块——掉到熔融铸铁中的钢螺母和螺钉等。在钻头或铣刀碰到此类金属块时，刀具通常会断裂，但是自适应控制系统却会立即感应到硬度方面的差异，然后降低进给速度，直到刀具通过了硬点为止。即使金属中没有意外的硬块，铸件的硬度也极易变化高达300%，而自适应控制系统可以调节进给速度以应对这种变化。我们给航空领城——如通用电气公司及Pratt & whitney等——出售大量自适应控制系统。他们加工的金属硬度非常高，以至于在单次切削中，刀具就会变钝。在发生这种情况时，刀具可能在切削过程中断裂，导致废品或返工，但是借助自适应控制．进给速度可以减慢，保证变钝的刀具能够完成切削。”

Caron Engneering的刀具监控系统

Caron说：“有好几家公司生产刀具监控系统，但他们却不涉及自适应控制。每个拥有刀具监控系统的人都喜欢我们的系统，他们越来越多地购买，并装到越来越多的机床上。有些工作是在大学实验室完成的，但是他们试图将自适应技术带到一种过高的水准，其中他们结合了声学技术，并在调节进给速度的同时修改主轴速度。两者这样兼顾就增加了复杂性，而控制器也可能无法对此进行足够响应，以足够快地调节进给速度。在所有自适应切削中，80%～90%可以简单地通过基于功率调节进给速度而实现。”

GE Fanuc的生产率解决方案产品经理Mark Brownhill说：“基于功率调节进给速度可以在不必花费很高成本的情况下产生许多价值。但是我们现在正在利用高速机床自学习功能，其中将考察伺服对于某特定零件将产生什么作用，而且如果它发现出现谐振，则可以补偿或预测性地调节进给速度．以避开这样的状况。这些系统需要较高的存储容量，而直到最近控制器中的存储器才价格合适，可以保证成本效益。”

Smith & Wesson Firearms(www.smith-wesson.com)在其28台加工中心上采用Caron的自适应控制系统。Smith & Wesson的新技术经理Richard Picard说：“我们在过去15年的时间里，一直采用刀具寿命管理软件，俱是如果你的刀磨得不好，或者你的刀具供应商给你提供不同的刀片，那么有时候在预定切削时间未到达之前，刀具就会断裂。而自适应功能却可以预防这一点。如今，几乎从来没有发生断刀现象。可以在硬质合金钻头和立铣刀上进行十次或十次以上的重磨。按分钟计量刀具寿命，利用刀具监控功能，在刀具真正变钝之前，它会触发报警，机床停机。如果一名操作员操作五、六台机床，那么操作员必定是在时时换刀，有些机床会停机等候换刀。更有甚者，在用维修刀刃运作时，破损的刀具可能引起机床损坏，破坏机床操作时间和生产率。但是，对于自适应控制，它却可以调节进给速度，从而不会达到报警速度，相反会提醒操作员换刀。这样就叮以提高操作员的效率。”

自适应控制主要在不注重表面栩糙度的粗切中使用，但是Smith & Wesson却在精加工中也用。．Picard说“我们既在粗加工，也在精加工刀具上采用自适应控制。我们是一个生产性工厂，可以快速制作精加工和粗加工用特制刀具。”
尽管预防刀具破损是自适应控制系统的主要优点，但是所有生产这种系统的公司都声称它们还可以降低循环时间。

维护技术公用的应用工程师Steve Blum说：“一般的零件程序会快速让刀具靠近待加工材料。然后在开始切削前，暂停一小会。而新的自适应控制系统响应时间为毫称级，因此无需暂停，因为一旦碰到材料边缘，进给速度就可以立即降低到一个合适的速度。有个生产小型医疗零件的客户发现，通过避免这种暂停，每个零件的加工时间可以大大缩短。”除了降低或避免不必要的加工暂停外．若条件允许，这种系统还可以提高进给速度，这样就进一步降低了循环时间。

Caron，GE Fanuc及维护技术公司提供的自适应控制系统可以添加到机床上并与机床的现有控制器连接。海德汉直接在其新推出的iTNC 530控制器系列中建有其自适应控制功能。海德汉的市场部经理Chris Weber说：“自适应控制是公司内部开发的一种解决方案，并且是iTNC 530控制器的一个整体组成部分。用户可以用M代码指令接通和关闭自适应控制，或者可以针对加在特定刀具上的负载及进给速度而指定自适应进给控制，可以适当设况参数，以确保当前刀具上的负载太高时选择一把新刀具。所有过程数据都显示在控制器的屏幕上，从而无需配备个人计算机来获取所有信息。”客户可以定购已启用或未启用自适应控制功能的iTNC 530。如果他们以后也启动该功能，则可以通过购买并输入一个代码字来实现。

维护技术公司的系统，对每台机床的报价为9000～14000美元，具体价格视安装的机床而定。Caron Engneering的报价为12000美元左右。海德汉的自适应控制选项价格为5400美元，但是用户还必须从其购买一个iTNC 530控制器，价格在4000～30000美元之间，具体视型号而定。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (6/2/2007)


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