數控機床在線感知與智能控制技術及應用

楊 杰

（江蘇省無錫交通高等職業技術學校，無錫 214000）

早在20世紀80年代底，我國的學者就開始分析研究計算機的開放式數控技術。IEEE指出，開放性數據平臺的適用范圍廣，可以應用在不同的機器上，且具有高度的適應性，可以針對不同用戶的不同需求進行調節，具有可移植性、可伸縮性的特點。開放性的數據控制系統應該具有以下特征，如模塊化、可擴展化、相互操作化與可維護性等。

1 開放式數控系統的發展趨勢

在機器的智能化方面，人們對數控機床設備的要求已經從高速度、高精度和高可靠性等方面開始向集成化、智能化與網絡化等方面轉變。市場中一般需要高度個性化的機器設備，因此現在所用的封閉式數控機床控制系統在整個市場中已經處于競爭劣勢。要想滿足市場需求，研究一套互聯網智能控制的系統設備已經迫在眉睫。

1.1 高速度、高精度、高可靠性

正常工作時，當機器設備處于中心軸的轉速達到60000r/min時，進料速度就會上升到60m/min。此種狀態可以持續保持3000h以上。以FANUC的控制集成系統為例，當系統運行到Ai處時，它所使用的納米輪廓剛好可以在高精度、小程序范圍內帶動多個感應器一起工作。隨著速度的不斷上升，切割誤差最小化。在輸入系統指令時，工作臺往往會自動往后平移切入，使表面差距達到最小。

1.2 柔性化、軟件化

程序主要通過硬件和軟件的共同作用工作。以往的數控機床工作系統設定后，很難再調整分析加工對象。一般情況下，要等到這一組加工完畢，機器停止后再進行調試，還要不斷試驗，看是否達到所要求的誤差。當把機床中的這種硬件程序的設定改成軟件程序設定后，只需在已經設定好的程序上修改幾個數據，就可以實現機器設備的調整。

1.3 數控加工集成化與智能化

當用軟件設定數控機床設備模塊時，可以在設備中裝入集成模塊，使用已經開發好的計算機技術、微電子技術等，對未來的控制系統進行驅動處理，使其形成一個完整的處理系統。現在，主要的研究對象包括智能控制、接口控制和自動診斷參數控制。在數據的策略方面，它主要包括刀具的監測、代碼的生產和自動適應的生產等。

1.4 數控加工網絡化

為了滿足生產設備的需要，實現數控網絡化顯得特別重要。當前，一些大的機床數控公司已經生產出具有相關理念的數控加工設備。例如，德國的西門子公司生產的開放性制造環境智能控制技術。

2 智能加工控制相關技術的研究

2.1 智能加工控制概述

智能化控制系統最開始被應用在計算機方面，比如程序的自動編寫。之后這種技術開始被運用到各類機器設備中，通過一定的軟件程序來實現機器的智能操作。

計算機技術的普及也大大促進了數控技術的發展，在智能體系的應用過程中計算機技術可以運用在各個方面，比如，機床使用前的反饋工作、使用過程中的自動加工和自動辨識工作，在操作的時候還可以檢測加工物件，比如在加工過程中需要重新調整加工的尺寸或停止加工等，都可以運用智能加工系統來調節。如果在加工過程中機器出現故障，比如刀具磨損、刀具損壞，這些意外情況發生后機器沒有及時停止加工，就可能發生意想不到的后果，因此，很多的學者對這種加工技術進行了研究。

2.2 恒負荷變速銑削研究

上文提到了智能加工技術，即在機床運行過程中采取智能控制的方式來控制機床參數，而恒負荷變速是指在加工過程中既可以實現加工參數的最優化，又可以落實安全防護工作，而數控機床反映的數據如切削力、切削功率等都可以實現自動調節。在選擇工藝參數時，將利用函數原理，實現變量的改變。

3 數控機床智能化的作用

3.1 提高加工效率

傳統的加工模式一般是在出廠的時候程序員已經設定好機器設備的工藝參數。這些參數一般由研究人員根據多次試驗得出，具有保守性，不可避免出現即使在最佳的使用環境中設備也不會達到最高的效率。如果在機器設備中使用智能化系統，就能在設備工作時進行智能控制、智能管理、智能加工。比如，可以自己計算需要加工料的尺寸，并根據這個尺寸合理分配原材料，達到最佳的切割效果。

3.2 提高加工精度

數控機床的加工一般都是以刀切為主，把大材料加工成小的材料，這必然應用到數學原理，找出最適合的裁切角度和尺寸。但是，在進行切割時會因力量不均衡導致刀具發生變形，甚至引起震動。智能控制與感知系統可以在刀具進行切割時有效避免這些震動，提高加工精度。

3.3 保護切削系統

智能控制系統可以在加工過程中消除加工產生的震動，很大程度上減少因為震動而出現的刀具損壞現象。當數控機床發生異常變動時，可以快速啟動停電系統，使設備快速停止，從而避免各種零件和刀具損壞，起到一定的保護作用。

3.

4 降低生產成本

加工成本主要包括生產產品時產生的工時費用、刀具等易耗品的更換費用、輔助生產產生的輔助費用等。使用智能控制系統，可以自動計算切削最佳方式，減少切削費用，降低生產成本。

4 結語

本文對數控機床在線感知與智能控制技術進行分析研究，得出了一系列結論，將對我國的數控機床技術起到一定的促進作用。本文論述了數控機床智能系統的開發，也對其產生的作用進行分析，希望可以提供借鑒。

[1]王洪.精密高效非圓磨削關鍵控制技術研究與應用[D].長沙：湖南大學，2014.

[2]李磊.面向高端數控的智能加工與優化技術研究[D].北京：北京郵電大學，2013.

[3]李茂月.開放式智能數控系統及其在線控制相關技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2012.

[4]陳淳輝，孫從科，胡金成.智能自適應模糊-PID復合控制技術在數控機床中的應用研究[J].制造技術與機床，2015，（1）：73-76.

[5]劉紅奇.復雜工況下的自適應加工技術研究[D].武漢：華中科技大學，2014.

[6]樂清洪.智能工序質量控制的理論與方法研究[D].西安：西北工業大學，2016.