數(shù)控機(jī)床切削加工過(guò)程的模型參考自適應(yīng)控制研究

魏東坡 趙宏霞

摘 ?要：數(shù)控機(jī)床作為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中的重要技術(shù)設(shè)備，對(duì)具體的生產(chǎn)工作有著至關(guān)重要的影響。近年來(lái)，我國(guó)的工業(yè)迅速發(fā)展，可以說(shuō)為數(shù)控機(jī)床的發(fā)展注入了充足的動(dòng)力，但是結(jié)合數(shù)控機(jī)床技術(shù)的實(shí)際工作情況來(lái)看，在工作的過(guò)程中還有很多有待完善的地方，這些地方既是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的難題，同時(shí)也是數(shù)控機(jī)床技術(shù)設(shè)備新的發(fā)展契機(jī)，模型參考自適應(yīng)控制就是數(shù)控機(jī)床切削加工過(guò)程中的重點(diǎn)。本文結(jié)合我國(guó)數(shù)控機(jī)床運(yùn)作的實(shí)際情況，針對(duì)模型參考自適應(yīng)控制這一要素進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;切削加工;模型參考自適應(yīng)控制

中圖分類號(hào)：TP273.2 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）18-0151-03

Abstract：As an important technical equipment in China’s industrial production，CNC machine tools have a vital impact on the specific production work. In recent years，the rapid development of China’s industry can be said to inject sufficient momentum into the development of CNC machine tools. However，according to the actual working situation of CNC machine tools technology，there are still many areas to be improved in the process of work. These areas are not only the difficult problems of the development of CNC machine tools technology，but also a new opportunity for the development of CNC ?machine tool technology and equipment. The model reference adaptive control is the key point of CNC machine tools and cutting process. In this paper，according to the actual operation of CNC machine tools in China，the model reference adaptive control is studied.

Keywords：CNC machine tools;cutting processing;model reference adaptive control

0 ?引 ?言

數(shù)控機(jī)床在完成切削加工的過(guò)程中，存在很多的不穩(wěn)定因素，主要還是因?yàn)檫@是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，譬如刀具的類型和磨損情況都會(huì)對(duì)加工的效率和質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響，為了保證切削加工工作的質(zhì)量，就需要實(shí)現(xiàn)對(duì)這些要素的綜合把握，以保障企業(yè)的整體效益。為了保障切削加工工作的效率，自適應(yīng)控制的方法應(yīng)運(yùn)而生，在實(shí)際工作過(guò)程中對(duì)這種方法進(jìn)行利用，能夠保障相關(guān)加工工作的質(zhì)量，也能有效實(shí)現(xiàn)行業(yè)的資源優(yōu)化配置。

1 ?數(shù)控機(jī)床的工作原理

為了保障相關(guān)加工工作的質(zhì)量，一般需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的多個(gè)組成要素進(jìn)行把握，包括機(jī)床和工件系統(tǒng)等，在進(jìn)行加工的過(guò)程中，要結(jié)合自身的實(shí)際需求，選用合理的加工方式和加工工具，這就需要行業(yè)工作人員充分發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性，這種自適應(yīng)控制系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成較為復(fù)雜（如圖1所示），除了較為常見(jiàn)的速度控制回路等基本的控制回路之外，還有一定的反饋回路，譬如MRAC反饋回路，在實(shí)際的切削加工過(guò)程中，受到多重影響因素的影響之后，機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)會(huì)隨著發(fā)生改變，傳感器在這時(shí)能起到重要的橋梁作用，能夠?qū)@些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在必要時(shí)還可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，然后MRAC控制單元就能及時(shí)完成評(píng)價(jià)工作，并進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)的對(duì)比工作，在得出結(jié)論之后，向CNC傳送信號(hào)，保障整個(gè)機(jī)器設(shè)備的最佳化。

2 ?數(shù)控機(jī)床切削加工MRAC模型的建立

機(jī)床切削加工MRAC模型的具體構(gòu)成也較為復(fù)雜，主要可以分為前饋裝置、反饋裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。這些不同的構(gòu)成負(fù)責(zé)的具體內(nèi)容也不同，這里以前饋裝置和反饋裝置為重點(diǎn)進(jìn)行闡述，這兩個(gè)裝置與模型中的其他裝置相比存在一定的差異，因?yàn)檫@兩個(gè)裝置都是比例環(huán)節(jié)，綜合多種因素來(lái)看，這種數(shù)學(xué)控制模型的具體內(nèi)容比較多，對(duì)于行業(yè)工作人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

3 ?數(shù)控機(jī)床切削加工過(guò)程MRAC的切削性能

作為整個(gè)加工過(guò)程中的重點(diǎn)任務(wù)，切削工作的重要性不言而喻，但是切削工作的影響因素也比較多，特別是刀具的選擇和磨損情況，更是具體工作中的關(guān)鍵因素，外界的不穩(wěn)定因素會(huì)對(duì)切削工作產(chǎn)生重要的反作用，如果無(wú)法及時(shí)對(duì)相關(guān)要素和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，就很難保障相關(guān)加工工作的質(zhì)量。通過(guò)MRAC的調(diào)節(jié)功能，能有效提高加工工作的穩(wěn)定性，通過(guò)針對(duì)性比較強(qiáng)的仿真工作，可以看出背吃刀量的變化和進(jìn)給速度的變化是一種相反關(guān)系。除此之外，切削加工過(guò)程中存在的相關(guān)關(guān)系還比較多，對(duì)這些相關(guān)關(guān)系進(jìn)行把握，也能為具體的加工工作創(chuàng)造便利。

4 ?我國(guó)數(shù)控機(jī)床切削加工中模型自適應(yīng)控制工作的現(xiàn)狀

對(duì)數(shù)控機(jī)床切削加工過(guò)程中的模型自適應(yīng)控制工作進(jìn)行全面的把握，能夠?yàn)楹笃诘墓ぷ鞯於▓?jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷了一定的發(fā)展周期，在發(fā)展的過(guò)程中積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，不僅基礎(chǔ)設(shè)施處于不斷更新中，同時(shí)加工觀念也發(fā)生了一定的轉(zhuǎn)變，但是結(jié)合行業(yè)工作的實(shí)際情況來(lái)看，還存在一些不足之處，主要可以分為以下幾點(diǎn)。

（1）加工理念較為傳統(tǒng)。正確的理念能為一個(gè)行業(yè)的發(fā)展起到重要的導(dǎo)向作用，在我國(guó)的工業(yè)領(lǐng)域也是如此，但是結(jié)合數(shù)控機(jī)床的實(shí)際工作情況來(lái)看，我國(guó)在加工理念方面較為傳統(tǒng)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光來(lái)看，不利于數(shù)控機(jī)床行業(yè)的健康發(fā)展，主要來(lái)說(shuō)有兩個(gè)方面的原因：首先就是行業(yè)受傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床切削加工理念的影響較為嚴(yán)重，無(wú)法實(shí)現(xiàn)加工理念的及時(shí)轉(zhuǎn)變;其次就是行業(yè)的發(fā)展沒(méi)有基于行業(yè)的實(shí)際需求，同時(shí)也沒(méi)有順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展潮流。綜合多種因素來(lái)看，造成加工理念較為傳統(tǒng)的原因比較多，想要實(shí)現(xiàn)加工理念的轉(zhuǎn)變是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需要諸多部門(mén)的共同努力。

（2）加工方式較為單一。加工方式的不同也會(huì)對(duì)具體的加工工作產(chǎn)生重要的反作用，在進(jìn)行加工工作之前，對(duì)多種影響因素進(jìn)行把握，基于多種影響因素進(jìn)行加工方式的選擇，能保障加工方式選擇的合理性，但是在我國(guó)的相關(guān)行業(yè)中，在加工方式的選擇上也存在漏洞，其主要原因在于加工方式的單一。造成這種情況的原因也比較多，主要可以分為兩點(diǎn)：首先就是行業(yè)對(duì)于加工方式選擇重視度不夠;其次就是在實(shí)際的加工過(guò)程中，行業(yè)工作人員沒(méi)有充分發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性。

（3）加工人員素質(zhì)較低。作為整個(gè)加工工作中的核心，加工工作人員顯得至關(guān)重要，但是結(jié)合實(shí)際的加工工作來(lái)看，行業(yè)工作人員的素質(zhì)普遍比較低，造成這種情況的原因也比較多，主要可以分為以下兩點(diǎn)：首先就是行業(yè)的入職門(mén)檻比較低，這是造成行業(yè)工作人員素質(zhì)較低的主要原因;其次就是行業(yè)工作人員的年齡比較大，接受新知識(shí)和新觀念的能力比較弱，很難適應(yīng)時(shí)代和行業(yè)的發(fā)展潮流。因此，切實(shí)提高行業(yè)工作人員的素質(zhì)也是相關(guān)行業(yè)新的發(fā)展契機(jī)。

（4）加工工具較為落后。隨著數(shù)控機(jī)床加工的發(fā)展和進(jìn)步，相關(guān)加工工具也處于高速的發(fā)展過(guò)程中，以智能化和自動(dòng)化趨勢(shì)為主，高效的加工工具一方面能夠有效提供加工工作的效率，另一方面也能在很大程度上降低加工企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，但是結(jié)合大部分加工企業(yè)的實(shí)際工作情況來(lái)看，加工工具還比較落后，主要有兩個(gè)原因：首先就是企業(yè)對(duì)于加工基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的力度比較小，無(wú)法為加工工具的革新奠定堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ);其次就是企業(yè)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)相關(guān)管理觀念的轉(zhuǎn)變。

5 ?數(shù)控機(jī)床切削加工中模型自適應(yīng)控制工作的策略

可以看出在實(shí)際的加工過(guò)程中還存在諸多不足之處，對(duì)這些不足之處進(jìn)行把握能夠?yàn)橄嚓P(guān)的加工工作注入持續(xù)的發(fā)展動(dòng)力，主要來(lái)說(shuō)有以下幾個(gè)方面的策略。

5.1 ?轉(zhuǎn)變加工理念

為了充分發(fā)揮加工理念的導(dǎo)向作用，實(shí)現(xiàn)加工理念的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要，加工理念的轉(zhuǎn)變要對(duì)多個(gè)影響因素進(jìn)行把握，主要有以下幾項(xiàng)工作有待推進(jìn)：首先要結(jié)合企業(yè)自身的實(shí)際發(fā)展情況，包括運(yùn)營(yíng)成本和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等等;其次要結(jié)合行業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)加工理念的轉(zhuǎn)變;最后就是要順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展潮流，為企業(yè)的發(fā)展助力。

5.2 ?豐富加工方式

鑒于加工方式在加工工作中的重要作用，實(shí)現(xiàn)加工方式的豐富和發(fā)展也顯得尤為重要，結(jié)合加工企業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況來(lái)看，也有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：首先要明確具體的加工任務(wù)，為后期的工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);其次要推進(jìn)加工工具的完善和使用，為后期加工工作的推進(jìn)奠定堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)然加工方式的轉(zhuǎn)變也要結(jié)合企業(yè)自身的發(fā)展情況。

5.3 ?提高人員素質(zhì)

提高工作人員的素質(zhì)是充分發(fā)揮工作人員核心作用的關(guān)鍵，主要有以下幾項(xiàng)措施：首先可以提高行業(yè)的入職門(mén)檻，從根本上提高行業(yè)工作人員的素質(zhì);其次要充分發(fā)揮后期培訓(xùn)工作的作用，培訓(xùn)的內(nèi)容不能僅限于專業(yè)技能和知識(shí)，同時(shí)也要對(duì)工作人員的計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)水平進(jìn)行提高，因?yàn)橛?jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)對(duì)加工行業(yè)的影響日益深入，充分利用這些技術(shù)對(duì)行業(yè)也有巨大的推動(dòng)作用。

5.4 ?推進(jìn)設(shè)施建設(shè)

對(duì)于加工企業(yè)這種工業(yè)企業(yè)，技術(shù)設(shè)備也是控制和管理工作中的重點(diǎn)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可以從以下幾個(gè)方面入手：首先要進(jìn)行運(yùn)營(yíng)理念的轉(zhuǎn)變，為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的理論和基礎(chǔ);其次企業(yè)要加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入力度，包括政策扶持和資金扶持等等，加工企業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要眾多部門(mén)的群策群力。

6 ?結(jié) ?論

從上述敘述中可以看出，數(shù)控機(jī)床在推進(jìn)切削加工中的模型參考自適應(yīng)控制工作上有很多有待完善的地方，不僅是在管理層面上，在技術(shù)層面上也是如此，加工行業(yè)的發(fā)展道路可以說(shuō)是任重而道遠(yuǎn)，主要有以下幾個(gè)方面的工作有待推進(jìn)：從國(guó)家層面來(lái)說(shuō)，要發(fā)揮宏觀調(diào)控的作用，加大對(duì)加工行業(yè)的扶持力度，為行業(yè)的技術(shù)發(fā)展?fàn)I造一個(gè)較為穩(wěn)定的外部環(huán)境;從加工企業(yè)自身來(lái)說(shuō)，要發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性，一方面要結(jié)合企業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況，另一方面也要順應(yīng)企業(yè)和行業(yè)的發(fā)展潮流。加工企業(yè)的發(fā)展事關(guān)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，需要我們攜起手來(lái)一起努力。

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作者簡(jiǎn)介：魏東坡（1978-），男，漢族，河北廊坊人，高級(jí)工程師，本科，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)。