專利名稱：開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的銑削加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的銑削加工方法，屬于機(jī)械加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化、智能化一直是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的兩個(gè)主要目標(biāo)。在傳統(tǒng)的金屬切削加工過(guò)程中，為了防止機(jī)床過(guò)載和保護(hù)刀具，以及消除各種不確定因素的影響，切削用量往往是通過(guò)查有關(guān)機(jī)械加工工藝手冊(cè)憑經(jīng)驗(yàn)確定，為確保加工過(guò)程穩(wěn)定，加工中往往只允許對(duì)關(guān)鍵參數(shù)(如進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等)設(shè)定一次。這使得加工時(shí)間延長(zhǎng)，并且由于切削力的波動(dòng)造成了刀具的變形，由于切削負(fù)荷造成了過(guò)早的刀具磨損，降低了工件加工質(zhì)量。目前，為提高加工效率，加工參數(shù)通常通過(guò)離線算法進(jìn)行優(yōu)化，由于在實(shí)際加工過(guò)程中加工工況不斷變化(如刀具磨損、熱量產(chǎn)生、過(guò)程擾動(dòng)等)，使離線優(yōu)化的加工參數(shù)不能維持加工目標(biāo)總是最優(yōu)，并且在加工過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)也不能實(shí)時(shí)被調(diào)整，從而影響數(shù)控加工的效率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有采用離線算法進(jìn)行優(yōu)化的銑削加工系統(tǒng)，其離線優(yōu)化的加工參數(shù)不能維持加工目標(biāo)總是最優(yōu)，并且在加工過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)也不能實(shí)時(shí)被調(diào)整， 從而影響數(shù)控加工的效率的問(wèn)題，提供了一種開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的銑削加工方法。
本發(fā)明所述開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)，它包括三向壓電式測(cè)力儀傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、工業(yè)PC機(jī)、PCI數(shù)據(jù)采集卡、銑削控制器、SoftSERCANS通訊卡、輸入輸出模塊和η個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，η為大于1的自然數(shù)，
PCI數(shù)據(jù)采集卡、銑削控制器和SoftSERCANS通訊卡設(shè)置在工業(yè)PC機(jī)上，
三向壓電式測(cè)力儀傳感器采集工件與刀具間相互作用產(chǎn)生的切削力，三向壓電式測(cè)力儀傳感器的信號(hào)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端與PCI數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連，PCI數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與銑削控制器的輸入端相連，銑削控制器的控制信號(hào)輸入輸出端與SoftSERCANS通訊卡的第一輸入輸出端相連，SoftSERCANS通訊卡的第二輸入輸出端與輸入輸出模塊的控制信號(hào)輸入輸出端相連，輸入輸出模塊的每個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入輸出端連接一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器。
銑削控制器包括控制模塊、人機(jī)接口模塊、任務(wù)協(xié)調(diào)模塊、譯碼模塊、插補(bǔ)與加減速模塊和軸運(yùn)動(dòng)模塊，上述各個(gè)模塊采用軟件編程實(shí)現(xiàn)，模塊間采用API接口實(shí)現(xiàn)連接；
人機(jī)接口模塊接收外部輸入的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定命令、機(jī)床工作命令和零件加工NC 程序文件，人機(jī)接口模塊的輸出端與任務(wù)協(xié)調(diào)模塊的第一輸入端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊的第二輸入端與PCI數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊的譯碼輸入輸出端與譯碼模塊的輸入輸出端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊的調(diào)用數(shù)據(jù)輸入輸出端與控制模塊的調(diào)用輸入輸出端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊的運(yùn)動(dòng)指令輸出端與插補(bǔ)與加減速模塊的運(yùn)動(dòng)指令輸入端相連，控制模塊的進(jìn)給倍率輸出端與插補(bǔ)與加減速模塊的進(jìn)給倍率輸入端相連，插補(bǔ)與加減速模塊的速度指令輸出端與軸運(yùn)動(dòng)模塊的輸入端相連，軸運(yùn)動(dòng)模塊的控制信號(hào)輸入輸出端與 SoftSERCANS通訊卡的第一輸入輸出端相連。
基于上述的開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)的銑削加工方法，該方法包括以下步驟
步驟一、切削加工任務(wù)的設(shè)定銑削控制器的人機(jī)接口模塊接收零件加工NC程序文件，并通過(guò)任務(wù)協(xié)調(diào)模塊分配給譯碼模塊進(jìn)行譯碼，譯碼后形成的切削加工任務(wù)返回給任務(wù)協(xié)調(diào)模塊；
步驟二、任務(wù)協(xié)調(diào)模塊根據(jù)切削加工任務(wù)下達(dá)運(yùn)動(dòng)指令給插補(bǔ)與加減速模塊，再通過(guò)軸運(yùn)動(dòng)模塊從加工銑削控制器輸出，該運(yùn)動(dòng)指令用于控制伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)而控制刀具進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)；
步驟三、三向壓電式測(cè)力儀傳感器實(shí)時(shí)采集工件與刀具間相互作用產(chǎn)生的切削力，并經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量切削力轉(zhuǎn)換成數(shù)字量切削力，所述數(shù)字量切削力由PCI數(shù)據(jù)采集卡采集后發(fā)送給銑削控制器；
步驟四、銑削控制器的控制模塊根據(jù)接收到的數(shù)字量切削力獲取進(jìn)給倍率ξ，進(jìn)而獲取新的進(jìn)給速度，所述新的進(jìn)給速度作為刀具下一個(gè)進(jìn)給速度；
步驟五、插補(bǔ)與加減速模塊根據(jù)步驟四獲取的新的進(jìn)給速度確定機(jī)床的下一位置，并將該位置指令由銑削控制器通過(guò)SoftSERCANS通訊卡和輸入輸出模塊傳至相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器，控制相應(yīng)的刀具運(yùn)動(dòng)；
重復(fù)執(zhí)行步驟二至步驟五，直至完成步驟一中零件加工NC程序文件設(shè)定的加工任務(wù)。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)能夠在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)同步采集工件和刀具間相互作用產(chǎn)生的切削力，通過(guò)分析、處理采集的切削力，并調(diào)用集成至控制模塊中控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控加工參數(shù)(進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速)的實(shí)時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的智能控制。
數(shù)據(jù)采集基于RTX驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，與插補(bǔ)線程具有相同的硬實(shí)時(shí)環(huán)境，可將其最小采集周期降到100納秒，并且該采集方式還具有確保高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)(如插補(bǔ)任務(wù))首先執(zhí)行，并不被低優(yōu)先級(jí)程序(如界面顯示)中斷、對(duì)所有的任務(wù)直接控制、可以保證任意線程的最差響應(yīng)時(shí)間為50 μ S等的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明數(shù)控系統(tǒng)具有開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)，能夠支持多種硬件和編程語(yǔ)言，與傳統(tǒng)的封閉式數(shù)控設(shè)備相比，具有可移植、可擴(kuò)展、可重構(gòu)、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不依賴硬件體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。由于控制器中各模塊通過(guò)函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)接口通訊，因此通過(guò)擴(kuò)展部分智能函數(shù)，可增加控制器的其他智能特性，以擴(kuò)展相關(guān)領(lǐng)域提出的新算法。


圖1是本發(fā)明所述開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2是銑削控制器的結(jié)構(gòu)示意圖3是加工過(guò)程控制指令在銑削控制器中的傳遞過(guò)程的示意圖4是進(jìn)給倍率的修調(diào)流程示意圖5是基于切削力的進(jìn)給倍率模糊控制器結(jié)構(gòu)原理框圖6是現(xiàn)有普通控制器加工時(shí)主切削力變化曲線；
圖7是現(xiàn)有普通控制加工時(shí)進(jìn)給速度變化曲線；
圖8是采用本發(fā)明所述開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)加工時(shí)主切削力變化曲線；
圖9是采用本發(fā)明所述開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)加工時(shí)進(jìn)給速度變化曲線；
圖10是隸屬度函數(shù)。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)，它包括三向壓電式測(cè)力儀傳感器1、A/D轉(zhuǎn)換電路2、工業(yè)PC機(jī)3、PCI數(shù)據(jù)采集卡4、銑削控制器5、SoftSERCANS通訊卡6、輸入輸出模塊7和η個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器8，η為大于1的自然數(shù)，
PCI數(shù)據(jù)采集卡4、銑削控制器5和SoftSERCANS通訊卡6設(shè)置在工業(yè)PC機(jī)3上，
三向壓電式測(cè)力儀傳感器1采集工件與刀具間相互作用產(chǎn)生的切削力，三向壓電式測(cè)力儀傳感器1的信號(hào)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路2的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路2的輸出端與PCI數(shù)據(jù)采集卡4的輸入端相連，PCI數(shù)據(jù)采集卡4的輸出端與銑削控制器5的輸入端相連，銑削控制器5的控制信號(hào)輸入輸出端與SoftSERCANS通訊卡6的第一輸入輸出端相連，SoftSERCANS通訊卡6的第二輸入輸出端與輸入輸出模塊7的控制信號(hào)輸入輸出端相連，輸入輸出模塊7的每個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入輸出端連接一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器8。
本實(shí)施方式以數(shù)控軟件包為基礎(chǔ)，建立應(yīng)用于五軸銑床的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，支持模糊智能線性插補(bǔ)加工等數(shù)控功能。其軟件平臺(tái)為RTX實(shí)時(shí)擴(kuò)展采用美國(guó)Venturcom公司的RT)(6. 5. 1，Windows操作系統(tǒng)采用Windows XP ；硬件平臺(tái)為三向壓電式測(cè)力儀傳感器 1 ；工業(yè)PC機(jī)3采用CPU為Pentium IV 3. O GHZ、內(nèi)存為IGB的艾訊(ΑΧΙ0ΜΤΕΚ)工作站； PCI數(shù)據(jù)采集卡4 ；SoftSERCANS通訊卡6采用通過(guò)PCI總線與PC機(jī)3連接的通訊卡、并通過(guò)SERCOS光纖環(huán)與外圍設(shè)備連接；外圍設(shè)備為六套由SERCOS接口伺服驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電機(jī)組成的數(shù)控設(shè)備、賽洋數(shù)控公司的矩陣加密數(shù)控面板。
在PCI數(shù)據(jù)采集卡4第一次插入工業(yè)PC機(jī)3的PCI插槽后，首先應(yīng)將Windows下的PCI設(shè)備轉(zhuǎn)換為RTX下的PCI設(shè)備。打開(kāi)設(shè)備管理器，在設(shè)備管理器中更新采集卡的硬件驅(qū)動(dòng)方式，將PCI設(shè)備從Windows支持轉(zhuǎn)換為RTX支持，具體步驟為在RTX I^roperties控制面板的Plug and Play菜單下，選中PCI1710數(shù)據(jù)采集卡，右鍵單擊并選中Add RTX INF Support，再單擊apply以使RtxPnp. inf文件支持選中的設(shè)備。
為了避免系統(tǒng)中其它任務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)采集容量等的影響，該系統(tǒng)采用在RTX環(huán)境下采集數(shù)據(jù)。此時(shí)由于廠商為板卡提供的驅(qū)動(dòng)函數(shù)已不能直接調(diào)用，只能由用戶運(yùn)用RTX的函數(shù)對(duì)板卡寄存器進(jìn)行操作。在安裝好VC之后安裝RTX，會(huì)在ftx) jects選項(xiàng)中自動(dòng)添加RTX AppWizard這一項(xiàng)。通過(guò)在該環(huán)境下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)，可以生成相應(yīng)的開(kāi)發(fā)軟件框架，然后添加相應(yīng)的代碼即可。然后將開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序以函數(shù)的形式添加至驅(qū)動(dòng)器的任務(wù)協(xié)調(diào)模塊。
在加工前，實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電荷放大器必須預(yù)熱20分鐘以上，以消除采集系統(tǒng)的漂移誤差。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，三向壓電式測(cè)力儀傳感器1采用Kistler公司生產(chǎn)的9257B型測(cè)力儀。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，PCI數(shù)據(jù)采集卡4采用臺(tái)灣研華公司生產(chǎn)的PCI1710數(shù)據(jù)采集卡。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，銑削控制器5包括控制模塊5-1、人機(jī)接口模塊5-2、任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3、譯碼模塊 5-4、插補(bǔ)與加減速模塊5-5和軸運(yùn)動(dòng)模塊5-6，上述各個(gè)模塊采用軟件編程實(shí)現(xiàn)，模塊間采用API接口實(shí)現(xiàn)連接；
人機(jī)接口模塊5-2接收外部輸入的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定命令、機(jī)床工作命令和零件加工 NC程序文件，人機(jī)接口模塊5-2的輸出端與任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3的第一輸入端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3的第二輸入端與PCI數(shù)據(jù)采集卡4的輸出端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3的譯碼輸入輸出端與譯碼模塊5-4的輸入輸出端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3的調(diào)用數(shù)據(jù)輸入輸出端與控制模塊5-1的調(diào)用輸入輸出端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3的運(yùn)動(dòng)指令輸出端與插補(bǔ)與加減速模塊5-5的運(yùn)動(dòng)指令輸入端相連，控制模塊5-1的進(jìn)給倍率輸出端與插補(bǔ)與加減速模塊5-5 的進(jìn)給倍率輸入端相連，插補(bǔ)與加減速模塊5-5的速度指令輸出端與軸運(yùn)動(dòng)模塊5-6的輸入端相連，軸運(yùn)動(dòng)模塊5-6的控制信號(hào)輸入輸出端與SoftSERCANS通訊卡6的第一輸入輸出端相連。
API (application program interface) -1=11 : ! Π。
譯碼模塊5-4解析零件加工NC程序文件，提取加工程序中的各種信息，生成包含運(yùn)動(dòng)信息的運(yùn)動(dòng)段指令和邏輯控制指令，并通過(guò)雙端隊(duì)列傳送至任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3。
任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3主要進(jìn)行任務(wù)分配，負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)各模塊的協(xié)調(diào)與實(shí)時(shí)調(diào)度，完成加工過(guò)程切削參數(shù)的采集和濾波等處理。
所述人機(jī)接口模塊5-2、譯碼模塊5-4完成非實(shí)時(shí)性任務(wù)，采用微軟的COM組件技術(shù)開(kāi)發(fā)，插補(bǔ)與加減速模塊5-5、軸運(yùn)動(dòng)模塊5-6和控制模塊5-1屬于實(shí)時(shí)性任務(wù)，采用 RTDLL動(dòng)態(tài)連接庫(kù)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3亦屬于實(shí)時(shí)性任務(wù)，采用RTX進(jìn)行開(kāi)發(fā)。各模塊接口 API是模塊向用戶提供服務(wù)的唯一接口，是模塊之間進(jìn)行交互的途徑。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式四作進(jìn)一步說(shuō)明，所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定命令包括設(shè)定刀具起刀點(diǎn)、設(shè)定機(jī)床運(yùn)動(dòng)模式命令；所述機(jī)床工作命令包括控制模塊5-1啟動(dòng)命令、開(kāi)始譯碼命令和開(kāi)始執(zhí)行零件加工的數(shù)控程序命令。
具體實(shí)施方式
六下面結(jié)合圖1至圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，基于實(shí)施方式五所述的開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)的銑削加工方法，該方法包括以下步驟
步驟一、切削加工任務(wù)的設(shè)定銑削控制器5的人機(jī)接口模塊5-2接收零件加工 NC程序文件，并通過(guò)任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3分配給譯碼模塊5-4進(jìn)行譯碼，譯碼后形成的切削加工任務(wù)返回給任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3 ；
步驟二、任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3根據(jù)切削加工任務(wù)下達(dá)運(yùn)動(dòng)指令給插補(bǔ)與加減速模塊 5-5，再通過(guò)軸運(yùn)動(dòng)模塊5-6從加工銑削控制器5輸出，該運(yùn)動(dòng)指令用于控制伺服驅(qū)動(dòng)器8 進(jìn)而控制刀具進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)；
步驟三、三向壓電式測(cè)力儀傳感器1實(shí)時(shí)采集工件與刀具間相互作用產(chǎn)生的切削力，并經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路2將模擬量切削力轉(zhuǎn)換成數(shù)字量切削力，所述數(shù)字量切削力由PCI數(shù)據(jù)采集卡4采集后發(fā)送給銑削控制器5 ；
步驟四、銑削控制器5的控制模塊5-1根據(jù)接收到的數(shù)字量切削力獲取進(jìn)給倍率 I，進(jìn)而獲取新的進(jìn)給速度，所述新的進(jìn)給速度作為刀具下一個(gè)進(jìn)給速度；
步驟五、插補(bǔ)與加減速模塊5-5根據(jù)步驟四獲取的新的進(jìn)給速度確定機(jī)床的下一位置，并將該位置指令由銑削控制器5通過(guò)SoftSERCANS通訊卡6和輸入輸出模塊7傳至相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器8，控制相應(yīng)的刀具運(yùn)動(dòng)；
重復(fù)執(zhí)行步驟二至步驟五，直至完成步驟一中零件加工NC程序文件設(shè)定的加工任務(wù)。
編譯好圖2所示的模塊后，打開(kāi)人機(jī)界面，將編制好的.txt形式的零件加工NC程序文件(可以手工編程也可以自動(dòng)編程)導(dǎo)入銑削控制器5。
然后，點(diǎn)擊人機(jī)界面上的譯碼按鈕，檢查零件加工NC程序文件是否有語(yǔ)法錯(cuò)誤， 有則報(bào)警，無(wú)則將零件加工NC程序文件以執(zhí)行段的形式發(fā)送到任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3的雙端隊(duì)列中進(jìn)行保存。
點(diǎn)擊人機(jī)界面上的加工開(kāi)始按鈕，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊5-3開(kāi)始按照設(shè)定的插補(bǔ)周期， 從雙端隊(duì)列中開(kāi)始按照順序逐條讀取運(yùn)動(dòng)指令。模塊間的數(shù)據(jù)傳送按照?qǐng)D3的流程傳遞。
加工過(guò)程中進(jìn)給速度的調(diào)整是通過(guò)調(diào)整進(jìn)給倍率的形式實(shí)現(xiàn)，具體流程參考圖4 說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
七下面結(jié)合圖4、圖5和10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式六作進(jìn)一步說(shuō)明，步驟四中進(jìn)給倍率ξ按表1計(jì)算獲取
表 權(quán)利要求
1.開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)，其特征在于，它包括三向壓電式測(cè)力儀傳感器(1)、A/D 轉(zhuǎn)換電路(2)、工業(yè)PC機(jī)(3)、PCI數(shù)據(jù)采集卡(4)、銑削控制器(5)、SoftSERCANS通訊卡 (6)、輸入輸出模塊(7)和η個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(8)，η為大于1的自然數(shù)，PCI數(shù)據(jù)采集卡、銑削控制器(5)和SoftSERCANS通訊卡(6)設(shè)置在工業(yè)PC機(jī)(3)上，三向壓電式測(cè)力儀傳感器(1)采集工件與刀具間相互作用產(chǎn)生的切削力，三向壓電式測(cè)力儀傳感器⑴的信號(hào)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路⑵的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路⑵的輸出端與PCI數(shù)據(jù)采集卡(4)的輸入端相連，PCI數(shù)據(jù)采集卡(4)的輸出端與銑削控制器(5) 的輸入端相連，銑削控制器(5)的控制信號(hào)輸入輸出端與SoftSERCANS通訊卡(6)的第一輸入輸出端相連，SoftSERCANS通訊卡(6)的第二輸入輸出端與輸入輸出模塊(7)的控制信號(hào)輸入輸出端相連，輸入輸出模塊(7)的每個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入輸出端連接一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)，其特征在于，三向壓電式測(cè)力儀傳感器(1)采用Kistler公司生產(chǎn)的9257Β型測(cè)力儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)，其特征在于，PCI數(shù)據(jù)采集卡(4) 采用臺(tái)灣研華公司生產(chǎn)的PCI1710數(shù)據(jù)采集卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)，其特征在于，銑削控制器(5)包括控制模塊(5-1)、人機(jī)接口模塊(5- 、任務(wù)協(xié)調(diào)模塊(5- 、譯碼模塊(5-4)、插補(bǔ)與加減速模塊(5-5)和軸運(yùn)動(dòng)模塊(5-6)，上述各個(gè)模塊采用軟件編程實(shí)現(xiàn)，模塊間采用API接口實(shí)現(xiàn)連接；人機(jī)接口模塊(5- 接收外部輸入的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定命令、機(jī)床工作命令和零件加工NC 程序文件，人機(jī)接口模塊(5-2)的輸出端與任務(wù)協(xié)調(diào)模塊(5-3)的第一輸入端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊(5-3)的第二輸入端與PCI數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊(5-3) 的譯碼輸入輸出端與譯碼模塊(5-4)的輸入輸出端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊(5-3)的調(diào)用數(shù)據(jù)輸入輸出端與控制模塊(5-1)的調(diào)用輸入輸出端相連，任務(wù)協(xié)調(diào)模塊(5-3)的運(yùn)動(dòng)指令輸出端與插補(bǔ)與加減速模塊(5-5)的運(yùn)動(dòng)指令輸入端相連，控制模塊(5-1)的進(jìn)給倍率輸出端與插補(bǔ)與加減速模塊(5-5)的進(jìn)給倍率輸入端相連，插補(bǔ)與加減速模塊(5-5)的速度指令輸出端與軸運(yùn)動(dòng)模塊(5-6)的輸入端相連，軸運(yùn)動(dòng)模塊(5-6)的控制信號(hào)輸入輸出端與 SoftSERCANS通訊卡(6)的第一輸入輸出端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定命令包括設(shè)定刀具起刀點(diǎn)、設(shè)定機(jī)床運(yùn)動(dòng)模式命令；所述機(jī)床工作命令包括控制模塊 (5-1)啟動(dòng)命令、開(kāi)始譯碼命令和開(kāi)始執(zhí)行零件加工的數(shù)控程序命令。
6.基于權(quán)利要求5所述的開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)的銑削加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、切削加工任務(wù)的設(shè)定銑削控制器(5)的人機(jī)接口模塊(5- 接收零件加工 NC程序文件，并通過(guò)任務(wù)協(xié)調(diào)模塊(5- 分配給譯碼模塊(5-4)進(jìn)行譯碼，譯碼后形成的切削加工任務(wù)返回給任務(wù)協(xié)調(diào)模塊(5-3)；步驟二、任務(wù)協(xié)調(diào)模塊(5- 根據(jù)切削加工任務(wù)下達(dá)運(yùn)動(dòng)指令給插補(bǔ)與加減速模塊 (5-5)，再通過(guò)軸運(yùn)動(dòng)模塊(5-6)從加工銑削控制器( 輸出，該運(yùn)動(dòng)指令用于控制伺服驅(qū)動(dòng)器(8)進(jìn)而控制刀具進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)；步驟三、三向壓電式測(cè)力儀傳感器(1)實(shí)時(shí)采集工件與刀具間相互作用產(chǎn)生的切削力，并經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路(2)將模擬量切削力轉(zhuǎn)換成數(shù)字量切削力，所述數(shù)字量切削力由 PCI數(shù)據(jù)采集卡(4)采集后發(fā)送給銑削控制器(5)；步驟四、銑削控制器(5)的控制模塊(5-1)根據(jù)接收到的數(shù)字量切削力獲取進(jìn)給倍率 I，進(jìn)而獲取新的進(jìn)給速度，所述新的進(jìn)給速度作為刀具下一個(gè)進(jìn)給速度；步驟五、插補(bǔ)與加減速模塊(5-5)根據(jù)步驟四獲取的新的進(jìn)給速度確定機(jī)床的下一位置，并將該位置指令由銑削控制器( 通過(guò)SoftSERCANS通訊卡(6)和輸入輸出模塊(7) 傳至相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器(8)，控制相應(yīng)的刀具運(yùn)動(dòng)；重復(fù)執(zhí)行步驟二至步驟五，直至完成步驟一中零件加工NC程序文件設(shè)定的加工任務(wù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開(kāi)放式智能銑削加工方法，其特征在于，步驟四中進(jìn)給倍率 I按表1計(jì)算獲取 表1
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開(kāi)放式智能銑削加工方法，其特征在于，步驟五中的新的進(jìn)給速度Vnrait按如下公式獲取VnextX Vcurrent ‘其中，Vcurrent為NC程序當(dāng)前設(shè)定的進(jìn)給速度，在譯碼時(shí)獲得。
全文摘要
開(kāi)放式智能銑削加工系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的銑削加工方法，屬于機(jī)械加工領(lǐng)域。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有采用離線算法進(jìn)行優(yōu)化的銑削加工系統(tǒng)，其離線優(yōu)化的加工參數(shù)不能維持加工目標(biāo)總是最優(yōu)的問(wèn)題。本發(fā)明包括三向壓電式測(cè)力儀傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、工業(yè)PC機(jī)、PCI數(shù)據(jù)采集卡、銑削控制器、SoftSERCANS通訊卡、輸入輸出模塊和n個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，實(shí)時(shí)采集工件與刀具間相互作用產(chǎn)生的切削力，并由銑削控制器獲取進(jìn)給倍率，進(jìn)而獲取新的進(jìn)給速度作為刀具下一個(gè)進(jìn)給速度，確定機(jī)床的下一位置，并將該位置指令由銑削控制器通過(guò)SoftSERCANS通訊卡和輸入輸出模塊傳至相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器，控制相應(yīng)的刀具運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的智能控制。
文檔編號(hào)G05B19/4093GK102500800SQ20111028884
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者富宏亞, 李茂月, 胡泊, 邵忠喜, 韓德東, 韓振宇 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)