典型零件的數(shù)控銑加工編程設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD+UG】

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的進(jìn)給率優(yōu)化，監(jiān)測(cè)1介紹多年來(lái)，計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床（CNC）已經(jīng)開(kāi)發(fā)到加工高精密產(chǎn)品的能力。支持?jǐn)?shù)控發(fā)展的技術(shù)之一是機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控（MCM）。在這樣做時(shí)，機(jī)床通過(guò)傳感元件，信號(hào)調(diào)節(jié)器件，信號(hào)處理算法和信號(hào)解釋的監(jiān)督。數(shù)控機(jī)床的實(shí)時(shí)監(jiān)控，各種智能功能，如自適應(yīng)控制，重新生成優(yōu)化的數(shù)據(jù)集和先進(jìn)的優(yōu)化模型已經(jīng)開(kāi)發(fā)和實(shí)施。以這種方式，不同的加工過(guò)程中的異?？梢栽谠缙陔A段檢測(cè)到，保證了更安全的加工環(huán)境。動(dòng)用 MCM 機(jī)床在加工過(guò)程中減少了需要人為干預(yù)和允許的機(jī)床的自動(dòng)監(jiān)督。然而，挑戰(zhàn)依然存在，在應(yīng)對(duì)頻繁的設(shè)計(jì)修改，市場(chǎng)需求的產(chǎn)品如質(zhì)量和更短的時(shí)間更嚴(yán)格。此外，加工一直以客戶為中心，而不是制造商驅(qū)動(dòng)。要在加工過(guò)程中的對(duì)質(zhì)量控制，最好的加工參數(shù)監(jiān)視和控制，使機(jī)床的行為分析在適當(dāng)時(shí)間采取適當(dāng)行動(dòng)。正在進(jìn)行的進(jìn)程的監(jiān)測(cè)和控制主要關(guān)注的是記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)，因此，機(jī)床的特點(diǎn)是反饋的實(shí)時(shí)反應(yīng)。例如，在加工領(lǐng)域，保持最佳的加工參數(shù)，以避免過(guò)度主軸加載過(guò)度，這需要適當(dāng)?shù)慕M合和持續(xù)機(jī)床的性能。了解這些特點(diǎn)，要求精確的實(shí)證模型和系統(tǒng)控制機(jī)床之間的一個(gè)權(quán)衡。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題，MCM 可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)集成與決策程序。其目的是產(chǎn)生自我調(diào)節(jié)的智能系統(tǒng)，能夠適應(yīng)千變?nèi)f化的加工環(huán)境。此外，隨著技術(shù)的發(fā)展，目前也有授權(quán) CNC 用更先進(jìn)的功能，如適應(yīng)性，敏捷性，可重構(gòu)性和互操作性的要求和新的前景。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，有多個(gè)障礙。首先，盡管技術(shù)成就偉大，但當(dāng)代數(shù)控程序仍在執(zhí)行基于一組連續(xù)的 NC 編程語(yǔ)言，又稱 G 代碼。這些代碼很少，如果有的話，至少超過(guò) 50 年前。代碼的最初設(shè)計(jì)是進(jìn)行低級(jí)別的數(shù)據(jù)集，大多是一步一步的指示，以推動(dòng)機(jī)床最早的模型。 G 代碼雖然過(guò)時(shí)，但仍然被廣泛使用，只能容納一個(gè)子集的信息，這已經(jīng)成為一個(gè)障礙，不能實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的，智能化和優(yōu)化的加工環(huán)境。舉例來(lái)說(shuō)，雖然各項(xiàng)工作一直致力于提高優(yōu)化模型，一系列的功能不能被利用并納入代碼。其次，只有有限的控制程序的允許在加工過(guò)程中執(zhí)行，使得它難以改變車間的方案。最后一分鐘的變化是不允許的。加工操作主要由預(yù)定的 NC 代碼，并在大多數(shù)情況下，機(jī)床不能夠改變?nèi)魏吻邢鳁l件和加工操作時(shí)的加工順序。此外，因?yàn)樗恢С謫蜗蛐畔⒘鲝脑O(shè)計(jì)到制造，到生產(chǎn)過(guò)程中的任何急劇的改變不能很容易地保存和直接反饋給設(shè)計(jì)師。最后，G 代碼中的信息流是單向的設(shè)計(jì)，即從 CAD 到車間，并且不會(huì)啟用反饋，。其結(jié)果是，這種傳統(tǒng)方式 NC 編程被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能的加工環(huán)境的瓶頸。2 STEP-NC 的啟用 MCM 框架G 代碼剝奪急需的信息，如工件的特點(diǎn)，工具屬性和優(yōu)化切削參數(shù)，往往是由經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)營(yíng)商提供的加工工藝。開(kāi)發(fā)的 STEP-NC 的啟用 MCM 系統(tǒng)包括（一）離線優(yōu)化模塊，（二）數(shù)據(jù)模型支持流程的優(yōu)化，（三）過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制的功能要求。下面對(duì)這些功能的要求進(jìn)行了說(shuō)明：（a）離線優(yōu)化的最佳加工參數(shù)的初步測(cè)定。（b）開(kāi)始，分配適當(dāng)?shù)娜魏螜C(jī)加工操作的加工參數(shù)是必要的?？捎糜谀M最佳的加工參數(shù)的工具，以確定最佳的加工參數(shù)。（c）數(shù)據(jù)模型，支持流程的優(yōu)化。（d）智能加工需要一個(gè)全面的數(shù)據(jù)支持自適應(yīng)控制和監(jiān)測(cè)過(guò)程中的加工以及優(yōu)化加工操作的監(jiān)督自治模式。在這方面，STEP-NC 的數(shù)據(jù)模型擴(kuò)展，以滿足用于數(shù)據(jù)建模的優(yōu)化。(e)連續(xù)加工過(guò)程的監(jiān)控和優(yōu)化。加工過(guò)程涉及刀具工件議案，加工參數(shù)和機(jī)床功能之間復(fù)雜的相互作用。連續(xù)監(jiān)測(cè)這些活動(dòng)的一種重要方法是跟蹤加工中出現(xiàn)的任何異常。處理后的數(shù)據(jù)可以被饋送到用于自適應(yīng)控制算法。3開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)架構(gòu)，是支持一個(gè)智能的，可互操作的，知識(shí)性和創(chuàng)新的制造平臺(tái)。在加工領(lǐng)域，它被廣泛地視為過(guò)載的主軸，切削力過(guò)大，刀具磨損等方面的限制可能導(dǎo)致的重大問(wèn)題，如刀具破損，產(chǎn)品質(zhì)量惡化，甚至更糟糕的機(jī)器故障。因此，連續(xù)監(jiān)測(cè)機(jī)器的行為，實(shí)時(shí)優(yōu)化和系統(tǒng)保留的加工知識(shí)進(jìn)行了整合，從而引發(fā)全面的架構(gòu)稱為 STEP-NC 的啟用 MCM 框架（如圖 3-1）。如圖 3-1 STEP-NC 使 MCM 系統(tǒng)架構(gòu)該系統(tǒng)支持三個(gè)層次的信息流：高層次的數(shù)據(jù)，工藝規(guī)劃，用于控制機(jī)器的動(dòng)作和知識(shí)數(shù)據(jù)評(píng)估，1為后續(xù)加工操作的機(jī)器控制數(shù)據(jù)。這些信息流發(fā)生在三個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)：optiSTEP-NC 子系統(tǒng)，AECopt控制器和以知識(shí)為基礎(chǔ)的評(píng)估子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)是在下面的章節(jié)中討論。3.1 opttiSTEP-NCoptiSTEP-NC 以執(zhí)行初始的進(jìn)給率優(yōu)化為目的，協(xié)助工藝人員，生產(chǎn) NC 零件程序，分配適當(dāng)?shù)募庸?shù)。它是于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，最小加工時(shí)間和最佳的表面質(zhì)量。有四個(gè)參與開(kāi)發(fā) optiSTEP-NC 的任務(wù)。3.1.1 流程規(guī)劃工藝規(guī)劃的目的是豐富加工功能，AP-224 與必要的語(yǔ)言信息，形成由 ISO14649 中定義的實(shí)體代表。這種實(shí)體是那些含有額外的加工參數(shù)的通用信息，切削刀具和工作計(jì)劃。此外，可以使用附加信息，如材料性質(zhì)和表面狀況的要求，以支持所需的最終部分?？捎玫男畔⒃诖烁袷较聦⒈３制渫ㄓ眯?，直到此刻 CAM 系統(tǒng)時(shí)，填充的過(guò)程中計(jì)劃與本地制造業(yè)信息化，以產(chǎn)生一個(gè)特定的或本地進(jìn)程計(jì)劃。3.1.2 的離線優(yōu)化器發(fā)展優(yōu)化模塊是負(fù)責(zé)優(yōu)化加工參數(shù)，模擬特定的加工功能，這是有關(guān)的信息的基礎(chǔ)上在此模塊中的機(jī)床能力等，獲得切削力切削功率計(jì)算尤其是進(jìn)給速率是獲得適當(dāng)?shù)那邢鬟M(jìn)給速率，主軸轉(zhuǎn)速和切削深度等參數(shù)。此模塊也可以使用從 KBE 切削力信息來(lái)計(jì)算加工參數(shù)。時(shí)效性的（TC）和品質(zhì)的關(guān)鍵（QC）的優(yōu)化算法已被開(kāi)發(fā)，對(duì)應(yīng)于最小加工時(shí)間和最佳的表面質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，分別。 TC 加工業(yè)務(wù)往往是粗加工的目的，從而增加材料去除率是主要制約因素切削功率的主要目標(biāo)之一。另一方面，QC 加工操作通常用于精加工表面質(zhì)量的目的是主要關(guān)注的問(wèn)題。在開(kāi)發(fā)的優(yōu)化算法，利用模糊邏輯處理不精確的數(shù)據(jù)。輸出實(shí)現(xiàn)是關(guān)鍵時(shí)間或質(zhì)量的關(guān)鍵目標(biāo)是優(yōu)化加工參數(shù)。優(yōu)化結(jié)果的列在一個(gè)圖形用戶界面。該模擬器開(kāi)發(fā)使用 LabWindows / CVI 的虛擬儀器（C）軟件根據(jù)國(guó)家儀器（圖 3-2）。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的性能和算法，在測(cè)試情況下進(jìn)行顯示加工參數(shù)的行為。為了模擬在實(shí)際的情況下，切削力波動(dòng)，目標(biāo)范圍內(nèi)的隨機(jī)噪聲添加到理論的切削力也已開(kāi)發(fā)的表面粗糙度的預(yù)測(cè)模型。很顯然，從實(shí)際加工的切斷力獲得的值也可以被使用作為輸入到仿真器。這可以通過(guò)在加工過(guò)程中切削力的實(shí)際值，以驗(yàn)證。參數(shù)方程納入發(fā)展 optiSTEP-NC。圖 3-2 optiSTEP-NC 模擬器該接口具有四個(gè)窗格和繪圖區(qū)。輸入的數(shù)據(jù)窗格中包含的信息，如不同類型的銑削操作，工件和刀具材料的屬性，機(jī)械效率和芯片負(fù)載。用戶有選項(xiàng)來(lái)設(shè)置這些數(shù)據(jù)所需的值。為了計(jì)算信息，如允許在切割深度的基礎(chǔ)上對(duì)加工能力和主機(jī)的電源功率和切割力預(yù)先設(shè)定。機(jī)床數(shù)據(jù)窗格中顯示有關(guān)機(jī)2床的功能，比如機(jī)床的電機(jī)功率和最大切削深度的信息。該窗格還提供了兩個(gè)開(kāi)關(guān)，開(kāi)/關(guān)和 TC/ QC。例如 TC 屬性“窗格中顯示預(yù)測(cè)功耗，切削力預(yù)測(cè)，目前的每齒進(jìn)給，進(jìn)給速率和材料去除率。它還包括功率限制的警告，指示安全限制和超出限度的功耗。圖 3-2 所示的進(jìn)給速率，切削力和材料去除率，這是通過(guò)計(jì)算輸入的機(jī)械效率，不同類型的銑削過(guò)程中，刀具材料，工件材料，刀具幾何形狀，每齒的最大進(jìn)給深度切割機(jī)動(dòng)力都不同。根據(jù)切削力變化，從計(jì)算的結(jié)果給出了一個(gè)優(yōu)化的進(jìn)給速率。例如，如果計(jì)算出的切削功率大于機(jī)器的電源，進(jìn)料將計(jì)算出的切削功率降低，直到達(dá)到允許值，即，小于機(jī)器的電源。這樣做，可避免過(guò)大的切削力。3.1.3 發(fā)展翻譯該解釋器（在圖 3-3 中所示）將 STEP-NC 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成加工命令。 STEP-NC 數(shù)據(jù)定義的部件 10，11 和 111 的 ISO14649，以及新開(kāi)發(fā)的優(yōu)化數(shù)據(jù)模型。這種新開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為 STEP-NC 的數(shù)據(jù)和實(shí)際加工的優(yōu)化過(guò)程之間的接口。以前的解釋是能夠翻譯基本銑削功能。因此，額外的功能是需要處理的機(jī)器執(zhí)行的優(yōu)化數(shù)據(jù)。圖 3-3 ISO14649 解釋該解釋主要有三個(gè)數(shù)據(jù)功能：輸入文件，工具的文件名和錯(cuò)誤文件。一旦開(kāi)始處理一個(gè) STEP 文件，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成一組加工特性和工步在典型加工指令（CMC）的形式執(zhí)行。此 CMC 輸出得到了進(jìn)一步的增強(qiáng)，允許在加工過(guò)程中進(jìn)行流程優(yōu)化。3.1.4 刀具路徑執(zhí)行加工的解釋CMC 碼的一組執(zhí)行由 CNC 控制器名為 AECopt 的。以這種方式，集成過(guò)程中的籌辦，優(yōu)化策略和機(jī)床能力之間的鏈路。3.2 AECoptt機(jī)床控制器已重新設(shè)計(jì)，可支持流程優(yōu)化，持續(xù)監(jiān)測(cè)和控制。這項(xiàng)研究演示了如何利用 CMC 啟用自適應(yīng)執(zhí)行 STEP-NC 的數(shù)據(jù)，這被稱為 AECopt。 AECopt 本質(zhì)上是一個(gè)開(kāi)放和自適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)，提供了三個(gè)功能：（一）通過(guò) MCM 了解機(jī)床的行為和能力，（二）優(yōu)化機(jī)器參數(shù)的自適應(yīng)控制（三）CMC 一部分的程序執(zhí)行，即模糊推理系統(tǒng)（FIS）的開(kāi)發(fā)和集成 CMC 零件程序。圖 3-4 示出的進(jìn)給速率的優(yōu)化過(guò)程中的數(shù)據(jù)流。一個(gè)最佳的進(jìn)給速率被定義為一個(gè)進(jìn)給速率的加工時(shí)間很短的一段不超過(guò)銑床的額定最大功率，并不會(huì)導(dǎo)致多余的振動(dòng)。通常情況下，每臺(tái)機(jī)器工具都有其自己的最大額定功率。這可以被用來(lái)作為基準(zhǔn)設(shè)定的機(jī)床能力的限制?？紤]機(jī)床的額定功率，工作切削功率保持在低于主電機(jī)功率，以保持加工操作過(guò)程中的安全區(qū)。以這種方式，如主軸過(guò)載，過(guò)多的切削力，顫振，刀具磨損，產(chǎn)品質(zhì)量的惡化，并連機(jī)刀具破損的問(wèn)題是可以避免的。3圖 3-4 基于模糊邏輯的進(jìn)給速率優(yōu)化算法為獲得最佳的進(jìn)給速率，參考切削功率（NREF）被設(shè)置為一個(gè)值的正下方的最大功率（Nmax 時(shí)），考慮參考切削功率的電源，可能過(guò)沖。優(yōu)化過(guò)程的簡(jiǎn)要說(shuō)明如下，使用圖中的相應(yīng)編號(hào) 4。在粗加工過(guò)程開(kāi)始于一個(gè)最大切削深度。開(kāi)始進(jìn)給率是從先前計(jì)算的數(shù)據(jù)得到。該值被分配至 SET_FEED_RATE的命令。其目的是實(shí)現(xiàn)縮短加工時(shí)間。在加工過(guò)程中，刀具可能需要直線或圓弧插補(bǔ)。這是使用STRAIGHT_FEED，ARC_FEED 和 ELLIPSE_FEED 的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。切削力傳感器檢測(cè)的基礎(chǔ)上計(jì)算切削功率的切削力。使用電機(jī)功率為參照，切削功率誤差（ENC）和切削功率變化（CNC）。在數(shù)學(xué)上，這兩個(gè)錯(cuò)誤表示為：EN c(i) = N cref N cn (i) （3-1）CN (i) = Ncn(i) Ncn(i 1)（3-2）opt 1/ 2這兩個(gè)錯(cuò)誤作為模糊控制的輸入。模糊推理系統(tǒng)由一個(gè)基本的輸入模糊化，模糊推理引擎，模糊規(guī)則庫(kù)，隸屬函數(shù)和模糊化?？刂菩盘?hào)是進(jìn)給速率。模糊規(guī)則是用于優(yōu)化分配給軸致動(dòng)器的進(jìn)給速率。對(duì)于粗加工操作，進(jìn)給率優(yōu)化表達(dá)式（3-3）和（3-4）。f s1 = Maxf z ( f 8rRa ) ,amax x(t ) （3-3）toptsi= M intm( foptsi4, amax, dsi)（3-4）1/ 2在精加工操作的情況下，進(jìn)給速率優(yōu)化式表示（3-5）。在這種情況下，系統(tǒng)切換到正常的 CMC。fs 2 = Minfz ( f (8rt Ra ) , amin ) （3-5）實(shí)現(xiàn)此算法是為每一個(gè)工具沿 X，Y 和 Z 軸的移動(dòng)。本程序適用于機(jī)器的所有功能包含進(jìn)給命令，如 ARC_FEED 和 ELLIPSE_FEED 的。這樣的結(jié)果與優(yōu)化的進(jìn)給速率變化的平穩(wěn)過(guò)渡，這是不可能的基于 G 代碼執(zhí)行刀具運(yùn)動(dòng)。結(jié)束操作中，進(jìn)給速率進(jìn)行了優(yōu)化，以達(dá)到所要求的表面質(zhì)量。該程序利用數(shù)據(jù)采集卡的電壓的輸入和輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成的值是由計(jì)算機(jī)可解釋的，反之亦然。美國(guó)國(guó)家儀器公司計(jì)算機(jī)（ PXI-1031）作為它的機(jī)載數(shù)據(jù)采集（DAQ）卡，可用的軟件開(kāi)發(fā)的LabWindows / CVI9.0 編程環(huán)境，如。 LabWindows / CVI 的數(shù)據(jù)采集庫(kù)，其中包含閱讀和發(fā)送信號(hào)的功能。機(jī)床采用的是 2010 年 Sherline 數(shù)控銑床。示于圖 3-5 的 AECopt 控制器系統(tǒng)的接口。圖 3-5 AECopt 控制器 GUI該接口提供了兩種類型的控件：手動(dòng)（自動(dòng)）控制。手動(dòng)功能提供 X，Y，Z 軸進(jìn)給倍率，速度倍率為順時(shí)針（CW）和逆時(shí)針（CCW）旋轉(zhuǎn)?？刂乒δ芴峁┴?fù)載，運(yùn)行和線路的運(yùn)行選項(xiàng)。 LOAD選項(xiàng)加載一個(gè) CMC 的程序已經(jīng)從 STEP-NC 的文件解釋。 “運(yùn)行”選項(xiàng)，執(zhí)行系統(tǒng)的文件，命令行顯示。最后，線路運(yùn)行提供了一個(gè)選項(xiàng)，用于顯示由用戶選擇的特定命令的 CMC 的輸出。利用視覺(jué)顯示一組由兩個(gè)控制功能。 START/ STOP 按鈕是用來(lái)執(zhí)行 optiCMCs 和系統(tǒng)分別為。 START（開(kāi)始）“選項(xiàng)也可以用來(lái)開(kāi)始獲取由切削力的數(shù)據(jù)，這是用來(lái)作為 optiCMC 輸入。在同一時(shí)間，一個(gè)加速度傳感5器的信號(hào)被收購(gòu)為脫機(jī)數(shù)據(jù)分析。3.3 以知識(shí)為基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)提供基于機(jī)器狀況的優(yōu)化和更新的參數(shù)，效率和生產(chǎn)力的加工性能是關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法之一是賦予整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程控制器與智能知識(shí)。這是通過(guò)知識(shí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，車間更新的數(shù)據(jù)信息記錄和評(píng)估。可以做到通過(guò)直接記錄或網(wǎng)絡(luò)使用的協(xié)議，如 MTConnect 記錄。在加工過(guò)程中直接錄制的方法是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)節(jié)電方法。網(wǎng)絡(luò)記錄需要一個(gè)開(kāi)放的架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在記錄過(guò)程中，可包括如實(shí)際的進(jìn)給速率，加速度，加加速度，加工時(shí)間，實(shí)際的切割力和振動(dòng)，然后再評(píng)估，以確保不超過(guò)允許的切削功率的機(jī)床的加工參數(shù)。此信息被用于更新 STEP-NC 的數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)中的最后一個(gè)動(dòng)作就是以知識(shí)為基礎(chǔ)的評(píng)估記錄實(shí)際的進(jìn)給速率。然后，所記錄的信息，以對(duì)更新的機(jī)器狀態(tài)與最新特性 STEP 文件進(jìn)行評(píng)估。因此，加工參數(shù)的調(diào)整，可以在稍后的時(shí)間進(jìn)行。3.3.1 MTConneectMTConnect STEP-NC 的集 成使一 個(gè)可 互操作 的方 法在不 同的 地點(diǎn)訪 問(wèn)和 處理加 工數(shù) 據(jù)。MTConnect 是一個(gè)開(kāi)放的協(xié)議和基于 XML 的標(biāo)準(zhǔn)更高水平的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，它可以作為一個(gè)推動(dòng)者。它的體系結(jié)構(gòu)可以很容易地部署和加裝到現(xiàn)有的機(jī)器，因此各種類型的加工環(huán)境中提供靈活性和便攜性的功能。MTConnect 有四個(gè)組成部分：設(shè)備，適配器，代理和客戶端。他們共同作為骨干通信標(biāo)準(zhǔn)。該裝置被稱為是負(fù)責(zé)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的組件，如控制器，傳感器和機(jī)床。這些數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集的適配器。適配器是負(fù)責(zé)通信和流媒體的代理。設(shè)備的應(yīng)用程序編程接口（API）與該適配器將溝通作為數(shù)據(jù)采集過(guò)程。代理，然后接受數(shù)據(jù)請(qǐng)求從客戶端應(yīng)用程序，然后返回 XML 格式的數(shù)據(jù)。然后，客戶端可以從文檔中提取數(shù)據(jù)，并顯示給用戶。這些數(shù)據(jù)可用于更有意義的輸出，通過(guò)機(jī)床的當(dāng)前狀態(tài)的評(píng)估。3.3.2 數(shù)據(jù)采集和分析由于 STEP-NC 提供了豐富的數(shù)據(jù)建模方法用于描述加工數(shù)據(jù)，相比與傳統(tǒng)的 NC 代碼結(jié)構(gòu)，因此可以被保存加工知道如何根據(jù) STEP-NC 數(shù)控系統(tǒng)的整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。 STEP-NC 是一個(gè)高層次的數(shù)據(jù)模型和它的執(zhí)行也需要更具體的加工數(shù)據(jù)。KBE 系統(tǒng)負(fù)責(zé)三項(xiàng)任務(wù)：數(shù)據(jù)記錄，可視化和評(píng)估。首先，數(shù)據(jù)流式傳輸，通過(guò) MTConnect 被記錄在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以在不同的地點(diǎn)訪問(wèn)。動(dòng)態(tài)記錄的加工參數(shù)，包括實(shí)際進(jìn)給速度，加速度，挺舉，切削功率和最大振幅。其次，該系統(tǒng)提供了一個(gè)用戶界面，用于可視化的目的。該接口由一個(gè)樹(shù)形視圖，表和圖形表示所收購(gòu)的動(dòng)態(tài)加工參數(shù)。在圖 3-6 所示的用戶界面的快照。第三，加工參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，其目的獲得另一組隨后的機(jī)械加工操作的最佳參數(shù)。這些措施包括：（a）實(shí)際切削功率值來(lái)計(jì)算最佳的進(jìn)給速率，（b）加速度和加加速度值進(jìn)行評(píng)估，以獲得平滑的運(yùn)動(dòng)，（c）分析得出通過(guò)觀察振動(dòng)信號(hào)短時(shí)傅立葉變換（STFT），在切割過(guò)程中，以避免過(guò)多的數(shù)落。6圖 3-6 KBE 系統(tǒng)的接口所有這些評(píng)價(jià)參數(shù)，幫助提供適當(dāng)?shù)陌踩庸げ僮鞯倪M(jìn)給速率。這些進(jìn)給速率，然后分配更新STEP-NC 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 STEP-NC 文件。以這種方式，可以利用的知識(shí)，在執(zhí)行卓越的加工操作。3.3.3 數(shù)據(jù)評(píng)估數(shù)據(jù)流通過(guò)連續(xù)記錄到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù) MTConnect。所記錄的數(shù)據(jù)的一部分示于表 1。在表中可以看出，對(duì)于每一個(gè)時(shí)間增加，可以觀察到的機(jī)器行為的變化。清晰可見(jiàn)的是逐步改變進(jìn)給速率為每一個(gè)時(shí)間增量。這些進(jìn)給速率的動(dòng)態(tài)行為，可取得進(jìn)一步分化加速性能。在加工過(guò)程中，機(jī)械元件的振動(dòng)的激發(fā)可能導(dǎo)致過(guò)度增加加速度，這可能會(huì)導(dǎo)致加速刀具的磨損，提高加工噪聲和大的輪廓加工誤差。因此，急動(dòng)度可以作為一個(gè)指標(biāo)為光滑的加工操作標(biāo)準(zhǔn)。表 1 中 記錄數(shù)據(jù)通過(guò) MTConnect7T 時(shí)間（s）。CP-切割功率（千瓦）、FR-進(jìn)給率（毫米/分鐘）、A-的加速度（mm/sec2）、J-急動(dòng)度（mm/sec3）MVA 最大振動(dòng)幅度（1000-1）。從時(shí)域的數(shù)據(jù)需要被記錄，另外，由于大量的時(shí)域數(shù)據(jù)（在 10,000 Hz 的采樣速率），時(shí)域振動(dòng)信號(hào)處理使用 STFT 技術(shù)的。圖 3-7 是從所記錄的數(shù)據(jù)的一部分的時(shí)間間隔 8 秒的短時(shí)傅立葉變換得到的視圖的一個(gè)例子。短時(shí)傅立葉變換，可以執(zhí)行頻率的變化隨時(shí)間的持續(xù)時(shí)間。從這種變化中，可以發(fā)現(xiàn)，任何重大的喋喋不休，這將決定在那個(gè)時(shí)候進(jìn)給速率值。例如，大量發(fā)生的在喋喋不休頻率為185.5 赫茲振幅在 3.8 s。所記錄的數(shù)據(jù)表明，該控制器產(chǎn)生的進(jìn)料速率為 127 毫米/分鐘，約 3.8 s 的加工。其結(jié)果是，進(jìn)給速率為 127mm/分鐘，可確認(rèn)為過(guò)速的機(jī)床工作臺(tái)的移動(dòng)。應(yīng)避免在后續(xù)加工操作更新的 STEP 文件。這種實(shí)時(shí)的進(jìn)給速率值可以控制，使其不超過(guò)允許的顫振頻率的振幅的值，通過(guò)設(shè)置在調(diào)諧系統(tǒng)中的進(jìn)給速率的上限。因此，改進(jìn)的進(jìn)給速率可以被分配到控制器。圖 3-7 STFT 代表性的振動(dòng)分析4結(jié)論使用 STEP-NC 的數(shù)據(jù)模型，根據(jù)相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)合并為各種應(yīng)用提供了一個(gè)有前途的平臺(tái)。它帶來(lái)了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，如幾何尺寸，公差和材料到加工操作過(guò)程的控制和監(jiān)測(cè)，成為一個(gè)強(qiáng)大的控制機(jī)制。出于這樣做的好處，新開(kāi)發(fā)的架構(gòu)優(yōu)化的目的是擴(kuò)充現(xiàn)有的 STEP-NC 的數(shù)據(jù)模型。為一體的綜合環(huán)境中，高層次的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)行使優(yōu)化加工流程是必要的。開(kāi)發(fā)的 Express 數(shù)據(jù)模型提供了必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工優(yōu)化。STEP-NC 的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成。第一個(gè)子系統(tǒng)， optiSTEP-NC，是負(fù)責(zé)早期階段優(yōu)化。目的是為了協(xié)助過(guò)程規(guī)劃者產(chǎn)生最佳的加工參數(shù)為 STEP-NC 的文件。這是兩種不同的情況：（一）最大限度地提高進(jìn)給率和切削深度的關(guān)鍵加工（例如，粗加工工序）及（二）最大化的加工質(zhì)量，質(zhì)量的關(guān)鍵加工操作（例如，精加工業(yè)務(wù)）。模擬器已經(jīng)開(kāi)發(fā)的最優(yōu)化算法，實(shí)時(shí)的過(guò)程控制和監(jiān)測(cè)算法來(lái)驗(yàn)證。8第二子系統(tǒng)：一種自適應(yīng)的進(jìn)給速率優(yōu)化（AECopt）控制器 CMC 程序執(zhí)行第 2 副系統(tǒng)的框架?？刂破髟试S一個(gè)模糊的進(jìn)給率優(yōu)化模塊規(guī)范的機(jī)器要執(zhí)行的命令?？棺h的 NC 程序執(zhí)行的主要特點(diǎn)是機(jī)床工具的能力范圍內(nèi)保持恒定的負(fù)載能力進(jìn)行自適應(yīng)進(jìn)給率優(yōu)化。此外，還可以幫助優(yōu)化算法減少喋喋不休幅度。因此，過(guò)多的顫振的發(fā)生是可以避免的。這保證了一個(gè)更健康的加工操作環(huán)境。實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)建議的進(jìn)給速率優(yōu)化模塊的有效性。第三子系統(tǒng)（被稱為以知識(shí)為基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)體系）的開(kāi)發(fā)。內(nèi)容準(zhǔn)確詳實(shí)，更新加工訣竅是用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化加工操作。通過(guò)有效地監(jiān)測(cè)和記錄加工過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境的 STEP-NC 和 MTConnect 訣竅可以應(yīng)用在任何時(shí)間點(diǎn)，一個(gè)完整的加工利用。 KBE 系統(tǒng)展示了寶貴的加工訣竅有助于確定最佳的進(jìn)給速率，以便可避免顫振的發(fā)作。該系統(tǒng)還可以記錄的加工參數(shù)，如切割功率，加速度，加加速度和最大振動(dòng)振幅的努力，以獲得最佳的機(jī)械加工性能，進(jìn)一步評(píng)估這些數(shù)據(jù)?？傮w而言，需要機(jī)械師 NC 代碼來(lái)操作和調(diào)整的最小化。工程師制定有效的流程計(jì)劃所花費(fèi)的時(shí)間減少，最終的決策由高層經(jīng)理甚至可以遠(yuǎn)程決策。參考文獻(xiàn)1 Elbestawi MA, Dumitrescu M, E-G NG. 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