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基于主轴功率的铣削粗加工工艺参数优化

基于主轴功率的铣削粗加工工艺参数优化

作者：李唤雨华中科技大学

学位级别：硕士

在3C加工中,工件的加工属于大批量重复加工。在传统的数控加工中,一般通过在编程过程建立几何模型或是运用材料的工艺数据库来提升加工的效率,并没有使用加工时采集的数据,不能充分发挥机床的性能。因此,本文通过采集试切时数控系统内... 详细信息

在3C加工中,工件的加工属于大批量重复加工。在传统的数控加工中,一般通过在编程过程建立几何模型或是运用材料的工艺数据库来提升加工的效率,并没有使用加工时采集的数据,不能充分发挥机床的性能。因此,本文通过采集试切时数控系统内部的加工数据来进行进给速度的优化。课题组前期工作提出的基于主轴负载电流的工艺参数优化方法存负载电流不能真实反映力矩的大小的问题。而功率综合考虑电压和电流,可以反应真实的功率输出,并且在材料去除率变化时功率的变化趋势比电流更明显,因此本文从理论上提出一种基于主轴功率的工艺参数优化方法。该方法以指令域主轴功率的变化来反映材料去除率的变化,通过指令域主轴功率的反馈建立工艺参数优化模型,最终实现降低高负荷区的进给速度以均衡刀具负载,增加低负荷区进给速度以提高加工效率。对于确定的加工路径,行程和材料去除量之间的关系是确定的。因此在大批量重复加工中可以有试切过程中在实际运用基于主轴功率的工艺参数优化方法时需要多次试切的问题,依据行程与材料去除量的关系,本文提出一种基于两次试切的主轴功率数据来建立材料去除率与指令行主轴功率的仿真方法。本方法用采集的首次加工以及第一次优化后的加工数据进行材料去除率的仿真,观察仿真结果的波动情况,通过调整优化系数,使加工效率得到提升的同时仿真数据波动也较为平稳,以得到最优的NC程序,避免了费时费力的重复加工。本文设计了基于主轴功率的优化算法模块以及基于历史数据的材料去除率的仿真模块,开发了一款工艺优化软件,该软件可用于实际加工。在实际加工生产中使用本文开发的工艺优化软件,可以发现在实际使用中,试切两次就能达到提升铣削粗加工效率的目的,并且与之前试切4-5次的效果相当。其中粗加工效率提升为5%-10%,精加工效率提升为3%-5%。

关键词：数控加工主轴功率进给速度优化仿真

西门子840D配直流主轴调速系统时主轴功率自动限制功能

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制造技术与机床 2007年第8期 142-144页

作者：温良玉郭国英邱智毅中国第二重型机械集团公司四川德阳618013

介绍西门子840D数控系统配直流主轴调速系统时的主轴功率限制功能的实现方法、确定主轴功率限制值的方法、以及该方法在数控落地式镗铣床改造中的实际应用情况。

关键词：主轴功率自动限制值

西门子840D数控系统显示模拟主轴功率控制技术

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青海科技 2010年第6期17卷 19-20页

作者：王建民姚俊成青海华鼎重型机床有限责任公司特种机床研究所青海大通810100

本文介绍了西门子840D系统的显示模拟主轴功率的控制技术。

关键词：数控系统显示模拟量主轴功率控制技术西门子840D

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基于刀具磨损状态识别的加工参数多目标优化

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2022年第2期55卷 166-173页

作者：田颖王文豪杨利明邵文婷天津大学机械工程学院天津300072

在数控铣削过程中,刀具磨损对机床主轴能耗影响很大,同时与刀具加工能力直接相关,需适时调整加工参数以适应不同磨损状态,保证多目标综合最优.针对此问题,基于刀具磨损状态识别,根据不同磨损时期给出相应的加工参数优化策略.首先,以刀... 详细信息

在数控铣削过程中,刀具磨损对机床主轴能耗影响很大,同时与刀具加工能力直接相关,需适时调整加工参数以适应不同磨损状态,保证多目标综合最优.针对此问题,基于刀具磨损状态识别,根据不同磨损时期给出相应的加工参数优化策略.首先,以刀具寿命周期内的主轴功率为基础,采用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)建立考虑刀具磨损的能耗模型,平均误差低于5%,并基于与刀具磨损的强相关性,以主轴功率作为单一指标识别刀具磨损状态.进一步,为获取影响加工成本的动态性指标——刀具剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)及相应的主轴功率,利用人工神经网络(artificial neural network,ANN)建立刀具磨损退化模型,通过描述主轴功率随时间的变化来隐含退化过程,该模型拟合度达0.992.最终,综合考虑能耗、刀具及时间成本,设计多目标优化函数,并通过遗传算法(genetic algorithm,GA)搜索函数最小值,给出不同磨损时期的最优加工参数及优化策略.此加工参数多目标优化融入了主轴功率与刀具RUL等动态指标,可依据主轴功率在线识别刀具磨损状态,进而调整加工参数以适应不同磨损时期,降低加工成本.结果表明:采用此方法在线调整加工参数,可平均降低24.258%的综合成本,具备有效性与实用性.

关键词：加工参数多目标优化刀具磨损主轴功率刀具剩余使用寿命

基于离散小波变换与遗传BP神经网络的木工刀具磨损状态监测

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中南林业科技大学学报 2021年第6期41卷 157-166页

作者：董伟航胡勇田广军邱学海郭晓磊南京林业大学材料科学与工程学院江苏南京210037 博深普锐高(上海)工具有限公司上海201316

【目的】为解决木质家具生产过程中木工刀具磨损造成的加工质量下降和生产成本升高的问题,需要对生产过程中的木工刀具磨损状态进行精确监测。【方法】提出了一种基于离散小波变换与遗传BP神经网络的木工刀具磨损状态监测方法。通过接... 详细信息

【目的】为解决木质家具生产过程中木工刀具磨损造成的加工质量下降和生产成本升高的问题,需要对生产过程中的木工刀具磨损状态进行精确监测。【方法】提出了一种基于离散小波变换与遗传BP神经网络的木工刀具磨损状态监测方法。通过接入机床控制箱的功率传感器采集不同主轴转速、铣削深度和刀具磨损状态下的机床主轴功率信号,使用离散小波变换提取主轴功率信号的近似系数,将所提取的近似系数、主轴转速、铣削深度作为输入向量,刀具磨损作为输出向量,建立样本数据集,并将样本数据集输入BP神经网络中进行木工刀具磨损状态监测模型训练,同时使用遗传算法对BP神经网络的阈值和权值进行优化,实现对不同铣削条件下的木工刀具磨损状态进行精确监测。【结果】离散小波变换所提取主轴信号的近似系数能明显反映木工刀具磨损状态变化;在使用相同的样本数据集与遗传算法参数时,使用遗传BP神经网络所建立的木工刀具磨损状态监测模型的准确度可以达到100%,优于使用遗传概率神经网络建立监测模型的准确度。【结论】即使在样本数据集选取不佳时,本研究提出的监测方法仍然能对不同铣削条件下的木工刀具磨损状态进行精准监测,可以用于木质家具实际生产,达到提高木质家具加工质量、降低生产成本的目的。

关键词：木工刀具磨损状态监测铣削参数主轴功率离散小波变换遗传算法 BP神经网络

基于功率信息的航空发动机叶片铣削刀具监测试验研究

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航空制造技术 2021年第16期64卷 87-92,110页

作者：乔石刘阔都书博王鹏飞王永青大连理工大学大连116024 中国航发贵州黎阳航空动力有限公司贵阳550000

针对航空发动机叶片铣削加工过程中刀具加工状态不易实时监控、更换刀具依赖加工经验等问题,利用基于功率信息的刀具状态监测方法,开发了刀具状态监测系统。通过三相功率传感器实时采集加工过程中机床主轴的功率信号,并对信号数据进行... 详细信息

针对航空发动机叶片铣削加工过程中刀具加工状态不易实时监控、更换刀具依赖加工经验等问题,利用基于功率信息的刀具状态监测方法,开发了刀具状态监测系统。通过三相功率传感器实时采集加工过程中机床主轴的功率信号,并对信号数据进行数据筛选、数据分析、离线学习,计算出功率阈值区间,以功率阈值区间为监测标准,实现了对刀具加工过程的监测以及对刀具寿命的预测。以航空发动机压气机叶片的铣削加工过程为研究对象,进行了刀具状态监测试验。结果表明,基于功率信息的刀具状态监测方法可以实现对航空发动机叶片铣刀加工状态的实时监测及对刀具剩余寿命的预测。

关键词：航空发动机叶片主轴功率离线学习刀具状态监测刀具寿命预测

基于主轴恒功率的铣削过程工艺参数自适应调整方法研究

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工具技术 2021年第5期55卷 67-70页

作者：刘权唐永鹏余昌水姚斌厦门大学航空航天学院机电工程系福建省厦门市361005 陕西法士特齿轮有限责任公司

铣削过程是受工艺参数、工艺系统影响的复杂加工过程。为了提高铣削过程的加工精度,降低铣削过程中突变因素对工件加工精度及刀具寿命的影响,提出了一种利用数控系统自有功能的基于主轴恒功率的自适应工艺参数调整方法。该方法在铣削过... 详细信息

铣削过程是受工艺参数、工艺系统影响的复杂加工过程。为了提高铣削过程的加工精度,降低铣削过程中突变因素对工件加工精度及刀具寿命的影响,提出了一种利用数控系统自有功能的基于主轴恒功率的自适应工艺参数调整方法。该方法在铣削过程中通过调整进给速度来控制主轴负载在一定范围内波动,以达到优化加工精度和加工效率的目的。同时还开发了嵌入式自适应控制程序,实现了自适应工艺参数调整算法。该方法是基于数控系统自带的功能开发的自适应控制切削技术方法,无需添加额外传感器。

关键词：自适应约束加工数控加工主轴功率

基于优化SVM模型的立铣刀在机崩刃监测技术研究

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计量与测试技术 2024年第2期51卷 92-95,99页

作者：张曦周青峰张龙佳郑文妞上海大学机电工程与自动化学院

随着加工精度要求不断提高,切削过程中,对刀具在机磨损或崩刃状态进行在机实时监测的需求日益增加。本文以声发射和主轴功率为监测信号,通过提取时域、频域和时频域的有效特征,构建了基于融合信号的平底立铣刀在机崩刃SVM监测模型;采用... 详细信息

随着加工精度要求不断提高,切削过程中,对刀具在机磨损或崩刃状态进行在机实时监测的需求日益增加。本文以声发射和主轴功率为监测信号,通过提取时域、频域和时频域的有效特征,构建了基于融合信号的平底立铣刀在机崩刃SVM监测模型;采用网格搜索、粒子群和遗传算法优化SVM模型参数,并在实际切削环境中,将平底立铣刀的崩刃监测效果进行对比。结果表明:基于遗传算法优化的SVM模型对铣刀崩刃状态监测效果最佳。

关键词：声发射主轴功率崩刃检测遗传算法 SVM模型

基于Attention-LSTM的CNC刀具破损在线检测系统

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计算机与现代化 2022年第5期 68-74页

作者：王柯阳张铫李科闻张保谦李江任杰文东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院河北秦皇岛066004

为了在数控(CNC)机床批量加工过程中对刀具破损进行检测以减少残次产品,提出一种利用机床主轴功率信息,基于Attention-LSTM的CNC生产线刀具破损在线监测方法。该方法以数控系统内置传感器作为数据源获取机床主轴功率时间序列,在数据采... 详细信息

为了在数控(CNC)机床批量加工过程中对刀具破损进行检测以减少残次产品,提出一种利用机床主轴功率信息,基于Attention-LSTM的CNC生产线刀具破损在线监测方法。该方法以数控系统内置传感器作为数据源获取机床主轴功率时间序列,在数据采集环节中,需要分辨加工过程中的不同工序以及该工序所使用的刀具编号。因此,在数据采集环节中,同时对数控代码和主轴功率进行采集,使用数控代码解析方式对采集数据进行处理,完成加工过程的工序识别,再使用Attention-LSTM算法对主轴功率数据进行预测,然后利用DTW算法计算时间序列相似度。加工过程功率时间序列和标准时间序列之间的相似程度应当处于合理的阈值范围内,否则认为此次加工过程中发生刀具破损。以FANUC数控系统为平台进行实验,验证了刀具破损识别的准确率。

关键词：在线检测主轴功率刀具破损注意力机制