基于TwinCAT的自适应数控车削系统设计

摘要

开放式数控系统是为了适应机床制造业在技术、市场和生产组织等多方面新的变化而提出的，其目的是使数控系统易变，具有很好的适应性和二次开发性。在CAK6136车床上进行了基于TwinCAT的开放式数控系统改造，对CAK6136车床的主轴控制、伺服轴控制、刀架转位控制等强电部分进行了整理分析，确定了所需TwinCAT模块的数量种类，通过TwinCAT PLC中关于轴控制的相关功能块和库实现了CAK6136车床的伺服功能和相关辅助功能，完成了对CAK6136车床的开放式数控改造。
　　恒负荷切削是一项极具工程意义的研究，国内外自适应切削主要就是恒负荷自适应切削。文章研究了基于主轴电流的切削力间接测量方案，通过实验论述了以电流有效值作为切削状态表征量可靠性，为了避免各种随机性因素对电流有效值产生影响，提出了以实时测量空载电流，并以切削电流有效值与空载电流有效值的差值作为切削状态表征量的方案。最后通过BP神经网络，实现了切削状态的在线检测以及恒负荷加工中进给量的计算。
　　车削过程中颤振是导致切削不稳定的主要原因，通过实验发现颤振时主轴电流的概率密度分布情况与切削是否发生颤振有密切关系，切削状态越接近于颤振状态，电流的概率密度分布的双峰性越明显。通过核概率密度函数估计方法来在线辨识切削状态是否为稳态切削，并通过在线调节进给量来防止颤振的发生。最终实验表明在CAK6136车床上运用变进给量车削能提高加工表面的质量并能加大切削效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题简介

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 开放式数控系统改造

2．1 CAK6136车床控制简介

2．1．1 主轴传动控制

2．1．2 车床其他结构

2．2 TwinCAT与轴控制

2．3 模块选型

2．4 数控系统具体功能的实现

2．4．1 M数组和R数组的运用

2．4．2 伺服轴功能的实现

2．4．3 其他功能的实现与调试

2．5 本章小结

第3章 基于主轴电流的切削力间接测量研究与实验

3．1 切削力的分解与影响因素

3．2 基于主轴电流的切削力间接测量研究

3．3 恒工况切削电流的分析

3．4 车削实验

3．4．1 电流数据的处理与空载电流的确定

3．4．2 车削实验与定性分析

3．5 切削力实验

3．6 本章小结

第4章 颤振及其测量

4．1 车削颤振的形成机制

4．2 基于颤振理论的切削用量在线调整

4．2．1 进给量对颤振的影响

4．2．2 基于主轴电流的颤振预报研究

4．3 本章小结

第5章 TwinCAT开放式数控系统自适应控制系统研究

5．1 控制方案设计

5．2 基于主轴电流的切削参数的自适应辨识

5．2．1 电流突变的判断与处理

5．2．2 基于神经网络的背吃刀量自适应辨识

5．3 变进给速度加工系统设计

5．3．1 优化目标函数

5．3．2 约束规则制定

5．3．3 颤振的在线预报

5．4 实验效果

5．4．1 加工效率方面

5．4．2 加工精度方面

5．5 本章小结

结论与展望

总结

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文和科研成果