基于SINUMERIK 840D数控系统的恒功率自适应控制方法研究

发布时间：2017-09-21 10:28

  本文关键词：基于SINUMERIK 840D数控系统的恒功率自适应控制方法研究

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【摘要】：伴随着我国航空、航天等行业的快速发展,智能制造已成为制造业发展的必然趋势。切削加工过程是一个具有高度非线性、不确定性的复杂动态过程,传统的数控机床识别和处理切削过程中不确定性情况的能力低下,通常在实际的切削过程中多采用保守的切削参数,从而在一定程度上限制了切削加工效率。机床的自适应约束控制可以在保护机床的同时有效提升加工效率,是实现智能化加工的关键技术之一。采用外置传感器可以有效实现机床的自适应约束控制,但其存在成本高,安装调试复杂等问题。本文以SINUMERIK 840D数控系统为基础,研究了一种应用机床内置传感器和控制器的恒功率自适应控制方法。本文首先设计了面向开放式数控系统的恒功率自适应控制的整体方案,并以三种不同系列的数控系统为研究对象,分析了恒功率自适应控制的技术实现方法。为实现加工过程的智能化控制,设计了相应的模糊控制器,论述了模糊控制器的模糊化处理、模糊控制规则及其模糊推理的方法,并在MATLAB下制作了模糊查询表用于机床加工过程的实际控制。以SINUMERIK840D数控系统为研究对象开发了恒功率自适应系统,提出了一种利用OPC(OLE for Process Control)技术实时采集机床主轴功率的实现方法,同时利用系统内部的R参数以及DDE(Dynamic Data Exchange)接口,实现了机床进给速度的实时改变。依照840D数控系统的OEM(Original Equipment Manufacturer)开发规则,为机床的恒功率自适应控制功能开发了友好的人机界面,论述了相关控制文件的配置方法以及动态链接库的创建方法。最后,设计了一组切削实验并分析了机床在采用恒功率自适应控制加工前后的主轴功率和进给速度。实验结果表明,所设计的面向开放式数控机床的恒功率自适应控制系统在加工过程中具有较好的控制效果,在保护刀具和机床的同时可以有效提高机床的加工效率。本课题的研究也为自适应约束控制提供了一种新方法。
【关键词】：SINUMERIK 840D 恒功率自适应控制 模糊控制 主轴功率 OEM
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 论文研究背景和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 智能机床发展现状14-15
• 1.2.2 机床自适应控制研究现状15-18
• 1.2.3 数控系统的OEM开发研究现状18
• 1.3 论文主要研究内容和总体结构18-21
• 第二章 面向开放式CNC的CPAC方案设计及其技术分析21-34
• 2.1 CPAC的整体方案设计21-23
• 2.1.1 ACC系统的实现方法分析21-22
• 2.1.2 CPAC的整体方案设计22-23
• 2.2 切削过程的主轴功率信号分析23-25
• 2.3 CPAC系统的技术实现分析25-33
• 2.3.1840D的CPAC技术实现分析26-30
• 2.3.2 FANUC 31i的CPAC技术实现分析30-31
• 2.3.3 海德汉iTNC530 的CPAC技术实现分析31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 恒功率自适应控制中模糊控制方法研究34-43
• 3.1 模糊控制理论简介34-35
• 3.1.1 模糊控制理论的特点34-35
• 3.1.2 模糊集合和隶属度函数35
• 3.1.3 模糊语言与模糊推理35
• 3.2 恒功率的自适应模糊控制器设计35-38
• 3.2.1 模糊控制器的输入输出确定36
• 3.2.2 模糊控制器的控制规则设定36-37
• 3.2.3 模糊控制器的设计37-38
• 3.3 MATLAB下的模糊控制器的设计38-42
• 3.3.1 模糊逻辑工具箱下的模糊控制器制作39-40
• 3.3.2 模糊控制查询表的制作40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 基于 840D的恒功率自适应控制系统开发43-67
• 4.1840D数控系统简介43-45
• 4.1.1840D数控系统的硬件结构43-44
• 4.1.2840D数控系统的软件结构44-45
• 4.2 840D的主轴功率信号采集45-46
• 4.3 进给速度的实时改变技术研究46-55
• 4.3.1 改变机床进给速度的原理分析46-48
• 4.3.2 PLC调用NC变量R参数的技术实现48-51
• 4.3.3 读写机床进给倍率的PLC编程实现51-53
• 4.3.4 进给倍率写入R参数的方法研究53-54
• 4.3.5 模糊控制器在CPAC系统的实现54-55
• 4.4 基于 840D的CPAC人机界面开发55-66
• 4.4.1 CPAC系统人机界面的需求分析55-56
• 4.4.2840D人机界面的OEM开发技术56-60
• 4.4.3 CPAC人机界面的开发与文件配置60-64
• 4.4.4 语言动态链接库的创建64-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 恒功率自适应控制系统的切削实验验证67-75
• 5.1 实验的机床设备简介及工件设计67-70
• 5.1.1 QLM27100-5X机床简介67-68
• 5.1.2 配有CPAC系统的机床运行过程分析68-69
• 5.1.3 凹槽型工件的设计69-70
• 5.2 未使用CPAC的工件切削实验70-72
• 5.2.1 未使用CPAC切削加工的功率采集70-71
• 5.2.2 未使用CPAC切削的主轴功率数据分析71-72
• 5.3 使用CPAC的工件切削实验72-74
• 5.3.1 自适应切削主轴功率采集实验72-73
• 5.3.2 自适应切削实验数据分析73-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 总结和展望75-77
• 6.1 总结75
• 6.2 展望75-77
• 参考文献77-82
• 致谢82-83
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文83

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本文编号：893966