[发明专利]开放式智能铣削加工系统及基于该系统的铣削加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种开放式智能铣削加工系统及基于该系统的铣削加工方法，属于机械加工领域。

背景技术

实现加工过程的自动化、智能化一直是现代制造技术发展的两个主要目标。在传统的金属切削加工过程中，为了防止机床过载和保护刀具，以及消除各种不确定因素的影响，切削用量往往是通过查有关机械加工工艺手册凭经验确定，为确保加工过程稳定，加工中往往只允许对关键参数(如进给速度、主轴转速等)设定一次。这使得加工时间延长，并且由于切削力的波动造成了刀具的变形，由于切削负荷造成了过早的刀具磨损，降低了工件加工质量。目前，为提高加工效率，加工参数通常通过离线算法进行优化，由于在实际加工过程中加工工况不断变化(如刀具磨损、热量产生、过程扰动等)，使离线优化的加工参数不能维持加工目标总是最优，并且在加工过程中关键参数也不能实时被调整，从而影响数控加工的效率。

发明内容

本发明目的是为了解决现有采用离线算法进行优化的铣削加工系统，其离线优化的加工参数不能维持加工目标总是最优，并且在加工过程中关键参数也不能实时被调整，从而影响数控加工的效率的问题，提供了一种开放式智能铣削加工系统及基于该系统的铣削加工方法。

本发明所述开放式智能铣削加工系统，它包括三向压电式测力仪传感器、A/D转换电路、工业PC机、PCI数据采集卡、铣削控制器、SoftSERCANS通讯卡、输入输出模块和n个伺服驱动器，n为大于1的自然数，

PCI数据采集卡、铣削控制器和SoftSERCANS通讯卡设置在工业PC机上，

三向压电式测力仪传感器采集工件与刀具间相互作用产生的切削力，三向压电式测力仪传感器的信号输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端与PCI数据采集卡的输入端相连，PCI数据采集卡的输出端与铣削控制器的输入端相连，铣削控制器的控制信号输入输出端与SoftSERCANS通讯卡的第一输入输出端相连，SoftSERCANS通讯卡的第二输入输出端与输入输出模块的控制信号输入输出端相连，输入输出模块的每个驱动输入输出端连接一个伺服驱动器。

铣削控制器包括控制模块、人机接口模块、任务协调模块、译码模块、插补与加减速模块和轴运动模块，上述各个模块采用软件编程实现，模块间采用API接口实现连接；

人机接口模块接收外部输入的系统参数设定命令、机床工作命令和零件加工NC程序文件，人机接口模块的输出端与任务协调模块的第一输入端相连，任务协调模块的第二输入端与PCI数据采集卡的输出端相连，任务协调模块的译码输入输出端与译码模块的输入输出端相连，任务协调模块的调用数据输入输出端与控制模块的调用输入输出端相连，任务协调模块的运动指令输出端与插补与加减速模块的运动指令输入端相连，控制模块的进给倍率输出端与插补与加减速模块的进给倍率输入端相连，插补与加减速模块的速度指令输出端与轴运动模块的输入端相连，轴运动模块的控制信号输入输出端与SoftSERCANS通讯卡的第一输入输出端相连。

基于上述的开放式智能铣削加工系统的铣削加工方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、切削加工任务的设定：铣削控制器的人机接口模块接收零件加工NC程序文件，并通过任务协调模块分配给译码模块进行译码，译码后形成的切削加工任务返回给任务协调模块；

步骤二、任务协调模块根据切削加工任务下达运动指令给插补与加减速模块，再通过轴运动模块从加工铣削控制器输出，该运动指令用于控制伺服驱动器进而控制刀具进行切削运动；

步骤三、三向压电式测力仪传感器实时采集工件与刀具间相互作用产生的切削力，并经过A/D转换电路将模拟量切削力转换成数字量切削力，所述数字量切削力由PCI数据采集卡采集后发送给铣削控制器；

步骤四、铣削控制器的控制模块根据接收到的数字量切削力获取进给倍率ξ，进而获取新的进给速度，所述新的进给速度作为刀具下一个进给速度；

步骤五、插补与加减速模块根据步骤四获取的新的进给速度确定机床的下一位置，并将该位置指令由铣削控制器通过SoftSERCANS通讯卡和输入输出模块传至相应的伺服驱动器，控制相应的刀具运动；

重复执行步骤二至步骤五，直至完成步骤一中零件加工NC程序文件设定的加工任务。

本发明的有益效果：本发明所述开放式智能铣削加工系统能够在加工过程中实现同步采集工件和刀具间相互作用产生的切削力，通过分析、处理采集的切削力，并调用集成至控制模块中控制算法实现对数控加工参数(进给速度、主轴转速)的实时调整，实现加工过程的智能控制。