[发明专利]一种基于功率预测的数控机床进给系统调速方法

摘要

本发明涉及一种基于功率预测的数控机床进给系统调速方法。在数控机床粗车过程中，通常根据最大切削深度设定最小进给速度，并以此速度为恒定进给速度进行加工，但在粗车作业较多、加工批量较大情况下，恒定速度加工造成效率低下的问题尤为突出。针对这一问题，本发明提出一种基于功率预测的数控机床进给系统调速方法，该方法包括以下步骤：步骤一：采集功率信号输入神经网络，预测下一时刻功率值；步骤二：计算预设功率和预测功率偏差率，判断是否需要进行调速；步骤三：预测背吃刀量，结合预设功率值，完成对进给系统的调速控制。该方法有效解决了不同切削工况条件下调速滞后问题，降低加工成本，大大提高了机床利用率和切削效率。

主权项

一种基于功率预测的数控机床粗车过程中进给系统调速方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：预测下一时刻功率值：分别安装电压传感器、电流传感器和功率传感器采集进给电机输入端的电压、电流和功率值。对采集到的数据分别进行滤波，对奇异值进行处理。把处理后的功率值作为输入，构建训练样本(x_k,y)，输入神经网络，获取的输出值y，即为k+1时刻功率的预测值。本方法采用单隐含层的三层神经网络对功率值进行预测，选取的神经网络模型为：其中v_i1为第i个隐层神经元对输出的联结权值，n为某时刻所采集的数据个数，K为k+1时刻前时间序列个数，ω_ki为第k时刻的输入神经元对第i个隐层神经元的联结权值，x_k为第k时刻的输入，θ是隐层神经元的阀值。步骤二：计算预测功率与预设功率偏差率，判断是否需要调速：通过得到预测的功率值，得到基于功率预测的数控机床粗车过程中进给系统调速方程为：$\frac{P_{\exp }-P_{ax}}{P_{\exp }}\≤\mathrm{\δ}---\left(1\right)$其中，P_exp为根据加工实际预设的进给电机功率期望值，δ为功率偏差率。计算预设功率与预测功率的功率偏差率，若偏差率小于设定值，则不需要调速，继续进行功率预测；若偏差率大于设定值，则需要预测被吃刀量，进而对进给速度进行调整。步骤三：预测背吃刀量值，通过预设功率值和背吃刀量实现调速：根据步骤一预测的功率值，以及系统功率方程与进给力经验计算公式，可得到电机输入功率与进给速度和背吃刀量的预测函数如式(2)所示，电机输入功率P_ax与进给速度v和背吃刀量a_p存在二次函数关系。P_ax＝Av²+Bv+Cva_p+D(a_p)²+Ea_p+H    (2)其中，A、B、C、D、E分别为二次函数的相关系数，H为常数。通过(2)式可以得到预测的背吃刀量和进给速度的二次函数关系。在保持功率不变的前提下，当工况发生变化时，背吃刀量a_p会随之发生变化。调整进给速度v，可以使P_ax随a_p的变化而保持恒定。