自適應(yīng)控加系統(tǒng)從2O世紀(jì)60年代初就開(kāi)始使用，但是在過(guò)去幾年的時(shí)間內(nèi)，微處理器速度的不斷提高及低價(jià)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的涌現(xiàn)已經(jīng)大大增強(qiáng)了采用這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。一般地，這些優(yōu)點(diǎn)包括通過(guò)優(yōu)化刀具負(fù)載降低循環(huán)時(shí)間，通過(guò)預(yù)防刀具破損延長(zhǎng)刀具壽命，通過(guò)消除不必要的換刀而編短維護(hù)和停機(jī)時(shí)間，降低零件溫度，減少手動(dòng)零件程序優(yōu)化的必要，減少?gòu)U品和返工等。

自適應(yīng)加工控制系統(tǒng)采用傳感器來(lái)測(cè)量主軸電機(jī)的功率負(fù)載和調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)負(fù)載。它相當(dāng)于機(jī)床操作員不斷調(diào)節(jié)進(jìn)給速度以維持恒定的功率負(fù)載。只不過(guò)這種調(diào)節(jié)是由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行的。自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以以微秒速度對(duì)負(fù)載變化作出響應(yīng)、而人類操作員則通常要稍微慢一些。

那么自適應(yīng)控制系統(tǒng)與刀具路徑優(yōu)化軟件相比，有嘟些優(yōu)點(diǎn)呢？

當(dāng)今的某些CAM及CAM驗(yàn)證軟件在其內(nèi)部帶有刀具路徑優(yōu)化功能．可以在切削圖譜中定義刀具路徑段，在刀具上維持恒定負(fù)載，并對(duì)每個(gè)切削段基于特定切削條件而自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)給速度。軟件會(huì)基于每段的其體切削條件而指定刀具路徑和進(jìn)給速度，包括切深、切削寬度以及切削角度等。驗(yàn)證軟件還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是在開(kāi)始切削前檢查刀具路徑的完整性，并發(fā)現(xiàn)任何可能的、代價(jià)昂貴的錯(cuò)誤。

遺憾的是，任何這些軟件產(chǎn)品及其代碼都不存在針對(duì)導(dǎo)致斷刀的大量常見(jiàn)狀況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的任何手段。這些狀況包括材料硬度的變化、工件尺寸以及表面不均勻、刀具磨用、切削過(guò)程中溫度變化以及夾其的不穩(wěn)定等。為了避免因?yàn)檫@些狀況產(chǎn)生斷刀，程序員必須使用在最壞情況下采用的進(jìn)給速度來(lái)保證比較安全，但效率較低的切削過(guò)程。即使如此，也依然存在斷刀的可能，尤其是在加工當(dāng)今各種產(chǎn)品中所用大量堅(jiān)韌金屬時(shí)。

而自適應(yīng)控制卻可以安全應(yīng)對(duì)這些可能的狀況，同時(shí)維持從高的金屬切除率。它不是優(yōu)化和驗(yàn)證軟件的替代，而是機(jī)床控制器的延伸，使機(jī)床可以應(yīng)對(duì)軟件無(wú)法處理的各種變化。

自適應(yīng)控制系統(tǒng)

自適應(yīng)控制系統(tǒng)的工作原理

自適應(yīng)控制是某些刀具監(jiān)控系統(tǒng)中存在的功能延伸。一個(gè)典型的自適應(yīng)控制系統(tǒng)可筑通過(guò)往加工中心的主軸負(fù)載傳感器輸入數(shù)據(jù)或者從添加的變送器采集數(shù)據(jù)而測(cè)量主軸電機(jī)的功率負(fù)載。用戶針對(duì)某次特定切削編定理想的功率值，而系統(tǒng)則對(duì)進(jìn)給速度倍率進(jìn)行控制，以維持恒定的功率。直到前不久，自適應(yīng)控制系統(tǒng)還很復(fù)雜，且很難編程。但如今，這些系統(tǒng)配備圖形顯示，可以顯示施加的進(jìn)給速度以及當(dāng)前使用的功率值。操作員可以通過(guò)按鈕提高或降低進(jìn)給速度倍率。此外，可以對(duì)機(jī)床的控制器進(jìn)行適當(dāng)編程，讓它在任意點(diǎn)接通和關(guān)閉自適應(yīng)控制功能，同時(shí)還可以給機(jī)床上每把刀具指定該功能。

通過(guò)刀具監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)床操作員可以設(shè)置負(fù)載門檻值及其他參數(shù)，保證在超出門檻值時(shí)發(fā)出警報(bào)并停止機(jī)床。但是，自適應(yīng)控制系統(tǒng)卻可以調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，防止刀具達(dá)到這種門檻值。盡管有大量公司制造刀具監(jiān)控控制器，但是僅僅只有少數(shù)同時(shí)還提供自適應(yīng)控制選項(xiàng)。

Caron Engneering工程公司的總裁Rob Caron說(shuō)“在加工鍛件以及鑄件時(shí)，自適應(yīng)控制特別有用。我們有些客戶在鑄件中發(fā)現(xiàn)有較硬金屬塊——掉到熔融鑄鐵中的鋼螺母和螺釘?shù)取Ｔ阢@頭或銑刀碰到此類金屬塊時(shí)，刀具通常會(huì)斷裂，但是自適應(yīng)控制系統(tǒng)卻會(huì)立即感應(yīng)到硬度方面的差異，然后降低進(jìn)給速度，直到刀具通過(guò)了硬點(diǎn)為止。即使金屬中沒(méi)有意外的硬塊，鑄件的硬度也極易變化高達(dá)300%，而自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)進(jìn)給速度以應(yīng)對(duì)這種變化。我們給航空領(lǐng)城——如通用電氣公司及Pratt & whitney等——出售大量自適應(yīng)控制系統(tǒng)。他們加工的金屬硬度非常高，以至于在單次切削中，刀具就會(huì)變鈍。在發(fā)生這種情況時(shí)，刀具可能在切削過(guò)程中斷裂，導(dǎo)致廢品或返工，但是借助自適應(yīng)控制．進(jìn)給速度可以減慢，保證變鈍的刀具能夠完成切削。”#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

Caron Engneering的刀具監(jiān)控系統(tǒng)

Caron說(shuō)：“有好幾家公司生產(chǎn)刀具監(jiān)控系統(tǒng)，但他們卻不涉及自適應(yīng)控制。每個(gè)擁有刀具監(jiān)控系統(tǒng)的人都喜歡我們的系統(tǒng)，他們?cè)絹?lái)越多地購(gòu)買，并裝到越來(lái)越多的機(jī)床上。有些工作是在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成的，但是他們?cè)噲D將自適應(yīng)技術(shù)帶到一種過(guò)高的水準(zhǔn)，其中他們結(jié)合了聲學(xué)技術(shù)，并在調(diào)節(jié)進(jìn)給速度的同時(shí)修改主軸速度。兩者這樣兼顧就增加了復(fù)雜性，而控制器也可能無(wú)法對(duì)此進(jìn)行足夠響應(yīng)，以足夠快地調(diào)節(jié)進(jìn)給速度。在所有自適應(yīng)切削中，80%～90%可以簡(jiǎn)單地通過(guò)基于功率調(diào)節(jié)進(jìn)給速度而實(shí)現(xiàn)。”

GE Fanuc的生產(chǎn)率解決方案產(chǎn)品經(jīng)理Mark Brownhill說(shuō)：“基于功率調(diào)節(jié)進(jìn)給速度可以在不必花費(fèi)很高成本的情況下產(chǎn)生許多價(jià)值。但是我們現(xiàn)在正在利用高速機(jī)床自學(xué)習(xí)功能，其中將考察伺服對(duì)于某特定零件將產(chǎn)生什么作用，而且如果它發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)諧振，則可以補(bǔ)償或預(yù)測(cè)性地調(diào)節(jié)進(jìn)給速度．以避開(kāi)這樣的狀況。這些系統(tǒng)需要較高的存儲(chǔ)容量，而直到最近控制器中的存儲(chǔ)器才價(jià)格合適，可以保證成本效益。”

Smith & Wesson Firearms(www.smith-wesson.com)在其28臺(tái)加工中心上采用Caron的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。Smith & Wesson的新技術(shù)經(jīng)理Richard Picard說(shuō)：“我們?cè)谶^(guò)去15年的時(shí)間里，一直采用刀具壽命管理軟件，俱是如果你的刀磨得不好，或者你的刀具供應(yīng)商給你提供不同的刀片，那么有時(shí)候在預(yù)定切削時(shí)間未到達(dá)之前，刀具就會(huì)斷裂。而自適應(yīng)功能卻可以預(yù)防這一點(diǎn)。如今，幾乎從來(lái)沒(méi)有發(fā)生斷刀現(xiàn)象。可以在硬質(zhì)合金鉆頭和立銑刀上進(jìn)行十次或十次以上的重磨。按分鐘計(jì)量刀具壽命，利用刀具監(jiān)控功能，在刀具真正變鈍之前，它會(huì)觸發(fā)報(bào)警，機(jī)床停機(jī)。如果一名操作員操作五、六臺(tái)機(jī)床，那么操作員必定是在時(shí)時(shí)換刀，有些機(jī)床會(huì)停機(jī)等候換刀。更有甚者，在用維修刀刃運(yùn)作時(shí)，破損的刀具可能引起機(jī)床損壞，破壞機(jī)床操作時(shí)間和生產(chǎn)率。但是，對(duì)于自適應(yīng)控制，它卻可以調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，從而不會(huì)達(dá)到報(bào)警速度，相反會(huì)提醒操作員換刀 。這樣就叮以提高操作員的效率。”

自適應(yīng)控制主要在不注重表面栩糙度的粗切中使用，但是Smith & Wesson卻在精加工中也用。．Picard說(shuō)“我們既在粗加工，也在精加工刀具上采用自適應(yīng)控制。我們是一個(gè)生產(chǎn)性工廠，可以快速制作精加工和粗加工用特制刀具。”
盡管預(yù)防刀具破損是自適應(yīng)控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)，但是所有生產(chǎn)這種系統(tǒng)的公司都聲稱它們還可以降低循環(huán)時(shí)間。

維護(hù)技術(shù)公用的應(yīng)用工程師Steve Blum說(shuō)：“一般的零件程序會(huì)快速讓刀具靠近待加工材料。然后在開(kāi)始切削前，暫停一小會(huì)。而新的自適應(yīng)控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為毫稱級(jí)，因此無(wú)需暫停，因?yàn)橐坏┡龅讲牧线吘墸M(jìn)給速度就可以立即降低到一個(gè)合適的速度。有個(gè)生產(chǎn)小型醫(yī)療零件的客戶發(fā)現(xiàn)，通過(guò)避免這種暫停，每個(gè)零件的加工時(shí)間可以大大縮短。”除了降低或避免不必要的加工暫停外．若條件允許，這種系統(tǒng)還可以提高進(jìn)給速度，這樣就進(jìn)一步降低了循環(huán)時(shí)間。

Caron，GE Fanuc及維護(hù)技術(shù)公司提供的自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以添加到機(jī)床上并與機(jī)床的現(xiàn)有控制器連接。海德漢直接在其新推出的iTNC 530控制器系列中建有其自適應(yīng)控制功能。海德漢的市場(chǎng)部經(jīng)理Chris Weber說(shuō)：“自適應(yīng)控制是公司內(nèi)部開(kāi)發(fā)的一種解決方案，并且是iTNC 530控制器的一個(gè)整體組成部分。用戶可以用M代碼指令接通和關(guān)閉自適應(yīng)控制，或者可以針對(duì)加在特定刀具上的負(fù)載及進(jìn)給速度而指定自適應(yīng)進(jìn)給控制，可以適當(dāng)設(shè)況參數(shù)，以確保當(dāng)前刀具上的負(fù)載太高時(shí)選擇一把新刀具。所有過(guò)程數(shù)據(jù)都顯示在控制器的屏幕上，從而無(wú)需配備個(gè)人計(jì)算機(jī)來(lái)獲取所有信息。”客戶可以定購(gòu)已啟用或未啟用自適應(yīng)控制功能的iTNC 530。如果他們以后也啟動(dòng)該功能，則可以通過(guò)購(gòu)買并輸入一個(gè)代碼字來(lái)實(shí)現(xiàn)。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

維護(hù)技術(shù)公司的系統(tǒng)，對(duì)每臺(tái)機(jī)床的報(bào)價(jià)為9000～14000美元，具體價(jià)格視安裝的機(jī)床而定。Caron Engneering的報(bào)價(jià)為12000美元左右。海德漢的自適應(yīng)控制選項(xiàng)價(jià)格為5400美元，但是用戶還必須從其購(gòu)買一個(gè)iTNC 530控制器，價(jià)格在4000～30000美元之間，具體視型號(hào)而定。