车削中恒定切削力的自组织模糊控制
Received: 13 October 2004 / Accepted: 3 January 2005 / Published online: 17 August 2005
Springer-Verlag London Limited 2005
摘要：
在现代制造中，恒定力的控制逐渐成为一项重要技术。特别是恒定切削力的控制，它是一种提高金属切削质量与车削工具寿命的有效方法。但是，车削系统一般有非线性和不确定性的动态特征。设计恒定切削力的模拟控制器是很困难的，因为一个准确的数学模型在车削系统中是很难建立的。因此，这项研究利用了一个自由模型的模糊控制器控制车削系统以便得到恒定的切削力。然而，设计传统的模糊控制器(TFC) 时，数据库与TFC固定后，其设计很难及时的进行调节并且根据系统做出相应的输出响应，取得理想的控制效果。为了解决上述问题， 这里建立了自组织模糊控制器(SOFC)为恒定切削力的控制系统。SOFC在车削控制过程中不断更新，它从零初始的模糊控制表开始，克服了TFC设计时的困难，但是也要在车削控制系统中建立相应的支持模糊控制器模糊控制表，从而确定所提出的智能控制器的适应性，这项工作对旧的车床车削系统作了翻新改进从而达到恒定切削力的控制。实验成果已经证实，SOFC比TFC在恒定切削力上有更好的控制能力。
关键词：恒定切削力控制、自组织模糊控制器、车削系统。
1.引言
在生产力和降低劳动成本的需要下，数控机床(CNC)已广泛应用于工业生产，其加工的零件具有很高的精度和形状复杂性。在数控系统中用数值控制器(NC)设计电脑程序时，要求快速准确的控制车削刀具，这给生产力带来很大提高：统一的零件加工，而且较少依赖经验知识和熟练的机械操作。在加工过程中，数控程序员通常选择组合机床类型及主轴速度。按常规，数控程序员保守的选定机床参数及主轴速度是为了防止任何对刀具物理性的破坏。这样一来降低了加工效率。但提供预定的运行速度并可在线调节，在加工过程中，便可提高切割效率，这点已经成功地证明了[1]。利用控制器与力传感器信号的调整并提供运行速度这一特点，便能凌驾于其他有着知识和经验的程序员之上。虽然这种方法可以显著的提高生产率[2]，但其操作同时它也带来了许多内在变化的新问题的产生。此外，该系统的控制是非常重要的，需要很多的加工条件，如机器的毛刺和磨削。因此，该系统的控制问题在现代制造过程中成为一个优秀的研究课题。平衡并兼顾刀具寿命及加工效率，保持恒定切削力是一种较好的控制策略[3，4]。切削力是一个反映设备性能的参数，如进给刀具的切削深度。在谈到刀具进程时，普遍产生抖动现象，使切削力不稳定，因为每进一步改变切割深度都会影响表面粗糙度，而且刀具容易磨损或损坏，从而降低了刀具寿命，增加了加工部分的表面粗糙度[5，6]。因此，切削力应保持尽可能的一致， 而且在车削过程中运动速度也应尽可能保持不变，很多研究[7-11]都提出了控制与协调机床以便实现切削系统在车削过程中保持稳定的方法。Oasory和Koren[7]为了得到恒切削力的控制系统，提出了一个固定的ACC系统不间断控制切削力控制系统的方法。当然，增益控制器进行选择时也有困难，因为选择一个高增益方式可能导致切割系统变得不稳定，导致切削深度增加。然而，当切削深度低时，低增益控制器将导致反应迟钝。为解决固定增益机控制器的这个问题，Koren和Oasory[8， 12]开发了可变增益调节系统，将根据测定切削力运行速度的参数。这种控制器利用估算并调节参数，使在线控制器增益约为预期值。但是，这种方式首先必须有稳定增益的实验， 在这种情况下，该方法没有一个系统是只设计一个控制器的，此外，设计协调控制系统需要有相关的知识，并建立数学模型，估算理想的参数。车床加工过程中非线性行为的动态不确定性，难以建立精确的数学模型。因此，基于模型机控制器在车削过程中有效改善控制系统性能的设计很难。
外文原文
Options for micro-holemaking
As in the macroscale-machining world, holemaking is one of the most— if not the
most—frequently performed operations for micromachining. Many options exist for how
those holes are created. Each has its advantages and limitations, depending on the required
hole diameter and depth, workpiece material and equipment requirements. This article covers
holemaking with through-coolant drills and those without coolant holes, plunge milling,
microdrilling using sinker EDMs and laser drilling.
Helpful Holes
Getting coolant to the drill tip while the tool is cutting helps reduce the amount of heat at
the tool/workpiece interface and evacuate chips regardless of hole diameter. But
through-coolant capability is especially helpful when deep-hole microdrilling because the
tools are delicate and prone to failure when experiencing recutting of chips, chip packing and
英文原文
1 Lathes
Lathes are machine tools designed primarily to do turning, facing and boring, Very
little turning is done on other types of machine tools, and none can do it with equal
facility. Because lathes also can do drilling and reaming, their versatility permits
several operations to be done with a single setup of the work piece. Consequently,
more lathes of various types are used in manufacturing than any other machine tool.
The essential components of a lathe are the bed, headstock assembly, tailstock
assembly, and the leads crew and feed rod.
The bed is the backbone of a lathe. It usually is made of well normalized or aged
gray or nodular cast iron and provides s heavy, rigid frame on which all the other
basic components are mounted. Two sets of parallel, longitudinal ways, inner and
outer, are contained on the bed, usually on the upper side. Some makers use an
车削中恒定切削力的自组织模糊操纵
Received: 13 October 2004 / Accepted: 3 January 2005 / Published online: 17 August 2005
Springer-Verlag London Limited 2005
摘要：
在现代制造中，恒定力的操纵慢慢成为一项重要技术。专门是恒定切削力的操纵，它是一种提高金属切削质量与车削工具寿命的有效方式。可是，车削系统一样有非线性和不确信性的动态特点。设计恒定切削力的模拟操纵器是很困难的，因为一个准确的数学模型在车削系统中是很难成立的。因此，这项研究利用了一个自由模型的模糊操纵器操纵车削系统以便取得恒定的切削力。可是，设计传统的模糊操纵器(TFC) 时，数据库与TFC固定后，其设计很难及时的进行调剂而且依照系统做出相应的输出响应，取得理想的操纵成效。为了解决上述问题， 那个地址成立了自组织模糊操纵器(SOFC)为恒定切削力的操纵系统。SOFC在车削操纵进程中不断更新，它从零初始的模糊操纵表开始，克服了TFC设计时的困难，可是也要在车削操纵系统中成立相应的支持模糊操纵器模糊操纵表，从而确信所提出的智能操纵器的适应性，这项工作对旧的车床车削系统作了翻新改良从而达到恒定切削力的操纵。实验功效已经证明，SOFC比TFC在恒定切削力上有更好的操纵能力。
关键词：恒定切削力操纵、自组织模糊操纵器、车削系统。
1.引言
在生产力和降低劳动本钱的需要下，数控机床(CNC)已普遍应用于工业生产，其加工的零件具有很高的精度和形状复杂性。在数控系统顶用数值操纵器(NC)设计电脑程序时，要求快速准确的操纵车削刀具，这给生产力带来专门大提高：统一的零件加工，而且较少依托体会知识和熟练的机械操作。在加工进程中，数控程序员通常选择组合机床类型及主轴速度。按常规，数控程序员保守的选定机床参数及主轴速度是为了幸免任何对刀具物理性的破坏。如此一来降低了加工效率。但提供预定的运行速度并可在线调剂，在加工进程中，即可提高切割效率，这点已经成功地证明了[1]。利用操纵器与力传感器信号的调整并提供运行速度这一特点，便能凌驾于其他有着知识和体会的程序员之上。尽管这种方式能够显著的提高生产率[2]，但其操作同时它也带来了许多内在转变的新问题的产生。另外，该系统的操纵是超级重要的，需要很多的加工条件，如机械的毛刺和磨削。因此，该系统的操纵问题在现代制造进程中成为一个优秀的研究课题。平稳并兼顾刀具寿命及加工效率，维持恒定切削力是一种较好的操纵策略[3，4]。切削力是一个反映设备性能的参数，如进给刀具的切削深度。在谈到刀具进程时，普遍产生抖动现象，使切削力不稳固，因为每进一步改变切割深度都会阻碍表面粗糙度，而且刀具容易磨损或损坏，从而降低了刀具寿命，增加了加工部份的表面粗糙度[5，6]。因此，切削力应维持尽可能的一致， 而且在车削进程中运动速度也应尽可能维持不变，很多研究[7-11]都提出了操纵与和谐机床以便实现切削系统在车削进程中维持稳固的方式。Oasory和Koren[7]为了取得恒切削力的操纵系统，提出了一个固定的ACC系统不中断操纵切削力操纵系统的方式。固然，增益操纵器进行选择时也有困难，因为选择一个高增益方式可能致使切割系统变得不稳固，致使切削深度增加。可是，当切削深度低时，低增益操纵器将致使反映迟缓。为解决固定增益机操纵器的那个问题，Koren和Oasory[8， 12]开发了可变增益调剂系统，将依照测定切削力运行速度的参数。这种操纵器利用估算并调剂参数，使在线操纵器增益约为预期值。可是，这种方式第一必需有稳固增益的实验， 在这种情形下，该方式没有一个系统是只设计一个操纵器的，另外，设计和谐操纵系统需要有相关的知识，并成立数学模型，估算理想的参数。车床加工进程中非线性行为的动态不确信性，难以成立精准的数学模型。因此，基于模型机操纵器在车削进程中有效改善操纵系统性能的设计很难。
