基于STEP-NC的五轴铣削加工过程控制系统的研究

目前制造业主要以提高自动化程度为有效手段来提高产品的加工质量和生产效率，而智能化的加工过程控制是近些年来制造自动化领域的一个研究热点。.本项目以建立基于STEP-NC的五轴铣削加工过程控制系统为研究目标，深入分析各种加工过程控制策略的共性与特性，并遵循STEP-NC的体系规范和设计思想，在STEP-NC中扩充adaptive_control实体定义，为加工过程控制技术的实施提供统一规范的数据描述；进行峰值铣削力控制理论研究，建立相应的数学模型，制定合理的控制策略，并开发数控级的切削力恒定控制算法，在传统CNC的伺服环和插补环的上层扩充加工过程控制环，将CNC由基于几何的轴运动控制器提升为具有加工过程控制能力的智能型控制器；最后建立五轴过程控制样机并进行切削实验。本项目旨在促进STEP-NC技术与加工过程控制技术的有机结合，适应现代制造业智能化的发展趋势，具有重要的理论价值和良好的应用前景。

目前制造业主要以提高自动化程度为有效手段来提高产品的加工质量和生产效率；而智能化的加工过程控制是近些年来制造自动化领域的一个研究热点。.本项目以建立五轴铣削加工过程控制系统为目标，从完善STEP-NC数据模型和实施加工过程控制技术两方面开展研究。基于STEP-NC的数控程序以面向对象方式较全面地描述工件的设计和制造信息，为智能加工的实现提供了基础条件，因此，项目采用STEP-NC作为描述加工过程控制任务的标准接口。完善其对于加工过程控制功能的支持，进行 STEP-NC加工程序信息完备性研究，深入分析各种加工过程控制策略的共性与特性，并遵循STEP-NC的体系规范和设计思想，完成了adaptive_control实体的扩充定义，为加工过程控制技术的实施提供了统一规范的数据描述。为实现铣削峰值力恒定的五轴加工过程，采用广义预测控制技术实现对进给速度的在线优化, 开发了峰值铣削力自适应控制模块。研究内容包括加工过程的数学模型的建立、相应控制规律的制定、切削力信号的采集与处理以及峰值力的几何变换等。最终，在原有自行开发的五轴数控系统基础上，编制完成了一套全软件型基于STEP-NC的五轴铣削加工过程控制系统，该系统包括人机接口、STEP-NC译码器、任务协调器、轴组、软PLC、峰值力自适应控制模块。建立了五轴铣削加工过程控制样机，进行了切削实验和实时性测试，实验结果表明所构建系统实现了预期功能。.本项目采用STEP-NC作为加工过程控制的接口描述规范并对其进行扩充，在传统CNC的伺服环和插补环的上层增添加工过程控制环，充分发挥STEP-NC技术和加工过程控制技术相结合的优势，将CNC由基于几何的轴运动控制器提升为具有加工过程控制能力的智能型控制器。本项目旨在促进STEP-NC技术与加工过程控制技术的有机结合，适应现代制造业智能化的发展趋势，具有重要的理论价值和良好的应用前景。