关键词：西门子840D;主轴负载转矩;同步动作;OPC UA
摘 要：在实际的切削加工中,由于粗加工毛坯表面余量不均匀、材料材质的差异、刀具磨损状态不同等因素影响,只能采用保守的切削参数和经验化调整。由于切削过程是一个强非线性、不确定性的复杂动态过程,受周围环境和工况影响较大。主轴负载的频繁波动将会降低主轴的寿命和加剧刀具磨损,也一定程度制约了零件质量和加工效率。目前,切削力实时监控已经成为加工过程监控的一种手段。然而,采用测力仪直接测量三维力一般用在实验阶段,对加工环境要求较高,很难符合实际工程的需求。因此本文以西门子840D数控系统为基础,研究了基于开放式数控系统提供内置测量装置实时对机床负载转矩监测,并提出了不平稳工况下的控制方法。本文的主要研究内容如下:(1)基于西门子840D数控系统,分析其软硬件结构。对比了三种信息采集方法的优缺点。研究了数控系统内部变量的存取形式及系统配置的OPC UA(OPC Unified Architecture)服务器。并在开放式数控系统下,提出了基于OPC UA的机床状态监控总体架构。(2)分析了切削负载的产生和传递路径,论述了主轴负载波动的表现形式。设计了两种试验方案来模拟实际加工过程的复杂工况,通过设计单因素实验分析各因素对主轴负载波动产生的影响。并利用正交实验及灰色关联分析得出因素之间的权重分配。(3)通过基础实验研究,建立了主轴负载转矩与工况参数之间的映射模型。提出基于NARMA-L2的动态模型来预测主轴负载转矩变化。提出了不同工况环境来采取不同的控制策略,并基于西门子840D数控系统分析了同步动作在主轴负载转矩控制中的可行性。(4)基于C#语言开发了机床状态监控软件,设计了监控软件的各个模块,利用SQL数据库进行数据存储与查询。并对机床加工状态和刀具状态实时监控进行测试。最后设计一组切削实验,通过有无控制分析了加工前后主轴负载转矩的变化。结果表明,在不平稳工况下通过主轴转矩控制来降低主轴负载波动及保护刀具是可行的。
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