57、机械加工中的力控制与三维测量技术

机械加工中的力控制与三维测量技术

1. 切削力控制在多次重复固定循环中的应用

1.1 传统控制问题

在传统的切削力控制中，若不考虑进给速率，控制器始终处于激活状态，且初始进给速率设为零。这会导致不必要的超调，因为切削力初始为零，控制器为达到期望切削力会增大进给速率，在工件未接触时，进给速率会持续增加直至达到最大值。一旦工件开始切削，高进给速率就会造成力的超调。

1.2 改进策略

当切削力收敛到期望值后，进给速率的振荡值会较低，可将该值保存用于下一个循环。通过在每个循环结束时停用控制器，刀具返回进行下一个循环时，进给速率在下次接触工件前不会改变。由于每个循环的加工条件相似，切削力也会相近，使用上一循环的进给速率能改善加工过程，减少进给速率的变化，还能延长刀具寿命。

1.3 实验验证

• 实验设置 ：在 Tong Tai TB - 20YBC 机床进行实验，工件材料为 6061 铝合金，主轴转速 S = 2000 (rpm)，初始进给速率 vf0 = 300 (mm/min)，采用圆柱工件直径减小的切削测试，每次循环的切削长度相同，Kp = 20。
• 实验一 ：切削长度 L = 20 (mm)，切削深度 d = 1(mm)，期望力 Fd (N)。实验结果显示，每个循环开始时超调问题明显，由于切削长度不足和超调，在切削时间内无法达到期望力。进给速率在未接触工件时会饱和到最大值。
• 实验二 ：切削长度 L = 40 (mm)，切削深度 d = 1 (m