数控机床切削加工过程的模型参考自适应控制研究

数控机床切削加工过程的模型参考自适应控制研究

在由机床、刀具、工件组成的系统上进行切削加工是一个动态过程，有许

多因素和参数（如工件毛坯裕量不匀、材料硬度不一、刀具磨损、刀刃积屑瘤、受力变形、切削振动和热变形等）将使切削过程不能处于最佳状态，从而影响

切削过程的生产效率、加工质量和经济效益，甚至还会影响切削过程的正常进行。为了解决这一问题，在20世纪60年代，提出了一种机床的自适应控制方法，在切削加工过程中采用该方法能根据随时变化的实际切削条件及时修正切

削用量。根据模型参考自适应控制（MRAC）思想，建立了数控机床切削

加工过程MRAC模型，然后对模型进行动力学过程仿真。同时，分别对加工

过程的反馈闭环控制和开环控制进行仿真，并将这3种仿真结果进行比较，从

仿真结果可以看出，MRAC的机床切削加工性能指标最好。

1数控机床MRAC的工作原理

数控机床的MRAC是以机床、刀具、工件系统所完成的切削过程作为

调节对象。该控制系统的原理结构如机床切削加工过程MRAC模型如（1）式中：s为拉氏变换的算子;u为伺服输入（V）;Kn为伺服增益

（mm/（V・s））;ωn为伺服系统的自然频率（rad/s）;v为进给速度（mm/s）; ξ为阻尼系数;f为进给量（mm/r），可表示为：

（2）

式中：n为主轴转速（r/min）;户为铣削时刀具的齿数，车削时p=1。

考虑到参考模型调节机构是作为理想的性能指标，因此，该环节依然和

伺服机构的环节一样，即

切削加工过程的静态切削力Fs可表示为：

（3）