OMAT的自动实时自适应进给速率控制

　　铣削加工过程中的进给速率优化控制

车削加工过程中的进给速率优化控制

钻削加工过程中的进给速率优化控制

磨削加工过程中的进给速率优化控制

连接示意图

一、 功能说明

　　1． 概述

　　虽然切削条件是随着切削过程变化而变化的，但数控机床的每步走刀都按程序编定的恒定进给量进行。然而，如果将OMAT自适应控制器（优铣控制器OptiMil-XL,优车控制器OptiTurn-XL，优钻控制器OptiDrill-XL，优磨控制器OptiGrand-XL）与数控机床直接连接，就能实现监测实际的切削条件，并对每一步走刀的进给率自动地调节到最合适的数值。OMAT自适应控制器保证用户不再受限于程序设定的进给速率。这样可以在保护刀具避免被损坏的同时缩短加工周期。

　　OMAT的OptiMonitor-XL（优监控制器）连续地监测切削过程，只有在过载情况下才采取动作（停机或报警）

　　2． 刀具损坏保护

　　在OMAT自适应控制系统的控制下，加工的参数会实时自动地适应刀具负荷和切削工况。例如：在超载的情况下，即在突发事件中出现刀具或工件的冲击、工件毛坯的直径增加太大等，进给速率会自动减小到系统内部的专家系统所确定的最大允许值。极端情况过去后，系统把进给速率增加到最大允许值。使用OptiMonitor-XL时，每一步走刀“只采用监测”（而不是采用“进给控制”），当出现两种不同程度的过载时，LED将用不同的发光颜色报告出现了以下两种不同程度的过载：

　　a． 停机程度过载：当过载达到了刀具的最大允许程度，例如：使用已经磨损坏的刀具、主轴和刀具过载时，系统的报警灯发红光，机床停止运动。

　　b． 报警程度过载：当过载达到了这种程度时，系统的报警灯发黄光，这时可以选择性地让机床停止进给。

　　OptiDrill-XL配备了专门的算法以防止刀具的损坏，包括遇到极端情况的时候，例如：在“横穿孔”切削中。

　　3． 主轴驱动保护

　　OptiTurn-XL可以感受到什么时候切削负荷达到了主轴转动装置的最大允许值。OptiTurn-XL感受到这一状态后就通过降低进给量给以响应，直到切削负荷落在可以接受的范围之内。只要切削情况允许，OptiTurn-XL就把进给量提高到与最大允值切削负荷相对应的水平。

　　OptiMil-XL、OptiDrill-XL和OptiMonitor-XL对工况进行检测，以判断何时达到主轴的最大允许负荷，并在必要时停止机床以防止主轴和机床损坏，同时发出警报以提醒操作者。

　　4． 为补偿刀具磨损进行自动的进给调节

　　考虑到随着刀具的磨损，主轴的负荷会逐渐增加，OMAT自适应控制器可以保证能够刀具的磨损量来加以合适的进给量。

　　应用OMAT自适应控制系统，数控程序员不需要在编程设定进给量时过分保守。可以象在使用崭新锋利的刀具情况一样设定进给量。在切削过程中自适应控制器可以在整个切削过程中对刀具的磨损进行补偿。这就意味着加工周期永远是最小的，并且没有以牺牲刀具的寿命作为代价。

　　5． 刀具磨损的监测

　　在生产中，OAMT优控系统可以通过加工第一件工件时学习对刀具磨损进行监测。在随后的加工中，OMAT优控系统继续对刀具的状况进行监测，并按刀具的磨损程度占最大磨损程度的百分比来进行显示。在必要时可以在程序结束时提醒操作者为了获得最大的切削效率而更换刀具。

　　如果某一钻削工序有预定的孔加工数目，那么在这一工序结束的时候，如果出现刀具过分磨损，那么OptiDrill-XL还可以提醒操作者更换刀具。

　　如果刀具的磨损达到了100%，OMAT优控系统可以启动专门的输出，这一输出可以接在外设上，例如：现成的备用刀具库。

　　6． 刀具的损坏检测

　　如果用户启用这一功能，OMAT的自适应控制器和OptiMonitor-XL可以在切削第一件工件时学习检测刀具的损坏。在切削后续工件时如果出现刀具损坏，OptiMil-XL、OptiDrill-XL和OptiMonitor-XL马上给以响应，发出刀具损坏警报，停止机床的运动并接通专门的输出。而这一输出可以接在外设上，例如：现成的备用刀具库。

　　OptiTurn-XL只有在当前走刀结束时才开始刀具的损坏响应。

　　7． 刀具过载检测

　　切削过程中，对任何一把特定的刀具，当实际的刀具负荷达到“报警”过载极限时，自适应控制器和OptiMonitor-XL予以响应，点亮过载LED以发出警报。以便采取补救的办法，例如：及时更换刀具、修改进给量和主轴转速等。

　　使用OptiMonitor-XL时，当负荷达到“过载报警”程度时不需要任何动作，而在实际的刀具负荷达到“过载停机”程度时则停止机床以响应过载。

　　8． 刀具寿命的延长

　　在极度过载的情况下，OMAT自适应控制器降低进给速率。这样在许多场合中可以减少刀具的磨损，进而延长刀具的使用寿命。

　　9． 切削功率的监测

　　OMAT自适应控制器和OptiMonitor-XL连续地显示走刀切削的实际功率。这里的功率以占主轴额定功率的百分比来表示。

　　10、刀具性能统计数据

　　在由OMAT自适应控制器和OptiMonitor-XL控制和监测的同时，可以将所有在切削过程中使用刀具的性能数据统计起来。这些数据包括在自适应控制器参与和不参与控制情况下的切削时间、刀具的磨损和走刀切削过程中测到的最小进给倍率。当前走刀切削的数据只有在走刀结束时才显示出来，但所累计的所有走刀数据可以在任何时候显示。

　　如果使用OMAT-Pro软件，则可以获得更为详细的统计数据。

　　11、冷却液监测

　　使用OMAT优化系统时可以通过设置让其连续地监测冷却液的流量。用户可以根据自己的愿望设置一个流量阀值，以便在切削过程中一直保持这个流量。

　　如果流量中断的时间达到了用户编程设置的时间长度，系统将停止机床的运动。

　　二、 模式设置

　　OMAT优化系统可以让用户针对每一步起刀选择一种控制功能，以使优化系统工作：

　　1、 完全优化模式：即实时的进给速率调节（在粗加工和半精加工中提高效率和动态的刀具保护）

　　2、 监测模式：（精加工过程中的刀具保护和过程监测）：

　　3、 事件记录模式：仅仅进行数据记录，以便随后把记录的数据下载到安装了OMAT-Pro的PC机上。

　　一旦选择了某一种工作模式，在菜单上就只显示与该工作模式有关的参数。

　　对每一步切削走刀，刀具和工件的材料从系统的刀具库和材料库中选取，切削的参数也需要输入。另外一种方法就是使用OMAT-Pro软件，在PC机上进行工序的设置，然后从PC上自动下载工序的设置数据。工序中只需要对那些希望监测、自适应进给控制或事件记录的走刀步骤进行设置。系统可以将大量的切削走刀数据（见技术规格）存储下来，以便随后在进行同样的加工时使用。

　　设置工序时，除了在程序中每次换刀的地方加入简单的程序字串外，不需要对已有的数控程序进行任何修改。加入字串的目的是通知系统何时开始或停止。另外每个开始指令还给系统一个通知，以告诉机床开始哪一步走刀。如果安装了OMAT-Pro，这些数控字串可以通过OMAT-Pro自动插入到数控程序中。

　　三、 操作

　　设置完成之后，系统就自然进入自动模式，在整个切削过程中对那些设置过的切削走刀自动地进行控制。OMAT自适应控制器通过识别在工序设置阶段选取的刀具和材料，使刀具的负荷保持在其最大允许水平上。这就意味着控制器按照与每步切削走刀相适应的专门算法进行控制，而这种算法边续地根据测量到的负荷值计算出合适的进给速率。最后机床实时地将这一进给速率应用到加工中。

　　OMAT自适应控制器在进行稳定连续的进给速率控制的同时，还在整个的切削范围内对所有的表面状况变化起刀具的动态保护作用。OMAT自适应控制器在工作时不需要预先确定一个负荷极限值。

　　四、 选项功能

　　1、 OMAT-Pro

　　OMAT控制系统的XL版本可以和OMAT-Pro软件配合使用。OMAT-Pro是一套基于Windows的应用软件，该软件可以在PC机上或在连接到OMAT优控系统的PC网络上使用。

　　OMAT-Pro是一套现场管理人员的管理工具，它可以有效地监测和控制机床的生产。作为机床的车间生产管理系统，OMAT-Pro集成了事件记录、生产性能监测和数据统计报告等功能。

　　OMAT-Pro能够报告和显示如下的生产、机床和刀具统计数据：

　　? 机床的停机时间；

　　? 机床和刀具的利用情况；

　　? 机床的状态（例如：主轴的旋转状态、过载情况、是否处于切削状态等）；

　　? 完成加工的次数；

　　? 加工完的工件数目；

　　? 刀具、机床、操作人员和换班情况。

　　OMAT-Pro可以实时地、图形化地说明OptiMill-XL、OptiTurn-XL、OptiDrill-XL、OptiGrand-XL和OptiMonitor-XL如何控制数控机床的切削过程。这些数据可以在PC机的屏幕上图形化地实时显示，经过处理还可以对切削过程提出总结。

　　切削过程中OMAT-Pro从OMAT控制系统接收事件数据。OMAT-Pro记录和实时显示工序、走刀、刀具事件和报警等情况。

　　OMAT-Pro可以根据需要处理记录在PC机上与事件相关的数据，其后可以立即或过些时候以统计数据形式显示这些数据。这些报告包括了有关生产工件、机床工作状况和刀具利用情况的综合信息。

　　借助于OMAT-Pro，用户可以在距离机床比较远的PC机上设置其OMAT控制系统，可以在PC机上产生切削工序的数据库。另外，OMAT-Pro可以帮助设置工序参数、建立刀具库、管理工作参数库、编辑数控程序以及通过通信连接与OMAT控制系统进行数据交换等等。

　　有了OMAT-Pro，换了不同的工序不一定就非用手工方法往OMAT优控系统中输入数据，这对于重复加工特别有用。不管有多少机床、多少刀具，OMAT-Pro都能够将相应的数据储存起来，即使涉及到最大范围的加工工作也能提供有效的支持。

　　2、 数据记录仪

　　这种可选系统是一种高度集成和便携式临时储存设备，可以储存工序和刀具的数据。无论在车间现场环境还是在办公室环境，数据记录仪均可用于储存数据，也可用于在自适应控制器与安装了OMAT-Pro的PC机之间传输数据。如果OMAT-Pro用户的机床与PC机之间没有RS232连接，推荐使用数据记录仪。

　　3、 外部警报器

　　除了标准的LED报警灯以外，还可以给OMAT自适应控制器配备外部警报器。如果出现了各种极端情况，系统导致了机床的停止，这时就可以提醒机床的操作者。
 
　　五、 应用
　　实际上，OMAT优控系统是用来在加工过程上对主轴功率进行监测和对进给速率自动调节的。

　　六、 安装

　　安装是一次性过程，由OMAT授权的代表完成，安装分两个阶段：

　　? 优控器与数控机床的连接

　　OMAT优控器是通用的“附加”外设系统，实际上可以用来与任何数控机床连接。虽然优控器的样式不断升级，却不需要对机床进行任何改动。作为一整套完整的解决方案，优控器都包括一块I/O板。根据具体的机床结构，I/O板通常装在机床操作员控制面板里面，或者装在机床的电气控制柜中。这块I/O板构成了系统与NC和机床的接口。这种电气安装不需要任何专门的传感器，因此不会使安装过程变得复杂和费时。安装的时候需要接通以下各类信号：

　　1.负荷监测模拟输出

　　系统的工作建立在机床主轴驱动单元负荷监测输出信号的基础之上。OMAT控制器专门编制了自己的算法，利用这种算法可以根据这种信号值计算出相应的力矩。大多数情况下这些信号在主轴驱动单元上是现成的。有时甚至可以在操作控制面板的负荷表上取得这一信号。如果有时不具备负荷监测输出信号，OMAT会提供一种专门设计的功率传感器模块。该模块是整套产品的组件。

　　2.速度监测模拟输出（仅适用于OptiTurn-XL）

　　OptiTurn-XL除了根据负荷信号以外，还需要根据主轴驱动单元的速度监测输出信号才能工作。

　　3.进给倍率输入

　　根据数控机床的具体配置，OMAT进给速率控制器为程序设计的进给速率提供模拟或数字的倍率输出信号，这就要求数控机床接受模拟的或数字的进给倍率信号。

　　4.数控机床的M功能输出或RS-232的接口

　　为了在刀具调用后自动启动或停止优控控制，系统用以下的方法之一来完成刀具的调用：

　　1) BCD或二进制代码形式的M功能

　　2) 用户M功能

　　3) RS-232接口功能

　　? 控制器的设置与调整

　　在电气安装完成之后，需要进行一次性的设置与调整，其中需要完成确定的标准工序加工。进行这些暂短的过程的目的是使系统适应于具体的机床条件。

　　七、 通用技术参数

机械尺寸	250*120*50mm
机械安装	安装在机床托架上，易于拆卸，便于使用
重量	约1kg
工作时要求的环境温度	5---45℃
非工作时要求的环境温度	-25至70℃
工作时要求的湿度	20---95 % 40℃
非工作时要求的湿度	20---95% 70℃
工作时要求的海拔高度	3000米
非工作时要求的海拔高度	10000米
保护等级	IP65

表1-具体的应用场合

 

	优铣控制器	优车控制器	优钻控制器	OptiMonitor-XL
机 床 类 型	?         加工中心 ?         数控铣床 ?         数控钻床	?         数控车床	?         常规的数控钻床 ?         数控深孔钻床 ?         枪钻钻床	?         加工中心 ?         数控铣床 ?         数控钻床 ?         数控车床 ?         枪钻钻床
加 工 情 况	?         特定几何形状工件的粗加工和半精加工，包括加工余量不断变化的情况，例如3-D表面的铣削、铣槽、铣坡和外廓铣削。 ?         材料硬度变化很大的铣削和钻削加工 ?         工件表面变化很大的铣削 ?         锻件、铸铁件、钛合金件、钢件和不锈钢件的铣削和钻削 ?         在加工腔体时不是通过制造或铸造的办法，而是从实心的大块钛合金材料、铝合金材料或其它材料中加工许多槽而且加工余量很大 ?         在铣削和钻削加工中，不同工序的原材料变化较大 ?         锻模、塑模和工具制造 ?         钻削 ?         粗车和半精车	?         车外圆 ?         车端面 ?         掏  槽 ?         镗  孔 ?         切  割 ?         硬度变化大的车削 ?         工件表面变化大的车削 ?         加工锻件，铁铸件，钛，钢，不锈钢零件 ?         中心钻 ?         粗铣和半精铣	?         常规钻削 ?         深孔钻 ?         枪钻	在粗加工和半精加工中，如果容易出现打刀、损坏工件、损坏机床主轴现象和/或刀具磨损成为主要问题时，并且加工过程必须进行监测的情况。