基于知識(shí)的數(shù)控軋輥磨床智能控制系統(tǒng)研究.pdf

1、軋輥是軋機(jī)上承受軋制力并把軋制材料均勻減薄的消耗性工具。板形質(zhì)量很大程度上取決于軋輥表面質(zhì)量。在板形軋制過程中，軋輥會(huì)產(chǎn)生磨損，軋輥磨損直接影響軋輥輥形及其表面精度，從而影響板材的質(zhì)量。為了獲得理想的板形質(zhì)量，必須對(duì)軋輥進(jìn)行磨削，以恢復(fù)軋輥輥形和表面精度。軋輥磨削是一種具有特殊工藝要求的磨削技術(shù)，磨損的軋輥必須通過軋輥磨床來進(jìn)行磨削。軋輥磨床屬于大型精密加工機(jī)床，是金屬板、帶、箔材加工企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)保證和提高產(chǎn)品表面質(zhì)量起著重要的作

2、用。 近年來，由于冶金、造紙、橡膠、塑料以及印染業(yè)等工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，軋輥磨削直徑已達(dá)到3000mm，工件重量達(dá)200噸，其幾何精度均為μm級(jí)。同時(shí)重載荷軋輥磨床的出現(xiàn)，對(duì)軋輥磨削的技術(shù)要求也日趨提高。隨著數(shù)控(NC)技術(shù)的不斷發(fā)展，軋輥磨床也在由普通軋輥磨床向數(shù)控軋輥磨床方向發(fā)展。NC技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)控軋輥磨床的核心技術(shù)，是軋輥磨床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。NC技術(shù)正在把傳統(tǒng)制造業(yè)推進(jìn)到了信息化制造時(shí)代，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也從封閉

3、轉(zhuǎn)向開放。開放性是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征，利用開放性可以更大程度上利用計(jì)算機(jī)技術(shù)豐富的軟硬件資源，融合精確在線傳感系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)。利用智能技術(shù)從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中獲取知識(shí)，為軋輥磨削工藝提供規(guī)劃策略，實(shí)現(xiàn)軋輥的智能磨削。 智能是將是現(xiàn)代數(shù)控軋輥磨床的一個(gè)主要特征。由于軋輥磨削是一種影響因素非常復(fù)雜的加工過程，磨削質(zhì)量的優(yōu)劣很大程度上與磨削專家知識(shí)和長(zhǎng)期積累的磨削實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。同時(shí)由于板材軋制過程非常復(fù)雜而嚴(yán)格，為保證鋼板質(zhì)量，需要對(duì)

4、軋輥輥形及其磨削精度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這就需要用到軋輥磨削及軋制工藝知識(shí)。知識(shí)是揭示事物規(guī)律性的信息組合，包含了信息與決策的關(guān)系，可直接或間接用于問題的求解。隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，信息集成處理正在向基于知識(shí)處理轉(zhuǎn)變，知識(shí)工程(KBE)在磨削應(yīng)用領(lǐng)域的研究將是一個(gè)主要的方向。KBE系統(tǒng)通過一系列知識(shí)處理方法來獲取領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并運(yùn)用合適的知識(shí)建模方法與語言，將知識(shí)計(jì)算機(jī)化。然后，采用合適的知識(shí)處理策略，根據(jù)特定的產(chǎn)品模型進(jìn)行智能推理和

5、演繹，作出決策。利用基于知識(shí)的方法不需要精確的數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合基于模型的方法對(duì)軋輥磨削進(jìn)行智能決策與控制。 隨著NC技術(shù)向經(jīng)濟(jì)實(shí)用性工藝方向發(fā)展，融合制造工藝的專用系統(tǒng)在特殊的制造領(lǐng)域中更能適應(yīng)特殊產(chǎn)品的高效和高品質(zhì)制造。通用NC系統(tǒng)與零件加工工藝無關(guān)，是適合各種通用零部件制造的控制系統(tǒng)。而對(duì)于軋輥智能磨削系統(tǒng)，由于軋輥磨削影響因素多，受軋輥磨削實(shí)踐知識(shí)和領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)的影響，有著特殊的軋輥工藝知識(shí)及板軋知識(shí)，因此在這個(gè)特

6、殊的領(lǐng)域，按照常規(guī)思維是行不通的，通用NC系統(tǒng)在軋輥磨削領(lǐng)域中難以發(fā)揮更有效的作用。因此控制系統(tǒng)融合軋輥磨削工藝是本文智能磨削控制系統(tǒng)的最重要特征。智能NC標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)必須采用的標(biāo)準(zhǔn)。由于傳統(tǒng)ISO6983NC標(biāo)準(zhǔn)存在程序移植性差、CAD/CAM/CNC數(shù)據(jù)流單向、CAD數(shù)據(jù)必須經(jīng)過專門的后處理器、不支持樣條數(shù)據(jù)等局限性，因此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定了新的智能STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)。利用STEP-NC在CAX/CNC之間雙向信息流等方面的

7、諸多優(yōu)點(diǎn)，顯著提高了信息的可交換性和柔性。由于軋輥輥形特征參數(shù)化明顯，因此本文利用了STEP-NC思想，對(duì)軋輥CAX/CNC進(jìn)行了有效的實(shí)現(xiàn)。 雖然NC技術(shù)在通用NC控制系統(tǒng)中已經(jīng)發(fā)展了很多年，但在軋輥磨削領(lǐng)域中，由于磨削過程的非線性、隨機(jī)性和不確定性等原因，其發(fā)展還不盡人意。目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的數(shù)控軋輥磨削在軋輥輥形生成、軋輥輥形模型描述、軋輥輥形插補(bǔ)策略、砂輪磨損補(bǔ)償、砂輪修整方法、變速磨削、磨削參數(shù)優(yōu)化決策、軋輥輥形及磨削工藝

8、數(shù)據(jù)歷史追隨性、故障智能診斷等方面還存在許多問題。目前在磨削加工中，許多方面仍依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)熟練程度，對(duì)加工過程的實(shí)際調(diào)整是靠操作者試湊。磨削的現(xiàn)狀已成為制約某些先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。 智能磨削控制系統(tǒng)一般采用知識(shí)基系統(tǒng)KBS、專家系統(tǒng)ES、模糊邏輯FL、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)NN、遺傳算法GA、自適應(yīng)優(yōu)化ACO以及基于模型的智能系統(tǒng)等方法中的一種或幾種。這些方法在磨削中的應(yīng)用，多數(shù)集中在螺紋磨床、機(jī)器IC磨床、表面磨床、外圓磨床

9、、內(nèi)圓磨床、緩進(jìn)給磨床，在軋輥磨削系統(tǒng)中的應(yīng)用，目前還沒有相關(guān)文獻(xiàn)詳細(xì)報(bào)道。 針對(duì)目前軋輥磨削中存在的問題和現(xiàn)狀，結(jié)合上海市科委支持的重大產(chǎn)學(xué)研攻關(guān)項(xiàng)目-面向鋼鐵汽車行業(yè)的高檔數(shù)控磨床關(guān)鍵技術(shù)及裝備開發(fā)(項(xiàng)目號(hào)05dz11c04)，本文對(duì)軋輥磨削進(jìn)行了深入的理論和實(shí)踐研究，對(duì)軋輥磨削機(jī)理、軋輥磨削影響因素、砂輪磨損機(jī)理、砂輪修整機(jī)理進(jìn)行了深入研究，建立了軋輥磨削的動(dòng)態(tài)模型、軋輥和砂輪的接觸弧長(zhǎng)、軋輥磨削力、磨削功率、砂輪磨損補(bǔ)償

10、的數(shù)學(xué)模型，建立了基于知識(shí)的融合軋輥工藝的軋輥磨削智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提出了基于知識(shí)的多目標(biāo)磨削參數(shù)優(yōu)化決策方法，基于多通道技術(shù)的砂輪智能在線磨削修整方法，基于STEP-NC思想的軋輥輥形智能創(chuàng)成及其樣條插補(bǔ)策略以及變速磨削自適應(yīng)控制策略，并把知識(shí)工程(KBE)、專家系統(tǒng)、遺傳算法、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能理論與方法引入到軋輥磨削加工控制中，初步實(shí)現(xiàn)對(duì)軋輥磨削加工中軋輥磨削質(zhì)量的控制。 課題的研究為提高現(xiàn)代板材質(zhì)量，提高軋輥磨削