在柔性制造系統(tǒng)中荣堰，被加工零件的品種較多阔挠，零件加工工藝比較復(fù)雜牛隅，且工序高度集中炕柔，需要的刀具種類、規(guī)格媒佣、數(shù)量是很多的触法。隨著被加工零件的變化和刀具磨損、破損据伏，需要定時(shí)強(qiáng)制性換刀和隨機(jī)換刀展稼。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，刀具頻繁的在各機(jī)床之間鞠撑、機(jī)床與刀庫(kù)之間進(jìn)行交換衬蚤，刀具流的運(yùn)輸孕赫、管理和監(jiān)控是很復(fù)雜的还幅。因此，需要有一個(gè)先進(jìn)玉惫、實(shí)用挠氛、功能完善的刀具管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)中刀具的調(diào)度计灌、儲(chǔ)存及信息管理等任務(wù)淡榕。

　　1 刀具管理系統(tǒng)應(yīng)具備的性能 

　　刀具管理系統(tǒng)應(yīng)具備的性能：一是管理數(shù)量龐大的刀具，通常是數(shù)百把至幾千把刀具钟牛；二是刀具輸送自動(dòng)化程度高允悦，具有高性能、智能化的機(jī)器人作為刀具流動(dòng)的傳送工具虑啤；三是自動(dòng)隙弛、準(zhǔn)確地采集刀具信息；四是借助大型數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的調(diào)度及動(dòng)靜態(tài)最優(yōu)化管理狞山；五是自動(dòng)在線檢測(cè)刀具壽命及刀具磨損全闷、破損管理叉寂，并能實(shí)現(xiàn)在線換刀功能。為此总珠，以某一關(guān)鍵零部件的柔性加工系統(tǒng)中的刀具管理系統(tǒng)為例進(jìn)行說明屏鳍。

　　2 刀具管理系統(tǒng)的組成

　　該系統(tǒng)采用 VB6.0 編程系統(tǒng)軟件作為開發(fā)平臺(tái)，由 6 個(gè)程序塊及 5 個(gè)外存文件組成局服。

　　2.1 程序塊

　　2.1.1 用戶登錄模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)措施钓瞭，防止非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運(yùn)行的安全淫奔。

　　2.1.2 系統(tǒng)運(yùn)行控制模塊主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化降淮，以完成對(duì)在線刀具管理各種模塊的起停控制缓冷、任務(wù)排隊(duì)及接口管理铝三，確認(rèn)加工中心刀庫(kù)及中央刀庫(kù)的信息。

　　2.1.3 刀具離線管理模塊主要實(shí)現(xiàn)刀具庫(kù)的管理即倦，進(jìn)行刀具需求分析羹浪，刀具裝配計(jì)劃編制，刀具的刃磨和預(yù)調(diào)疚线，刀具的編碼生成雀司、粘貼及信息輸入，刀具的組件管理背渤，生成刀具購(gòu)買清單奉念，及時(shí)向線內(nèi)提供所需刀具。

　　2.1.4 刀具在線管理模塊主要實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)內(nèi)的刀具活動(dòng)的管理熊骆，保證加工中心在正確的時(shí)間得到正確的刀具鹿竭，完成對(duì)加工中心刀具的需求與供給，運(yùn)用適當(dāng)?shù)牟呗詫?shí)現(xiàn)刀具的合理選擇纳倚、調(diào)度以及刀具運(yùn)送指令的下達(dá)和刀具剩余壽命的計(jì)算胜溢。

　　2.1.5 系統(tǒng)信息管理模塊主要完成缺刀檢查，刀具入庫(kù)管理(包括新刀入庫(kù)和從柔性自動(dòng)線上返回的刀具入庫(kù))章母，刀具出庫(kù)管理母蛛，磨損、破損刀具的管理以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理乳怎。

　　2.1.6 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控模塊主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)刀具彩郊、設(shè)備故障的監(jiān)控以及為刀具管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)管理提供必要的資源狀況信息。這 6 個(gè)程序塊是系統(tǒng)的主要組成部分蚪缀，它們按照一定的邏輯順序相互調(diào)用秫逝，使系統(tǒng)具有完善、合理的刀具管理功能，同時(shí)又是結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立的子程序模塊筷登，子程序間通過數(shù)據(jù)傳遞而相互聯(lián)系剃根。

　　2.2 外數(shù)據(jù)庫(kù)文件 

　　2.2.1 刀具文件、存放所有刀具的主要參數(shù)前方，每 1 把刀具的參數(shù)作為 1 個(gè)記錄狈醉。

　　2.2.2 機(jī)床文件

　　存放機(jī)床的主要參數(shù)，一種型號(hào)的機(jī)床參數(shù)作為 1 個(gè)記錄惠险。

　　2.2.3 工藝數(shù)據(jù)文件

　　存放各種與加工有關(guān)的工藝數(shù)據(jù)苗傅，一種加工方法的數(shù)據(jù)作為 1 個(gè)記錄。

　　2.2.4 切削條件系數(shù)文件

　　存放決定切削條件的各種系數(shù)燎拟。

　　2.2.5 磨損靶疟、破損刀具文件

　　存放磨損、破損刀具的主要參數(shù)享秒，每 1 把刀具的參數(shù)作為 1 個(gè)記錄脂桂。

　　3 刀具磨損和破損的在線檢測(cè) 

　　刀具磨損和破損在線檢測(cè)的方法很多，主要有功率檢測(cè)蛆古、聲發(fā)射檢測(cè)港驶、學(xué)習(xí)模式、力檢測(cè)等舔伴。在此介紹一種利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)柔性制造系統(tǒng)中的刀具的檢測(cè)方法滨靴。

　　3.1 刀具負(fù)載模型的建立

　　切削加工過程中刀具所受的負(fù)載與很多因素有關(guān)，根據(jù)在線檢測(cè)的要求溃柑，僅考慮幾個(gè)較大的影響因素巴疾，即主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度稀境、切削深度玲躯、加工材料的切削性能 4 個(gè)因素，則刀具負(fù)載的模型為

　　F = f (s, v, h,m) 

　　式中：

　　F —負(fù)載向量鲸伴；

　　h —切削深度府蔗；

　　s —主軸轉(zhuǎn)速；

　　m —材料的切削性能汞窗；

　　v —進(jìn)給量。

　　很明顯赡译，上式僅能說明負(fù)載與各個(gè)影響因素有關(guān)仲吏，可以用微分幾何的數(shù)學(xué)方法或?qū)嶒?yàn)的方法建立相應(yīng)的關(guān)系式，但應(yīng)用于在線檢測(cè)效果并不理想蝌焚。在此裹唆，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)處理該刀具的負(fù)載模型。

　　3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　本刀具負(fù)載自適應(yīng)控制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用3層的BP 結(jié)構(gòu)只洒。根據(jù)上面的分析许帐，顯然輸入層有4個(gè)節(jié)點(diǎn)劳坑，輸出層有3 個(gè)節(jié)點(diǎn)，即負(fù)載在XYZ 方向的大小成畦【喾遥考慮到本負(fù)載自適應(yīng)控制系統(tǒng)的特性，可以認(rèn)為負(fù)載是進(jìn)給速度的連續(xù)函數(shù)堆浴，根據(jù)Kolmogorov定理珍催，中間隱層的節(jié)點(diǎn)數(shù)應(yīng)為2 倍的輸入點(diǎn)數(shù)再加1。因此哭逻，本神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為輸入層4 個(gè)節(jié)點(diǎn)禾底，中間層9 個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸出層3 個(gè)節(jié)點(diǎn)躬筐。根據(jù)上面的分析据鼓，采取每個(gè)節(jié)點(diǎn)給定4 個(gè)值，以它們的不同組合作為樣本輸入數(shù)據(jù)帅忌，這樣可得256 個(gè)樣本肿蚂。具體做法是：將各個(gè)輸入量在可能的變化范圍內(nèi)大體分為4 等份，并用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出在每種輸入情況下的負(fù)載值煮卢。在得到256 個(gè)樣本后措找，采用離線進(jìn)行學(xué)習(xí)，得出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的權(quán)值争造，這樣經(jīng)過學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就建立了相應(yīng)的刀具負(fù)載模型蝗羊，為刀具的在線檢測(cè)提供條件。

　　3.3 刀具在線檢測(cè)原理

　　由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行負(fù)載計(jì)算仁锯，得出的負(fù)載輸入至檢測(cè)器耀找。檢測(cè)器輸出的結(jié)果與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，若該負(fù)載超過刀具的疲勞條件下的裂紋擴(kuò)展負(fù)載业崖，則減小刀具的進(jìn)給速度野芒，并將進(jìn)給速度的減小量反饋到CNC 控制器，使CNC 控制器做出相應(yīng)的控制双炕，以使得負(fù)載的大小改變到安全的水平狞悲。

　　4 結(jié)論

　　在柔性制造系統(tǒng)中，一個(gè)好的刀具管理系統(tǒng)和在線檢測(cè)技術(shù)妇斤，不僅能提高加工生產(chǎn)率摇锋、降低勞動(dòng)成本，而且對(duì)于產(chǎn)品優(yōu)化組合站超、減少故障率都會(huì)起到非常關(guān)鍵的作用荸恕。

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