如何提高金屬切削數(shù)控機(jī)床的加工效率，充分利用機(jī)床主軸*大轉(zhuǎn)速、*大負(fù)載和軸*大進(jìn)給速率，加工材質(zhì)、切削量多變的工件，同時(shí)又能自動(dòng)保護(hù)機(jī)床和主軸系統(tǒng)，保護(hù)較昂貴的進(jìn)口刀具，這已經(jīng)越來(lái)越受到終端用戶和機(jī)床制造廠家關(guān)注的問(wèn)題之一。以色列OMAT公司的ACM自適應(yīng)控制監(jiān)控系統(tǒng)正是為了適應(yīng)這種要求，從控制角度為解決該問(wèn)題提出的理想方案。
OMAT公司ACM作為西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的重要選件，可以提供多種版本形式，外裝式ACM裝置、純軟件集成式ACM、PC卡軟硬件混合式ACM和單元軟硬件混合式ACM.其中，**種軟硬件均做在ACM裝置中，外部接線多，但不受數(shù)控系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)器的限制，主要針對(duì)老系統(tǒng)和不能安裝集成ACM系統(tǒng)的機(jī)床用。第2、第3種是軟件為主的ACM系統(tǒng)，極少或無(wú)外部接線，但是受非出口型數(shù)控系統(tǒng)限制，要求系統(tǒng)軟件版本高，目前在出口到國(guó)內(nèi)的840D系統(tǒng)中難以實(shí)現(xiàn)。因此我們?cè)谂cOMAT公司合作中選用了第4種版本的ACM系統(tǒng)。
單元軟硬件混合式ACM系統(tǒng)工作原理
該ACM系統(tǒng)由三部分組成（圖1）。
圖1 單元軟硬件混合式ACM系統(tǒng)
。ACM控制單元：數(shù)字量輸出至840D系統(tǒng)的NCU，模擬量輸入信號(hào)來(lái)自O(shè)MAT功率傳感器模塊。ACM測(cè)量采集的主軸功率信號(hào)通過(guò)SINUMERIK RS232 串口與CNC的PC部分通訊。
。ACM實(shí)時(shí)控制軟件：集成在ACM控制單元的微處理器中。
。ACM用戶畫(huà)面接口：Windows用戶圖形界面用于配置和監(jiān)控自適應(yīng)控制過(guò)程。
ACM是一個(gè)實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采樣機(jī)床主軸負(fù)載變化，據(jù)此自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)床進(jìn)給率至*佳值。并且時(shí)實(shí)監(jiān)視記錄主軸切削負(fù)載、進(jìn)給率變化，刀具磨損量等加工參數(shù)，并輸出圖形、數(shù)據(jù)至Windows用戶圖形界面。這些數(shù)據(jù)還可以存儲(chǔ)在硬盤供以后查閱存檔。
安裝與調(diào)試
1.硬件安裝
原理圖見(jiàn)圖2所示，主軸功率經(jīng)OMAT LA55-P型電流互感器測(cè)量，功率轉(zhuǎn)換器放大后，由9芯插頭輸入至ACM控制單元；進(jìn)給修調(diào)數(shù)字量信號(hào)輸入至PLC輸入模塊；ACM控制單元與PCU50（用戶操作接口）由RS232串口通信連接。此外還有以下控制信號(hào)：ACM激活后給PLC的輸入信號(hào)；ACM出現(xiàn)故障進(jìn)給保持信號(hào)；以及PLC報(bào)警使ACM產(chǎn)生復(fù)位的ACM RESET信號(hào)。
圖2 原理圖
2.PLC軟件編程
（1）下載OMAT標(biāo)準(zhǔn)PLC控制程序FB30并在OB1中調(diào)用：
CALL FB30 “OMAT_CYCLIC FB”
ACMFEEDOUT ：= IB40 //來(lái)自ACM的進(jìn)給修調(diào)信號(hào)ACMFEEDOUT ：= I40.6 //來(lái)自ACM的報(bào)警進(jìn)給保持信號(hào)ACMFEEDOUT ：= I40.7 //來(lái)自ACM的激活信號(hào)
ACMFEEDOUT ：= T10 //來(lái)自ACM的激活延時(shí)信號(hào)（2）局部修改西門子標(biāo)準(zhǔn)MCP（機(jī)床控制面板）管理子程序FC19：
U DB50.DBX11.0 "OMAT_CYCLIC FB_IDB". ACMALARMOUT //PLC報(bào)警信號(hào)R≠#MST_Inp23 [ 0 > "NC_STOP" //使NC停止
?。?）編程N(yùn)C報(bào)警文本程序（程序略）
（4）修改機(jī)床參數(shù)：MD12030 OVER_FACTOR_FEEDRATE[23>=1.3MD12030 OVER_FACTOR_FEEDRATE[24>=1.4
MD12030 OVER_FACTOR_FEEDRATE[25>=1.5 null3.ACM用戶圖形界面PC軟件安裝
?。?）在F：>OEM下創(chuàng)建OPMS新目錄
?。?）將OMAT軟盤上的下列文件拷入新建目錄F：>OEMOPMS.OPMS.MDI .OPMS.ZUS
?。?）將文件025_GR.DLL和025_UK.DLL拷貝到F：>OEMLANGUAGE；打開(kāi)文件RE_GR.INI和RE_UK.INI插入語(yǔ)句：HSKT=“OMATIVE ACM”
?。?）打開(kāi)F：>OEM下的文件REGIE.INI插入語(yǔ)句：
TASK=NAME：=OPMS，TimeOut=6000
?。?）拷貝OPMS.INI到F：>OEM；拷貝OPMS.EXE到F：>HMI_ADV（6）安裝結(jié)束后重新啟動(dòng)西門子HMI.
運(yùn)行OMAT ACM系統(tǒng)
圖3 ACM主畫(huà)面
ACM PC軟件安裝完畢，在西門子840D系統(tǒng)主菜單增加名為OMAT ACM的軟鍵，按此鍵進(jìn)入ACM主畫(huà)面（見(jiàn)圖3）主畫(huà)面顯示下列信息。ACM運(yùn)行方式，3種方式選其中之一。狀態(tài)監(jiān)視，過(guò)載、運(yùn)行、主軸、在線/離線等狀態(tài)。主軸功率和進(jìn)給率是實(shí)時(shí)變化曲線及數(shù)值。當(dāng)前運(yùn)行值，參考編號(hào)、零件編號(hào)、開(kāi)始加工時(shí)間、運(yùn)行耗時(shí)、切削工件耗時(shí)、節(jié)約用時(shí)（%）、*小進(jìn)給率（%）、*大進(jìn)給率（%）、當(dāng)前修調(diào)值（%）。
ACM工作模式：
ACM啟動(dòng)/停止方式：通過(guò)NC程序H功能自動(dòng)或者手動(dòng)啟動(dòng)/停止運(yùn)行。
切削參數(shù)輸入方式：切削參數(shù)如，刀具類型、齒數(shù)、工件材料、切削量（深度）和速度可以手動(dòng)（Preset）或者在學(xué)習(xí)（Learn）方式自動(dòng)記錄切削參數(shù)，然后在學(xué)習(xí)后（by learn）方式按照記錄參數(shù)，監(jiān)控機(jī)床運(yùn)行。
ACM運(yùn)行方式：
進(jìn)給控制方式：ACM連續(xù)測(cè)量主軸負(fù)載并且實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)給率，出現(xiàn)過(guò)載則發(fā)出報(bào)警停止機(jī)床。
監(jiān)控方式：ACM連續(xù)測(cè)量主軸負(fù)載但不調(diào)節(jié)進(jìn)給率，有兩種監(jiān)控模式供選擇—*大負(fù)載監(jiān)控或負(fù)載允差監(jiān)控。
事件記錄方式：在此方式ACM只是將動(dòng)態(tài)切削數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，不做輸出處理。
OMAT ACM的特色和效果
傳統(tǒng)金屬加工刀具斷裂不可檢測(cè)和控制、刀具磨損靠手動(dòng)監(jiān)視、效率低，而OMAT ACM系統(tǒng)的自適應(yīng)控制技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)加工技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，優(yōu)化了金屬切削CNC加工過(guò)程，提高了加工效率。典型應(yīng)用統(tǒng)計(jì)：輪廓銑削省時(shí)約38%；銑槽省時(shí)約34%；3D銑面省時(shí)約37%；鉆孔省時(shí)約28%.并且具有下列保護(hù)功能：銑刀斷裂保護(hù)（報(bào)警并停機(jī)防止工件及后續(xù)刀具損壞）；深孔鉆刀具斷裂保護(hù)（報(bào)警并停機(jī)）；刀具磨損監(jiān)控（數(shù)字顯示磨損量）；主軸過(guò)載保護(hù)（報(bào)警或停機(jī)）。
正是由于OMAT ACM獨(dú)特的自適應(yīng)控制技術(shù)，效果顯著的實(shí)用性，國(guó)外許多著名公司如Siemens AG、 Turbinenwerke、 Chevron Aerospace、Boeing、General Electric、Mitsubishi Motors， Toshiba GE 和Toyota Motors等公司都已大量使用，取得了明顯的效果。
交大昆機(jī)科技股份有限公司與以色列OMAT公司合作，成功地將單元軟硬件混合式ACM系統(tǒng)集成安裝于產(chǎn)品機(jī)床THM4680臥式加工中心的840D系統(tǒng)上，還做了大面工件切削對(duì)比實(shí)驗(yàn)，切削效率提高約33%.ACM的機(jī)床負(fù)載量化控制以及對(duì)刀具、主軸的安全保護(hù)功能，使得操作者放心*大限度的滿負(fù)荷使用機(jī)床，而又不至于對(duì)機(jī)床造成傷害。這尤其適用于面切削、加工鑄鋼等硬質(zhì)材料、模具加工業(yè)、深孔鉆削、使用高價(jià)進(jìn)口刀具等用戶。國(guó)內(nèi)航空航天、紡織、家電等行業(yè)的知名企業(yè)也率先正在陸續(xù)使用該產(chǎn)品。相信隨著數(shù)控加工技術(shù)、高速切削等先進(jìn)金屬加工理念在國(guó)內(nèi)企業(yè)的普及應(yīng)用，自適應(yīng)加工技術(shù)一定會(huì)得到廣泛應(yīng)用。
