数控机床切削加工过程的模型参考自适应控制研究

魏东坡 赵宏霞

摘  要：数控机床作为我国工业生产中的重要技术设备，对具体的生产工作有着至关重要的影响。近年来，我国的工业迅速发展，可以说为数控机床的发展注入了充足的动力，但是结合数控机床技术的实际工作情况来看，在工作的过程中还有很多有待完善的地方，这些地方既是数控机床技术发展的难题，同时也是数控机床技术设备新的发展契机，模型参考自适应控制就是数控机床切削加工过程中的重点。本文结合我国数控机床运作的实际情况，针对模型参考自适应控制这一要素进行研究。

关键词：数控机床;切削加工;模型参考自适应控制

中图分类号：TP273.2     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）18-0151-03

Abstract：As an important technical equipment in China’s industrial production，CNC machine tools have a vital impact on the specific production work. In recent years，the rapid development of China’s industry can be said to inject sufficient momentum into the development of CNC machine tools. However，according to the actual working situation of CNC machine tools technology，there are still many areas to be improved in the process of work. These areas are not only the difficult problems of the development of CNC machine tools technology，but also a new opportunity for the development of CNC  machine tool technology and equipment. The model reference adaptive control is the key point of CNC machine tools and cutting process. In this paper，according to the actual operation of CNC machine tools in China，the model reference adaptive control is studied.

Keywords：CNC machine tools;cutting processing;model reference adaptive control

0  引  言

数控机床在完成切削加工的过程中，存在很多的不稳定因素，主要还是因为这是一个动态的过程，譬如刀具的类型和磨损情况都会对加工的效率和质量产生重要的影响，为了保证切削加工工作的质量，就需要实现对这些要素的综合把握，以保障企业的整体效益。为了保障切削加工工作的效率，自适应控制的方法应运而生，在实际工作过程中对这种方法进行利用，能够保障相关加工工作的质量，也能有效实现行业的资源优化配置。

1  数控机床的工作原理

為了保障相关加工工作的质量，一般需要对数控机床的多个组成要素进行把握，包括机床和工件系统等，在进行加工的过程中，要结合自身的实际需求，选用合理的加工方式和加工工具，这就需要行业工作人员充分发挥自身的主观能动性，这种自适应控制系统的内部构成较为复杂（如图1所示），除了较为常见的速度控制回路等基本的控制回路之外，还有一定的反馈回路，譬如MRAC反馈回路，在实际的切削加工过程中，受到多重影响因素的影响之后，机器设备的状态参数会随着发生改变，传感器在这时能起到重要的桥梁作用，能够对这些参数进行实时监测，在必要时还可以对参数进行调整，然后MRAC控制单元就能及时完成评价工作，并进行信息和数据的对比工作，在得出结论之后，向CNC传送信号，保障整个机器设备的最佳化。

2  数控机床切削加工MRAC模型的建立

机床切削加工MRAC模型的具体构成也较为复杂，主要可以分为前馈装置、反馈装置和调节机构。这些不同的构成负责的具体内容也不同，这里以前馈装置和反馈装置为重点进行阐述，这两个装置与模型中的其他装置相比存在一定的差异，因为这两个装置都是比例环节，综合多种因素来看，这种数学控制模型的具体内容比较多，对于行业工作人员来说是一个巨大的挑战。

3  数控机床切削加工过程MRAC的切削性能

作为整个加工过程中的重点任务，切削工作的重要性不言而喻，但是切削工作的影响因素也比较多，特别是刀具的选择和磨损情况，更是具体工作中的关键因素，外界的不稳定因素会对切削工作产生重要的反作用，如果无法及时对相关要素和参数进行调整，就很难保障相关加工工作的质量。通过MRAC的调节功能，能有效提高加工工作的稳定性，通过针对性比较强的仿真工作，可以看出背吃刀量的变化和进给速度的变化是一种相反关系。除此之外，切削加工过程中存在的相关关系还比较多，对这些相关关系进行把握，也能为具体的加工工作创造便利。

4  我国数控机床切削加工中模型自适应控制工作的现状

对数控机床切削加工过程中的模型自适应控制工作进行全面的把握，能够为后期的工作奠定坚实的理论基础，我国的数控技术经历了一定的发展周期，在发展的过程中积累了一定的经验和教训，不仅基础设施处于不断更新中，同时加工观念也发生了一定的转变，但是结合行业工作的实际情况来看，还存在一些不足之处，主要可以分为以下几点。

（1）加工理念较为传统。正确的理念能为一个行业的发展起到重要的导向作用，在我国的工业领域也是如此，但是结合数控机床的实际工作情况来看，我国在加工理念方面较为传统，从长远眼光来看，不利于数控机床行业的健康发展，主要来说有两个方面的原因：首先就是行业受传统数控机床切削加工理念的影响较为严重，无法实现加工理念的及时转变;其次就是行业的发展没有基于行业的实际需求，同时也没有顺应时代的发展潮流。综合多种因素来看，造成加工理念较为传统的原因比较多，想要实现加工理念的转变是一个长期的过程，需要诸多部门的共同努力。

（2）加工方式较为单一。加工方式的不同也会对具体的加工工作产生重要的反作用，在进行加工工作之前，对多种影响因素进行把握，基于多种影响因素进行加工方式的选择，能保障加工方式选择的合理性，但是在我国的相关行业中，在加工方式的选择上也存在漏洞，其主要原因在于加工方式的单一。造成这种情况的原因也比较多，主要可以分为两点：首先就是行业对于加工方式选择重视度不够;其次就是在实际的加工过程中，行业工作人员没有充分发挥自身的主观能动性。

（3）加工人员素质较低。作为整个加工工作中的核心，加工工作人员显得至关重要，但是结合实际的加工工作来看，行业工作人员的素质普遍比较低，造成这种情况的原因也比较多，主要可以分为以下两点：首先就是行业的入职门槛比较低，这是造成行业工作人员素质较低的主要原因;其次就是行业工作人员的年龄比较大，接受新知识和新观念的能力比较弱，很难适应时代和行业的发展潮流。因此，切实提高行业工作人员的素质也是相关行业新的发展契机。

（4）加工工具较为落后。随着数控机床加工的发展和进步，相关加工工具也处于高速的发展过程中，以智能化和自动化趋势为主，高效的加工工具一方面能够有效提供加工工作的效率，另一方面也能在很大程度上降低加工企业的运营成本，但是结合大部分加工企业的实际工作情况来看，加工工具还比较落后，主要有两个原因：首先就是企业对于加工基础设施建设的力度比较小，无法为加工工具的革新奠定坚实的物质基础;其次就是企业没有实现相关管理观念的转变。

5  数控机床切削加工中模型自适应控制工作的策略

可以看出在实际的加工过程中还存在诸多不足之处，对这些不足之处进行把握能够为相关的加工工作注入持续的发展动力，主要来说有以下几个方面的策略。

5.1  转变加工理念

为了充分发挥加工理念的导向作用，实现加工理念的转变至关重要，加工理念的转变要对多个影响因素进行把握，主要有以下几项工作有待推进：首先要结合企业自身的实际发展情况，包括运营成本和基础设施建设等等;其次要结合行业发展的实际需求，有针对性的实现加工理念的转变;最后就是要顺应时代的发展潮流，为企业的发展助力。

5.2  丰富加工方式

鉴于加工方式在加工工作中的重要作用，实现加工方式的丰富和发展也显得尤为重要，结合加工企业的实际发展情况来看，也有几个关键点：首先要明确具体的加工任务，为后期的工作奠定坚实的基础;其次要推进加工工具的完善和使用，为后期加工工作的推进奠定坚实的物质基础。当然加工方式的转变也要结合企业自身的发展情况。

5.3  提高人员素质

提高工作人员的素质是充分发挥工作人员核心作用的关键，主要有以下几项措施：首先可以提高行业的入职门槛，从根本上提高行业工作人员的素质;其次要充分发挥后期培训工作的作用，培训的内容不能仅限于专业技能和知识，同时也要对工作人员的计算机和互联网知识水平进行提高，因为计算机和互联网对加工行业的影响日益深入，充分利用这些技术对行业也有巨大的推动作用。

5.4  推进设施建设

对于加工企业这种工业企业，技术设备也是控制和管理工作中的重点，基础设施建设可以从以下几个方面入手：首先要进行运营理念的转变，为基础设施建设奠定坚实的理论和基础;其次企业要加大基础设施建设的投入力度，包括政策扶持和资金扶持等等，加工企业的基础设施建设需要众多部门的群策群力。

6  结  论

从上述叙述中可以看出，数控机床在推进切削加工中的模型参考自适应控制工作上有很多有待完善的地方，不仅是在管理层面上，在技术层面上也是如此，加工行业的发展道路可以说是任重而道远，主要有以下几个方面的工作有待推进：从国家层面来说，要发挥宏观调控的作用，加大对加工行业的扶持力度，为行业的技术发展营造一个较为稳定的外部环境;从加工企业自身来说，要发挥自身的主观能动性，一方面要结合企业的实际发展情况，另一方面也要顺应企业和行业的发展潮流。加工企业的发展事关我国国民经济的发展和进步，需要我们携起手来一起努力。

参考文献：

[1] 逄启寿，肖顺根，宋萌萌.数控机床切削加工过程的模型参考自适应控制研究 [J].机床与液压，2009，37（3）：53-55.

[2] 王涛，韩秋实，孙志永.数控车磨复合机床模型参考自适应控制系统的研究 [J].机械制造与自动化，2009（4）：122-124.

[3] 程涛，左力，刘艳明，等.数控机床切削加工过程智能自适应控制研究 [J].中国机械工程，1999，19（1）：26-31.

[4] 杨秀文.自适应控制系统在数控机床闭环控制中的应用研究 [J].机械工程与自动化，2018（3）：204-205.

[5] 冯树臣.模型参考自適应控制研究及在火电厂再热汽温系统中的应用 [D].保定：华北电力大学，2001.

作者简介：魏东坡（1978-），男，汉族，河北廊坊人，高级工程师，本科，研究方向：机电一体化技术。