Cnc 공작 기계 지능형 기술
디지털 제어 기계의 제어 시스템은 제어 코드나 기타 기호 지침이 있는 프로그램을 논리적으로 처리하고, 디코딩하고, 코드화된 숫자로 표시하고, 정보 수단을 통해 디지털 제어 장치를 입력할 수 있습니다. 오늘, 저는 여러분에게 디지털 제어 기계의 지능화 기술을 소개하겠습니다. 독서를 환영합니다.
스마트 머신이 라이트 (p) 에 처음 나타났습니까? K? Wright) 와 Bowen (D? 대답? Bourne) 1998, 지능형 제조 연구 분야의 첫 번째 논문, 제조 지능 [1]. 지능 기술은 선진 제조업에서의 중요한 작용으로 각국의 중시를 받았다. 미국은 스마트 가공 플랫폼 프로그램 (SMPI) 을 시작했습니다. 유럽 시행? 차세대 생산 시스템? 연구; 독일은 이미 시동을 걸었습니까? 산업 4.0? 계획; 중국의 중장기 과학 기술 발전 맞죠? 디지털 지능형 제조 기술? 절실한 수요를 제시하고 그에 상응하는 것을 제정할 것인가? 12 번째 5 개년 계획? 개발 계획 미국 시카고에서 열린 IMTS2006 에서 일본 Mazak 은 첫 번째 이름을 발표했습니다. 스마트폰? 이 스마트 머신은 일본의 Okuma 회사와 이름이 같은가요? Thinc? 스마트 디지털 제어 시스템은 스마트 디지털 제어 기계 시대 [2] 를 열었습니다.
센서를 기반으로, 디지털 제어 기계의 지능 기술을 스마트 센서, 스마트 기능, 스마트 부품, 스마트 시스템 등으로 나누어 스마트 기술을 총결하여 부족을 지적하고 발전 방향을 밝히고 미래를 전망했다.
스마트 센서
가공 기계, 공구 및 가공소재로 구성된 디지털 제어 기계 제조 시스템은 가공 과정에서 다양한 복잡한 물리적 현상을 수반하며 풍부한 정보 [3] 를 내포하고 있습니다. 이러한 동적, 비선형, 시변 및 불확실한 환경에서 CNC 공작 기계의 인식 기술은 지능화를 실현하기위한 기본 조건입니다.
디지털 제어 기계는 지능을 달성하기 위해 표 1 과 같이 외부 환경과 내부 상태에 대한 정보를 수집하는 다양한 센서가 필요합니다. 사람에게 눈은 이목구비 중 가장 중요한 감각 기관으로 90% 이상의 환경 정보를 얻을 수 있지만, 시각센서는 디지털 제어 기계에서 응용이 적다. 자동화와 지능화가 향상됨에 따라 시각 기능은 디지털 제어 기계에서 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다.
MEMS 기술, 임베디드 기술, 스마트 소재 및 구조가 발전함에 따라 센서가 소형화되는 경향이 있습니다. MEMS 마이크로센서, 박막 센서, 광섬유 센서의 완성도 높은 응용은 센서가 디지털 제어 기계에 내장될 수 있는 기반을 제공합니다.
제조 과정에서 예측할 수 없거나 예측할 수 없는 복잡한 현상과 이상한 문제, 모니터링 정보의 적시성, 정확성, 무결성, 분석, 추리, 학습의 지능을 필요로 하기 때문에 센서가 고성능 스마트 프로세서를 갖추고 있어야 합니까? 뇌? 。 고통은 인간의 뇌를 흉내낼 수 있는 인공지능 시스템 마이크로프로세서를 개발하고 있다. 앞으로 고성능 인공지능 시스템의 마이크로프로세서, 센서, 신호 처리 회로 및 I/O 인터페이스는 반도체 통합 기술을 통해 동일한 칩에 통합되어 대규모 집적 회로 스마트 센서를 형성할 수 있습니다. 감지, 식별, 저장 및 분석 기능뿐만 아니라 자체 학습 및 사고 능력 [4] 도 갖추고 있습니다. 컴퓨터 기술, 신호 처리 기술, MEMS 기술, 하이테크 재료 기술, 무선 통신 기술 등이 지속적으로 발전함에 따라 믿습니다. , 지능형 센서는 CNC 공작 기계의 지능형 인식에 새로운 변화를 가져올 것입니다.
스마트한 기능
CNC 공작 기계는 열 보상, 진동 모니터링, 마모 모니터링, 상태 모니터링 및 고장 진단과 같은 지능형 기능을 갖춘 CNC 공작 기계가 필요한 고속, 고효율 및 고정밀 개발로 발전했습니다. 몇 개 또는 몇 개의 스마트 센서 조합을 통해 인공지능을 이용하여 식별, 분석, 판단, 추리를 거쳐 디지털 제어 기계의 지능 기능을 실현하여 스마트 부품의 실현을 위한 토대를 마련했다.
디지털 제어 기계의 오차에는 기하학적 오차, 열 (변형) 오차, 힘 (변형) 오차, 조립 오차 등이 포함됩니다. 연구에 따르면 기하학적 오차와 열 오차가 작업셀 전체 오차의 50% 이상을 차지하는 것으로 나타났습니다. 이는 1 [5] 와 같이 작업셀 가공 정밀도에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 여기서 기하학적 오차는 기계 구조 자체와 관련이 있으며 시간에 따라 크게 변하지 않고 정적 오차입니다. 오차 예측 모델은 비교적 간단하며 시스템의 보정 기능을 통해 효과적으로 제어할 수 있으며, 열 오차는 시간에 따라 크게 변하고 동적 오차에 속하며 오차 예측 모델은 복잡하며 국제 연구의 난점과 핫스팟입니다.
가공 과정에서 CNC 공작 기계의 열원은 베어링, 볼 스크류, 모터, 기어 박스, 레일, 공구 등입니다. 이러한 부품의 온도 상승으로 스핀들 스트레칭, 좌표 변경, 공구 스트레칭 등이 변경되어 기계 오차가 증가합니다. 온도에 민감한 점의 수가 많고 분포가 넓기 때문에 온도 측정점의 최적화된 설계는 매우 중요합니다. 주요 방법은 유전 알고리즘, 신경망, 퍼지 클러스터링, 거친 집합, 정보론, 회색 시스템 등 [6] 이다. 온도 측정 지점을 결정하는 데 일반적으로 사용되는 신경망, 유전 알고리즘, 퍼지 논리, 회색 시스템, 지원 벡터 기계에 의한 오차 예측 및 보상 [7].
항공 우주 분야에서는 티타늄 합금, 니켈 합금, 고강도 강철 등 가공이 어려운 재료가 광범위하게 적용되고 고속 절삭 조건에서 절삭량이 증가함에 따라 공구와 가공소재 사이에 진동이 발생하기 쉬우며 가공소재의 가공 정밀도와 표면 품질에 심각한 영향을 미칩니다. 절삭력은 절삭 프로세스의 원래 피쳐 신호이며 가공 프로세스의 동적 특성을 가장 잘 반영하기 때문에 절삭력 모니터링 및 예측을 통해 진동 모니터링을 수행할 수 있습니다. 동력계, 힘 센서 및 이송 모터 전류를 사용하여 입자 집단 최적화, 흐림 이론, 유전 알고리즘 및 회색 이론을 사용하여 절삭력을 모델링하고 예측합니다 [8]. 기계 진동을 일으키는 주요 부품이 스핀들, 나사, 베어링 등이라는 점을 감안하면 진동, 절삭력, 음향 방출 등의 신호를 수집하여 신경망, 퍼지 논리, 지원 벡터기 등의 지능형 방법을 사용하여 진동을 직접 모니터링할 수 있습니다.
공구는 스핀들 전면에 설치되어 가공소재와 접촉하고 가공소재 표면을 직접 절단하여 가공 품질에 가장 직접적이고 중요한 영향을 미칩니다. 공구 마모, 파손 등의 이상 현상은 가공 정밀도와 작업 안전에 영향을 줍니다. 직접 측정에 오프라인 감지가 필요한 결함의 경우 전류, 절삭력, 진동, 전력, 온도 등 하나 이상의 간접 신호를 수집하는 경우가 많습니다. RBF 신경망, 흐릿한 신경망, 소파 신경망, 지원 벡터기 등의 지능형 알고리즘을 사용하여 공구 마모 상태를 지능적으로 모니터링합니다.
자동화 수준이 높아짐에 따라 디지털 제어 기계 통합의 기능이 점점 더 많아지고 복잡성도 높아지고 있습니다. 효율적인 작동을 위해서는 디지털 제어 기계의 내부 상태를 모니터링하고 평가하고 고장에 대한 경고 및 진단을 수행해야 합니다. 오류 모드는 복제할 수 없기 때문에 샘플 수집의 어려움, BP 신경망 등 더 많은 샘플이 필요한 지능형 방법은 이런 상황에 적합하지 않다. SOM 신경망, 퍼지 논리, 지원 벡터 머신, 전문가 시스템 및 다중 에이전트 등의 지능형 방법은 상태 모니터링 및 문제 해결에 자주 사용됩니다.
연구원들은 지능 기능의 새로운 방법이나 다양한 방법의 혼합을 끊임없이 탐구하고 연구하지만, 대부분 실험실 환경에 집중되어 있고, 높은 실시간 및 온라인 기능을 갖춘 방법이 부족하여 간결하고 빠르고 적응력이 뛰어난 지능형 방법을 더 개발해야 한다.
스마트 구성요소
CNC 공작 기계의 기계적 부분은 주로 지지 구조, 주 구동, 이송, 공구 등을 포함하며 침대 본체, 기둥, 스핀들, 공구, 와이어 바, 레일, 샤프트 등을 포함합니다. 이러한 부품은 그림 2 와 같이 지능형 센서의 하나 이상의 지능형 기능을 통합하여 디지털 제어 기계의 지능형 부품을 형성할 수 있습니다.
주 축은 주요 전동 조립품이며 핵심 조립품으로서 가공소재의 가공 정밀도와 직접 관련이 있습니다. 스핀들, 특히 스핀들의 회전 속도가 높기 때문에 발열, 마모 및 진동이 가공 품질에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 점점 더 많은 지능형 센서가 스핀들에 통합되어 작동 상태 모니터링, 경보 및 보상 기능을 제공합니다. Madzak Yamazaki 가 개발했어요? 스마트 스핀들? 온도, 진동, 변위, 거리 등 다양한 센서가 장착되어 있어 온도, 진동, 고정장치 수명 모니터링 보호 기능뿐만 아니라 온도 및 진동 상태에 따라 지능적으로 가공 매개변수 [13] 를 조정할 수 있습니다. 그림 3 과 같이 온도, 가속도, 축방향 변위 등 다양한 센서 [14] 가 장착된 스위스 Step-Tec 및 IBAG 제조 스핀들
나사와 레일은 디지털 제어 기계 좌표 동작 및 위치의 핵심 부품이며, 그 성능은 좌표 동작 정밀도 및 동적 특성에 직접적인 영향을 미치며 가공소재의 가공 품질에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 가공 과정에서 나사 레일 쌍의 성능 변화와 수명 예측을 모니터링하는 것은 수치 제어 기계의 지능화에 큰 의미가 있습니다. 모터 구동 전류 신호, 전력, 절삭력, 소리 등의 센서 신호를 통해 이송 속도, 절삭 깊이, 나사 회전 속도 등의 프로세스 매개변수를 결합하여 나사와 레일의 마모를 모니터링하고 남은 수명을 예측하며 적시에 경보를 발령하여 주요 생산 사고의 발생을 방지합니다.
베어링은 수치 제어 기계 회전축의 핵심 부품으로, 지지 하중과 마찰 계수를 낮추는 역할을 하며, 작동 상태는 기계 작동의 정확도와 신뢰성에 직접적인 영향을 줍니다. 베어링은 고속 마찰이 심하고 발열이 많기 때문에 가장 쉽게 손상될 수 있는 부품이다. 따라서 베어링 작동 상태를 모니터링하면 베어링 문제로 인한 장비 이상 또는 손상을 방지할 수 있습니다. 스웨덴 SKF 가 생산하는 외부 스마트 베어링은 그림 4 [15] 에 나와 있습니다. 어플리케이션 환경에서 자체 전원을 통해 속도, 온도, 속도, 진동, 하중 등의 주요 매개변수를 측정하고 무선 네트워크를 통해 외부 스마트 베어링의 상태 정보를 전송하여 베어링의 상태를 모니터링합니다.
커터는 가공소재와 직접 접촉하여 작업 표면에서 열과 진동을 일으키기 쉬우므로 표면 품질에 큰 영향을 미칩니다. 이에 따라 점점 더 많은 센서가 커터에 통합되어 공구 마모 모니터링, 진동 모니터링, 파단 경보 등의 기능을 제공합니다. 그림 5 와 같이 크리스토퍼 로버트 등이 발명한 스마트 터렛. 힘/토크, 온도, 프로세서, 무선 트랜시버 등의 칩이 통합되어 있습니다. 또한 플러터 주파수를 예측하고 예측할 수 있으며 스핀들 속도를 안정시키고 마모를 모니터링하며 이송 속도를 권장하는 것이 좋습니다. [16]. 스위스 ACTICUT 에서 제조한 지능형 공구로, 기계, 센서 및 드라이브로 구성되어 정밀 CNC 선반가공을 위해 마모, 속도 및 온도를 모니터링할 수 있습니다 [17].
스마트 시스템
디지털 제어 기계는 일반적으로 그림 6 과 같이 디지털 제어 시스템, 구동 시스템, 보조 시스템 및 기체로 구성됩니다. 인공 지능 기술이 성숙함에 따라 신경망, 퍼지 이론 및 전문가 시스템이 수치 제어 시스템, 구동 시스템 및 보조 시스템에 점차 적용되어 전문가 시스템의 프로세스 매개변수 최적화, 어댑티브 제어, 프로세스 모니터링 및 지능형 진단 기능을 구현합니다.
항공 제조 분야에서 가공해야 할 부품은 구멍, 슬롯, 도랑, 캐비티 등의 다양한 피쳐를 포함하고 있으며, 가공 공정이 복잡하며, 디지털 제어 기계에 프로세스 매개변수 최적화를 포함하는 전문가 시스템이 필요합니다. 전문가 시스템은 인공지능 기술을 이용하여 한 분야에 있는 한 명 이상의 전문가의 지식과 경험을 절차로 굳히고, 인간 전문가의 의사결정 과정을 시뮬레이션하고, 추리와 판단을 하여 가공의 복잡한 문제를 해결한다. 스위스 밀작로사는 수십 년간의 밀링 경험의 결정체를 모아 운영자 지원 모듈인 OSS(Operator Support System) 를 개발했으며, 가공 요구 사항에 따라 관련 프로세스 매개변수를 조정하고 가공 프로그램을 최적화하여 더 나은 가공 결과를 얻을 수 있습니다 [18].
수치 제어 시스템이 발전함에 따라 주요 수치 제어 시스템 공급업체는 제품에 어댑티브 제어, 가공 프로세스 모니터링, 지능형 진단 등의 실용적인 기능을 내장하고 있습니다. Siemens 수치 제어 시스템은 모터 매개변수 가변 작동, 자동 부하 식별, 공구 수명 모니터링, 안전 통합 등의 기능을 갖추고 있습니다. 이스라엘 OMATIVE 최적화 밀링 컨트롤러 OMAT-PRO 와 함께 스핀들 전력을 제약하고, 학습하고 학습하여 스핀들 전력의 최적 상태를 파악함으로써 가공 중 스핀들 전력의 변화를 실시간으로 모니터링하고 이송 속도를 적시에 조정할 수 있습니다 [19]. 오스트리아 WFL 의 Crash Guard 충돌 가드레일 시스템은 디지털 제어 시스템의 고속 처리 기능을 활용하여 실시간으로 작업셀의 움직임을 모니터링하고, 수동, 자동 등 다양한 동작 모드에서 기계가 정상적으로 작동하도록 보장하고, 작동 중 사고 발생을 줄이며, 작업셀의 안전성과 신뢰성을 높입니다 [3]. GE Fanuc 의 Proficy 소프트웨어는 작업셀의 복잡한 기본 데이터를 모니터링하고 분석하여 작업셀의 작동 상태와 건강 상태를 원격으로 진단합니다 [20]. 독일 ARTIS 모니터링 시스템은 작업 상태를 모니터링하는 시스템입니다. 학습을 통해 모니터링 신호의 특징을 얻을 수 있으며 실시간으로 공구 파손, 공구 마모, 충돌 등의 비정상적인 동작 [2 1] 을 모니터링할 수 있습니다.
전망
지능화는 디지털 제어 기계 발전의 고급 단계로 고도의 자동화를 실현하고 사람들의 정신지능을 더욱 해방시킬 수 있다. 기술의 발전과 수요가 증가함에 따라 디지털 제어 기계에는 점점 더 많은 지능형 기능, 스마트 요소 및 지능형 시스템이 등장했습니다. 지능 수준은 아직 발전 단계에 있지만 인공지능 기술, 컴퓨터 기술, 센서, 마이크로프로세서 기술의 소형화와 지능화가 발달하면서 진정한 의미가 실현되었습니까? 자기 학습 자기 진화? 인간 지능 수준을 갖춘 CNC 공작 기계는 더 이상? 꿈? 。
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