應用考慮刀具磨耗之學習控制技術於銑削加工

Abstract

銑削加工於製造業中廣泛應用，傳統上通常會避免嚴苛的加工條件，固定主軸轉速與進給率等切削條件進行加工，以避免不可預期的損壞，雖確保了穩定性，卻也因為使用了較為保守的參數，使得加工效率保有提升空間，隨著工具機技術發展日趨成熟，對於提升加工效率的需求迫在眉睫。藉由適應性控制即時調整進給率的變化維持等負載，可以有效提高加工效率，但是由於硬體設備溝通速度的限制，導致進給率劇烈變化，使工件表面品質下降。 文獻中提到學習控制根據以往加工所蒐集的加工數據，事先規劃加工參數，提高加工效率，參數均為加工前設定，故沒有硬體限制。由於文獻中對於刀具磨耗較少討論，因此，本研究擬將學習控制加入回饋控制，於加工中適時調整進給率，以進給率作為刀具磨耗監控指標。本研究透過等進給實驗建立主軸電流、進給率與刀具磨耗之關係，並以刀具強度為參考，設定參考電流，以多次實驗平均設定初始進給率，使起始電流即為參考電流。再者，以刀具磨耗設定判斷加工結束與換刀之進給率下限。最後，分析不同磨耗下進給率與主軸電流之間的關係，建立進給率調整依據，以達到在加工中以主軸電流為參考訊號適時調整進給率，將主軸電流維持於參考值。 實驗結果顯示，本研究所設定的控制參數，除了主軸電流可以維持於參考值附近以外，於進給率到達下限時，刀具磨耗也可以維持於實驗設定範圍內，防止刀具過度磨耗。於槽、端銑混合加工中，本研究設計槽、端銑之間的進給率互相轉換之函數，利用該函數以及先前建立之學習控制參數，亦能利用進給率作為刀具磨耗監測指標，並且透過調整進給率將主軸電流維持於參考電流附近。再者，相較於等進給率加工，材料移除率、刀具壽命與表面粗糙度均有較優異的表現。