數(shù)控（NC）加工技術(shù)在現(xiàn)代制造技術(shù)中占有非常重要的地位，自50年代問世以來(lái)，隨著微電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)今已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，對(duì)制造業(yè)乃至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著曰益重要的作用。當(dāng)然不可否認(rèn)的是，數(shù)控技術(shù)中還有很多問題有待于進(jìn)一步芫善激控中的負(fù)載自適應(yīng)控制便是其中之一。負(fù)載自適應(yīng)控制就是在數(shù)控加工中當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)變化時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)調(diào)整刀具的進(jìn)給速度，以適應(yīng)負(fù)載的變化，并使負(fù)載維持在較為恒定的水平。這種技術(shù)一方面可以提高數(shù)控加工效率，同時(shí)還可以起到保護(hù)刀具和機(jī)床以及保證加工質(zhì)量等作用。正是基于這一認(rèn)識(shí)，本文提出一種數(shù)控加工中負(fù)載自適應(yīng)控制的計(jì)算方法，該方法首先通過(guò)間接測(cè)量的方法獲取數(shù)控加工中的負(fù)載值然后根據(jù)這一負(fù)載值，運(yùn)用模糊邏輯方法計(jì)算出此負(fù)載下相應(yīng)的刀具進(jìn)給速度。

 

　　一、負(fù)載的測(cè)量如前所述，對(duì)負(fù)載的控制在數(shù)控中具有非常重要的意義，故對(duì)此研究較多，它們主要都是從怎樣建立數(shù)控加工中的負(fù)載的數(shù)學(xué)模型角度進(jìn)行研究，并提出了多種數(shù)控加工中的負(fù)載數(shù)學(xué)模型'）51.這種通過(guò)建立包括多種影響因素的負(fù)載數(shù)學(xué)模型對(duì)負(fù)載進(jìn)行控制的方法，的確能起到一定的作用。但縱觀這些方法，它們都還存在以下一些問題：數(shù)控加工中影響負(fù)載的因素比如刀具的進(jìn)給速度、主軸的轉(zhuǎn)速、加工刀具的形狀、被加工零件的形狀及材料特征等，且這些因素的影響都具有非線性和相關(guān)性等特點(diǎn)，故無(wú)法包含所有這些因素進(jìn)行精確建模，一般只取幾種認(rèn)為影響較大的因素建立相應(yīng)的模型，這樣該負(fù)載數(shù)學(xué)模型的精度就會(huì)受到一定的限制。

 

　　對(duì)刀具進(jìn)行數(shù)學(xué)描述以建立其與負(fù)載的關(guān)系這些模型一般只針對(duì)具體的刀具（比如球頭刀具）這樣它們只能適用于這些具體類型的刀具，因此這些負(fù)載數(shù)學(xué)模型的通用性就很小，特別是無(wú)法適應(yīng)于具有自動(dòng)換刀裝置的加工中心中。

 

　　負(fù)載數(shù)學(xué)模型負(fù)載數(shù)學(xué)模型中有的需用迭代的方法進(jìn)行求解，因此非常費(fèi)時(shí)且有時(shí)難以保證迭代的收斂。

 

　　基于上述分析本文從另一角度獲取負(fù)載值，即不是直接建立負(fù)載的數(shù)學(xué)模型來(lái)求解負(fù)載，而是通過(guò)測(cè)量主軸受到的扭矩來(lái)間接表征負(fù)載的大小。該間接測(cè)量方法的原理是影響數(shù)控加工中負(fù)載大小的因素必然反映到主軸扭矩的大小，故主軸扭矩的大小客觀地表征了負(fù)載的大小。這種間接測(cè)量的方法避免了直接建立負(fù)載數(shù)學(xué)模型的弊端，且主軸扭矩的大小可通過(guò)測(cè)算主軸電機(jī)的輸出功率獲得，故該方法的測(cè)量異常簡(jiǎn)單。測(cè)量了負(fù)載的大小以后接下來(lái)就是怎樣對(duì)此進(jìn)行自適應(yīng)控制，BP怎樣由測(cè)得的負(fù)載值求出此時(shí)刀具的進(jìn)給速度。本文采用模糊邏輯算法進(jìn)行負(fù)載自適應(yīng)控制。

 

　　二、負(fù)載的自適應(yīng)控制如前所述，本文采用模糊邏輯算法進(jìn)行自適應(yīng)控制。自扎德（L.A.Zadeh）在1965年提出模糊集合梯形形式隸屬函數(shù)系統(tǒng)以及操作存在著不確定的系統(tǒng)。而數(shù)控中負(fù)載的自適應(yīng)控制就屬于無(wú)法精確建模的系統(tǒng)，故用模糊邏輯控制能取得比較理想的效果。

 

　　□負(fù)載自適應(yīng)控制原理本數(shù)控加工負(fù)載自適應(yīng)控制原理如所示。

 

　　圖中虛線所示的模糊控制器為本文負(fù)載自適應(yīng)控制的邏輯算法部分。

 

　　負(fù)載自適應(yīng)控制相關(guān)技術(shù)的處理從上面的原理圖可以看出，該負(fù)載自適應(yīng)控制運(yùn)用了模糊邏輯的相關(guān)知識(shí)，下面對(duì)有關(guān)的技術(shù)進(jìn)行分析、處理。

 

　　（1）輸入、輸出量模糊集的建立建立輸入、輸出量模糊集分以下幾步：輸入、輸出論域的離散化在此數(shù)控加工負(fù)載自適應(yīng)控制方法中輸入量為通過(guò)間接測(cè)量得到的負(fù)載值輸出量為刀具的進(jìn)給速度值。在輸入、輸出論域的離散化的過(guò)程中，離散點(diǎn)數(shù)的選擇要適當(dāng)，點(diǎn)數(shù)越多，模糊子集的定義越細(xì)膩模糊化、模糊推理、解模糊處理也就越細(xì)膩，這將使模糊控制器的控制作用和控制效果越精確M度越高，但同時(shí)也導(dǎo)致運(yùn)算量加大，甚至無(wú)法用于實(shí)時(shí)控制。本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況，將輸入、輸出論域都取九個(gè)離輸入、輸出論域的模糊劃分同樣，模糊子集劃分的數(shù)目也要適當(dāng)，子集越多，控制動(dòng)作越細(xì)膩1精度相應(yīng)提高，但過(guò)多的模糊子集也會(huì)使運(yùn)算量大得無(wú)法接受。根據(jù)精度和實(shí)時(shí)性要求我們將輸入、輸出論域都劃分為五個(gè)模糊子集。對(duì)于輸入如下子集：很大（A1）、較大（A3）、中等（A3）、較小、很小（A5）。對(duì)于輸出有如下子集狠慢、較慢、中等、較快、很快。

 

　　建立模糊子集的隸屬函數(shù)模糊子集的隸屬度即每個(gè)模糊子集在每個(gè)離散點(diǎn)的隸屬程度，目前常用的有三角形、梯形及三角函數(shù)等形式的隸屬函數(shù)。我們按中梯形形式隸屬函數(shù)的方法建立模糊子集在相應(yīng)離散點(diǎn)的隸屬度（W.這樣我們建立如下的輸入模糊子集：（2）模糊推理規(guī)則的建立輸入、輸出模糊子集的劃分以后根據(jù)數(shù)控加工的實(shí)際情況我們建立以下五條模糊推理規(guī)則（R），設(shè)負(fù)載的大小為刀具的進(jìn)給速度應(yīng)為"：規(guī)則規(guī)則3（3）模糊推理算法實(shí)現(xiàn)當(dāng)輸入輸出量的模糊集合和推理規(guī)則建立以后，我們即可根據(jù)模糊集合的有關(guān)規(guī)則進(jìn)行推理運(yùn)算。如R1可表示R1=01x用表1表示如下：輸入數(shù)據(jù)的模糊化模糊控制中，檢測(cè)得到的輸入數(shù)據(jù)一般是精確數(shù)，而模糊控制器中處理的數(shù)據(jù)是模糊量，因而必須進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)模糊化，包括量程轉(zhuǎn)化和量化以及模糊化方法選擇兩步：量程轉(zhuǎn)換和量化由于輸入信號(hào)通過(guò)間接測(cè)量得到的負(fù)載值，必須先轉(zhuǎn)換為前面所說(shuō)的論域中的離散點(diǎn)。我們采用比例因子！進(jìn)行轉(zhuǎn)化，設(shè)根據(jù)具體的高速數(shù)控加工情況，我們得到允許的負(fù)載*大值為/.則=8//這樣，對(duì)任一測(cè)算得到的負(fù)載值/，對(duì)應(yīng)論域中的離散點(diǎn)為=INT（/+！）=INT（/8//.）其中，INT表示取整函數(shù)。

 

　　模糊化方法的選取本系統(tǒng)采用直接將某一精確點(diǎn)模糊化為一個(gè)模糊單點(diǎn)，所謂模糊單點(diǎn)，即是這樣一種模糊子集，該點(diǎn)對(duì)它的隸屬度為1，而論域中其它所有點(diǎn)對(duì)它的隸屬度為輸出數(shù)據(jù)的解模糊模糊推理后得到的是模糊量，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能接的只能是精確量，所以必須進(jìn)行解模糊，即將模糊量轉(zhuǎn)化為精確量。解模糊是模糊化的逆過(guò)程，它包括解模糊方法的選擇及量程的轉(zhuǎn)化兩步。

 

　　①解模糊方法的選擇本系統(tǒng)采用加權(quán)平均法進(jìn)行解模糊，即將模糊輸出論域上的點(diǎn)對(duì)輸出模糊集的隸屬度為權(quán)系數(shù)加權(quán)平均求解模糊結(jié)果。具體做法為設(shè)輸出論域上一點(diǎn)，其在輸出模糊子集的隸屬度為/！6（7），則解模糊后得輸出結(jié)果為8 =（。+叫（7））A.叫（7）），例如上面的負(fù)載值為3時(shí)對(duì)應(yīng)的刀具進(jìn)給速度值是：②量程的轉(zhuǎn)換經(jīng)過(guò)上面①解模糊得到的數(shù)據(jù)仍是輸出論域上的點(diǎn)，不是用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的物理量所以我們必須再次進(jìn)行量程的轉(zhuǎn)換。我們采用比例因子2進(jìn)行轉(zhuǎn)換設(shè)根據(jù)具體的高速數(shù)控加工情況，我們得到加工時(shí)刀具的*高進(jìn)給速度為2=./8.這樣，對(duì)于任一上面①解模糊得到的數(shù)據(jù)8，其對(duì)應(yīng)的用于實(shí)際控制的物理量速度三、結(jié)論本文將模糊邏輯理論用于數(shù)控加工中負(fù)載的自適應(yīng)控制。該方法首先采用間接方法測(cè)量負(fù)載大小，避免了傳統(tǒng)的建立負(fù)載數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性和不精確性，然后運(yùn)用模糊邏輯的方法對(duì)測(cè)得的負(fù)載進(jìn)行自適應(yīng)控制。這樣，刀具的進(jìn)給速度能隨著負(fù)載的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使負(fù)載在整個(gè)加工過(guò)程中保持相對(duì)的平穩(wěn)。因此該負(fù)載自適應(yīng)控制方法一方面可以提高加工的質(zhì)量和效率另一方面可以有效地保護(hù)刀具和機(jī)床提高它們的使用壽命。