An adaptive control optimization system is proposed for the productivity of turning process. The system is designed to operate with optimum conditions which are determined so as to maximize a performance index. The performance index is expressed as the instantaneous rate of productivity and machining cost including tool wear rate which is estimated indirectly from the sensed cutting temperature measured by tool-workpiece thermocouple.
A tangsten carbide throwaway tip (ST20E) tool and a carbon steel cylinder (S45C) workpiece were selected for this study. The relationship between the tool wear rate and the cutting temperature is obtained empirically. Using the relationship and cost data, the optimum velocity matrix can be calculated for the available depth of cut and the obtainable cutting temperature prior to actual cutting operation. On-line search time for optimum velocity may be reduced using this velocity matrix stored in tabular form in the computer.
A conventional lathe with steplessly variable spindle speed was retrofitted into a numerical control system and adaptive control added. A minicomputer (Nova 1200, 24K) was used for both adaptive controller and numerical controller. Various software programmes as well as hardwave interfaces were developed for this study.
Test cuttings for uniform depth of cut and linear variable depth of cut were accomplished using the system. The productivity based on the mean valves of performance index were increased by about 5 and 11 percent respectively compared with those of non-adaptive process.
본 연구에서는 선삭공정의 생산성 향상을 목적으로 하는 최적 적응제어(Adaptive Control Optimization)씨스템을 다루었다. 본 씨스템은 순시적인 성능인수를 도입하여 선삭중 이를 최대화하는 절삭조건을 찾아 가공되도록 하였다. 성능인수에 포함된 공구마모율은 tool-workpiece thermocouple에 의하여 검출된 절삭온도로 부터 간접적으로 측정하였다.
초경 throwaway tip (ST20E) 을 공구로, 탄소강(S45C)을 가공물로 하는 절삭시험에서 공구마모율과 절삭온도의 관계를 실험적으로 얻었다. 이 실험식과 가용절삭 깊이 및 검출가능범위내의 온도를 이용하여 성능인수를 최대로 하는 절삭속도를 계산으로 구하였다. 이를 computer에 table 화하여 저장해 놓으므로써 선삭시 검출된 온도 및 주어진 절삭 깊이로 부터 즉시 최적속도를 찾을 수 있으므로 탐색시간이 크게 줄어질 수 있다.
본 연구의 씨스템은 무단변속이 가능한 기존선반을 우선 수치 제어화(NC Retrofitting)한 다음 적응제어 씨스템으로 운용되도록 설계하였다. 하나의 minicomputer (Nova 1200, 24K) 가 수치제어 및 적응제어 controller의 두 기능을 수행하도록 하였다. 따라서 씨스템 제어에 요구되는 여러 가지 부 프로그램을 주로 assembly 언어로 개발하였으며 hardware interface들을 설계 제작하였다.
씨스템의 성능을 시험하기 위하여 절삭 깊이가 균일한 경우 및 선형적으로 변화하는 경우의 견본제어 결과 비적응제어 선삭에 비하여 평균성능인수를 기준으로 각각 약 5% 및 11%의 향상을 보였다.
