Geometric Adaptive Control is carried out with a CNC end milling machine under the two different feeding conditions: well and poor controlled feed drive mechanisms. The off-line control scheme models the relationship between tool deflection and the feedrate by a modified Taylor's tool-life equation and compensates for machining straightness error in the finished surface due to tool deflection and guideway error generated by the peripheral end milling process.
The time-varying parameters of the tool deflection-feedrate model are estimated, without a priori knowledge of the cutting process, by an exponentially windowed recursive least squares method using only post-process measurements of the straightness error by a gap sensor. The location error is compensated by moving the milling bed according to a numerical control command before cutting. The waviness error is regulated by the manipulation of optimal feedrate obtained from the proposed GAC method during machining.
With the poor controlled feed drive mechanism, a straightedge is used to identify the guideway error and the tracking control method is employed to compensate for the guideway error of the end milling machine, in which the workpiece is traveling on the guideway and the tool and spindle system is stationary. To reduce the drift of cutting parameters a single parameter adaption method is introduced. To make the system insensitive to the machining error of high frequency, a low pass filter based on FFT, harmonic filter, is applied to the feedrate control inputs.
Developing a simplified variance perturbation method for the well controlled feed drive mechanism and a GAC for the poor controlled feed drive mechanism case, the GAC can be applicable to a batch type of production, where the characteristics of the machining system will vary noticeably within a production lot.
Experimental results show that the location error is controlled within the range of fixing error of the milling bed on the guideway, and that the waviness error can be reduced to less than one third of the uncontrolled case in the machining of a 508 mm length prismatic workpiece. Using converged parameters a single-pass milling operation can become feasible through practical application of the proposed GAC system for finish cutting conditions.
Taylor의 공구 수명식을 변형시킨 형태로 공구의 휨과 이송속도 사이의 관계를 모형화하고, 엔드밀링 공정중 발생하는 공구휨과 안내면의 오차에 따른 직진도 오차를 제어하는 오프라인 방식의 기하학적 적응제어 방법을 좋은 이송장치와 나쁜 이송장치를 갖는 수치제어 엔드밀링 머시인에서 정밀절삭시 적용할 수 있도록 개발하였다.
절삭공정에 대한 사전의 지식이 없이도 갭센서에 의한 직진도의 가공후 측정방법을 이용한 지수가중반복최소자승법으로 공구의 휨과 이송속도 사이의 시간에 따라서 변화가 일어나는 절삭계수들을 추정하였다. 위치오차는 가공전 밀링베드를 수치제어 장치를 이용하여 가공면에 수직한 방향으로 움직여 수치제어 장치인 스텝모우터의 분해능 한계 내에서 보정하고 파형오차는 제어 알고리즘에 따라서 이송속도를 적절히 조절하여 공구의 휨양을 제어함으로써 보정한다.
나쁜 이송장치를 갖는 밀링공정에서는 공구와 스핀들 축이 고정되고 공작물이 움직이는 공작기계에 대하여 직정규를 이용하여 안내면의 오차를 규명하고 안내면의 오차를 추종 제어하는 방법이 제시되었으며, 절삭계수들의 수렴성을 증대시키기 위하여 단일계수 추정법을 도입하였다. 그리고 높은 주파수의 가공오차가 발생되지 않도록 제어입력인 이송속도에 조화 필터를 적용하였다.
좋은 이송장치를 갖는 시스템에 간단한 분산섭동법을 도입하고, 나쁜 이송장치를 갖는 밀링머시인에 기하학적 적응제어 방법을 적용함으로써 생산 공정 중에 발생하는 심한 오차의 변화에도 적응할 수 있도록 하였다. 실험결과 위치오차는 수치제어 장치의 분해능 한계 내에서 제어됨을 보였고, 파형오차는 길이 508mm의 각주형 공작물의 가공에서 제어하지 않았을 때 보다 30% 정도로 그 오차를 줄일 수 있었다. 그리고 이 방법의 도입으로 정밀 가공시 단일밀링 작업의 가능성을 제시하였다.
