[01070977]自诊断型五轴联动水切割机床的研发及产业化

将自诊断技术与监控技术相融合，提高产品的智能化程度并实现自诊断，使之更符合现代机床的认知操作、专家诊断特征，这是高压水射流切割机今后的发展方向。如何可控地嵌入智能认知识别模块，采集远程客户水射流机床的运行状况反馈到计算机控制系统，传递给远程监控诊断中心接收，通过专家知识库进行算法和程序运算、分析处理，并适时调整操作程序？这是水射流切割领域的核心问题。围绕该问题，课题组实现了：智能化、数控化控制：在已有水切割数控技术、无线遥控功能的基础上, 课题组发展了互联网远程自诊断功能, 使工艺参数能在加工过程中自适应调整, 而且要有异常情况出现时的退刀控制及检测功能。课题组采用了PC 控制的可编程系统, 带图形显示界面，切割路径模拟演示, 用以检查切割过程, 计算切割路径长度、切割时间, 核算加工成本。课题组自主开发SUNRISE2000五轴联动水切割控制系统控制软件，以及水切割机床网络接口专用模块和在线实时监控软件，可对异地客户机床信息进行远程自诊断，查出故障点，在线调试机床参数进行修复，其自诊断调高系统，保证了高精度的特种切割。两步路径优化算法：课题组优化了当前国内高压水射流加工行业的轨迹优化算法。通过最近邻算法识别了水切割过程中打孔点的最佳位置，以实施加工轨迹优化算法规约路径行程，设计了两步路径优化算法（在粗分阶段，算法运用基于边界约束变化的区域生长算法进行局部最优化的路径划分；在细分阶段，算法将粗分结果构造成一个矢量化向图、定义边界权重矩阵，并采用了全局最优化的图案细分技术），这对水射流的设计与研制具有重要价值；课题组首次根据计算机编程图元的特点，生成加工编程路径,实现了最佳切割路径的两步路径优化算法，专门设计了陀螺式切割头B、C轴拟合角结构，很好地解决了水切割过程中切割路径的优化问题。双向式专家自诊断系统：克服了现有故障诊断专家系统难以建立精确数学模型的缺点，将人类专家的经验和技术充分的运用到实际故障诊断中。课题组首次提出双向式专家诊断系统(正向推理、反向反馈),并根据已存在专家知识库中的神经网络和专家系统相结合的整合模型结构，将采集到的信号进行一定的处理后输入到神经网络系统中，神经网络则通过剁成并行结构来求解及推到数控机床中多类故障类型，利用远程自诊断系统中的故障诊断中心结合监控终端控制部分、GPRS 数据传输部分，对运行状态进行监测、分析处理，调用故障诊断系统，判断发生了何种故障，接着远程控制现场监测终端的处理器按照预设方式进行故障报警并开启相关处理程序。硬件上，完成并实现了切割头高度自动随动系统设计。自从该公司对自诊断技术全面应用以来，故障诊断和工作面推进速率大大提高（235%～465%）。成功应用于Emperor Shopfitters LTD(伦敦）、北京航空制造研究所等总多国内外厂家，产生直接、间接经济效益5500万元，有力推动了中国高压水射流机床的安全生产效率，具有很强的示范性。作为国家高新技术企业、江苏省名牌产品，前期成果已获得2012年度淮安市科学技术奖二等奖。