自适应控制技术是一种用成熟有效的提能增效技术，它可以根据机床实际切削过程中的主轴负载变化实时调整进给速度，在切削负载小于参考负载时提高进给倍率，从而有效提升整体加工效率。通过对众多样本的测试，使用西门子自适应控制技术，单把刀具的粗加工时间节省率最高可达30%！

自适应控制技术产生的可观效益，让大家把注意力都投向了它提能增效的一面，而忽略了这项技术还有另外一项巨大的用途，那就是保护刀具。在说明这项用途之前，我们需要了解自适应控制的基本工作原理：常规数控机床的金属切削过程中，都维持一个固定不变的、由NC程序预先设定好的进给速度进行均速加工，而实际加工过程中会由于毛坯厚薄、切削厚度不均匀等情况导致设定的进给速度趋于保守。西门子自适应控制软件可以根据实际切削过程中的机床负载动态实时调整进给速度，充分发挥机床的潜能，提升机床的加工效率。 但同时，当主轴负载突然增加的时候，系统会瞬间调低进给倍率，减少刀具冲击，对刀具进行冲击保护。当主轴负载超过学习到的当前刀具的最大负载时，就会尝试降低进给速度，对刀具进行过载保护。如果进给倍率降低到极限倍率（一般是30%的进给倍率）时仍不能把刀具负载降下来，那么此时刀具或加工材料可能已出现了异常，系统会迫使机床停机，从而保护刀具和零件。

下面介绍一个刀具过载保护的案例，希望能帮助大家理解自适应控制技术的这种用法，并能在实际生产中，开拓一种新的增效降本的思路。

1. 案例背景介绍

该公司主要为新能源汽车生产底盘零配件。由于近年新能源汽车行业的火爆，占领了这个风口的企业都在开足了马力生产。提能增效当然是重中之重，但该公司同样也面临了其他几项急需解决的问题：

（1）机床主轴非常容易坏，几乎每年都要换一次主轴，维修成本很高。

（2）刀具寿命不一致。设定的刀具寿命是加工2000件换一次，但有时加工1000件刀具就坏了，有时加工2000件后刀具状态还很好。

（3）无法做到按需换刀。为了保证产线的稳定性，通常设定的刀具寿命都很保守，一般是刀具理论寿命的70%。很多时候设定的刀具寿命到了，刀具其实还是可以继续使用的，这样造成了极大的浪费。

对于主轴容易坏的问题，通过现场调研和与用户的共同分析，可以分析出以下几种原因，并给出对应的解决方案：

（1）主轴峰值扭矩过大。为了压缩生产节拍，编程人员把切削速度设置得过大，导致频繁出现重切削的状态。但为了这几个扭矩峰值而把整条刀具轨迹的切削速度都降低，从加工效率上讲是非常不划算的。但对于自适应控制而言，这并不是一个难题。自适应控制系统可以学习到该工序的最大主轴负载，我们可以把这个负载改小，相当于对峰值扭矩进行削峰。在自适应控制时，主轴负载小的地方依然会提速，但主轴负载超过修改的最大负载时会自动降速，从而保护主轴和刀具。并且由于出现峰值负载的时间并不长，所以这部分降速对节拍的负面影响很小，最终能够实现既提能增效，又保护主轴和刀具的效果。

（2）刀具切不动了还在切。刀具在切削过程中会磨损，或损坏，或缠削和产生积削瘤，同时被加工零件的材料硬度可能会有一些不同，都会导致刀具突然切不动。而此时还强行切削，主轴负载就会飙升，这对刀具和主轴都是有害的。使用自适应控制，让机床有了感知的能力，当刀具出现过载时，系统会自动调低进给速度保护刀具。若降速也无法抑制刀具过载，系统会强制停机，从而保护刀具和主轴。

2. 自适应控制的方案实施

2.1  软件安装和首件学习

西门子自适应控制软件可直接安装在SINUMERIK 828D/840D/ONE系列操作系统上，无需安装额外的硬件，因此，软件安装非常方便快捷。软件界面与HMI操作界面的风格和操作逻辑完全一致，易于机床操作者上手使用。

在自适应控制之前，需要对首件进行学习。在学习过程中，ACM将记录每把刀具的负载变化情况，并记录该刀具在该工序中切削时的最大负载。

2.2  优化控制与刀具过载保护 

在学习到主轴负载数据后，我们切换到优化模式，对第二件工件进行优化控制。ACM会根据检测到的主轴负载的变化，实时调整进给速度， 提升刀具的切削效率，并对刀具进行过载保护。

通常情况下，我们只关注到了每把刀具提升了多少效率，或者整个零件压缩了多少节拍，但没有注意到自适应控制软件一直在后台默默的保护着刀具。在该用户的长期使用过程中，出现了自适应控制软件报警并停机的情况。后查看刀具，发现刀刃已损坏，但离机床中设定的刀具寿命还相差甚远。

西门子自适应控制系统的刀具保护机制是：通过首件学习，系统记录下该刀具在该工序中的最大切削扭矩值。在自适应控制时，若该刀具在该工序中的切削扭矩值超出学习到的最大扭矩值的20%，软件介入自动调低进给倍率，让主轴扭矩降下来。当进给倍率一直调低到30%时仍无法把主轴负载降下来，则机床紧急停机，保护刀具和主轴不受损坏。当然，这些阈值参数也是可以根据被加工零件材料和刀具的实际状态来人工调整的。通常情况下，系统默认的参数能满足大多数条件下的需求。

3. 总结

对于刀具保护，通常采用的方案是使用刀具监控软件或断刀检测软件来监控刀具的磨损状态和损坏状态，一般断刀检测会更常见一些。而西门子自适应控制系统在提升加工效率的同时，还可有效防止刀具过度磨损和损坏，避免出现“刀具切不动还硬切”的情况，这对于保护机床主轴也是有积极意义的。