行:“主轴电流突然从12安培升到15安培,持续了3.2秒,然后操作工手动降低了进给速度。机床日志里只记录了电流变化和操作动作,但没有记录操作工为什么这么做——是听到了异常声音?是感觉到振动?还是看到了什么?”
“王师傅的笔记本里有写。”谢望城翻到对应日期的记录页,上面有一行小字:“寅时三刻,刀声尖,似刮玻璃。疑刀钝,减进给,查刀。”
张教授眼睛亮了:“就是这个!‘刀声尖,似刮玻璃’——这是对切削振动的直观描述。如果当时有声音传感器,采集到这段音频,我们就能分析出振动频率和模式,然后反向优化刀具轨迹程序。”
他站起身,在白板上画示意图:“五轴加工叶片,最理想的状态是切削力矢量始终垂直于加工表面,并且大小恒定。但实际中,由于曲面曲率变化,刀具姿态角不断调整,切削力的大小和方向都在变。变化太剧烈,就会激起振动,在材料表面留下残余应力。”
“那该怎么优化?”谢望城问。
“两条路。”张教授竖起两根手指,“第一,优化刀具轨迹规划,让切削力的变化尽可能平缓。这需要更先进的CAM软件和更强大的计算能力。第二——”他指向那些笔记本,“把这些老师傅的经验,转化成控制算法的约束条件。比如‘刀声尖’对应的振动模式是什么频率?‘减进给’应该减多少?这些经验值,如果能量化,就能变成程序里的‘如果-那么’规则。”
思路清晰了。但实施起来,需要三样东西:更先进的CAM软件,更强大的计算机,以及把老师傅经验量化的方法。
CAM软件,香港理工大学有正版的CATA&bp;V3,比“701”厂用的测试版先进两个版本。张教授同意让谢望城带团队来使用,条件是研究成果双方共享。
计算机是个大问题。叶片加工过程的有限元仿真,对计算资源要求极高。香港理工大学的VAX小型机勉强够用,但机时很紧张,排到两个月后。
“深圳大学正在建计算中心,从美国进口了一台BM&bp;4381。”李先生提供了一条线索,“机器刚到位,还在调试。如果能说动深大合作……”
谢望城当即去找梁副市长。听完情况,梁副市长二话不说,拿起电话拨通了深圳大学校长办公室:“老陈,我梁志刚。有个事关国家航空工业的项目,需要借用你们的新计算机……对,很急。什么?还在调试?那就边调试边用!我派我们最好的工程师过去帮忙调试,保证不耽误你们正常进度!”
有了市领导协调,第二天,谢望城就带着香港理工的张教授团队,进驻深圳大学计算中心。那台BM&bp;4381占据了半个房间,嗡嗡的散热声像一群困在铁箱里的蜜蜂。机器确实还在调试,操作系统不稳定,经常死机。
深大负责计算机维护的是个年轻教师,叫吴浩,刚从美国留学回来,学计算机科学的。看到谢望城带来的叶片三维模型和加工数据,他眼睛都直了:“这是……航空发动机叶片?你们在深圳做这个?”
“在武陵山做的。”谢望城解释,“我们是帮他们做工艺优化。”
“武陵山……”吴浩想了想,“是不是湖北那个‘701’厂?我有个师兄在那里插过队,说那地方山沟里藏了个军工厂,神秘得很。”
“现在不神秘了,军转民,做精密加工。”
吴浩来了兴趣。他主动加入团队,负责解决计算机的软硬件问题。那些让深大老师头疼的系统bu,在他手里很快就解决了——他在加州大学伯克利分校时,就参与过UX操作系统的早期开发。
有了稳定的计算环境,仿真工作全面展开。张教授的团队把叶片的三维模型导入CATA,重新规划刀具轨迹。这次的目标不是最短加工时间,而是最平稳的切削力变化。
“就像开车走盘山公路。”张教授比喻,“老程序是追求最短路径,急转弯多,乘客晕车。新程序要追求最平稳,弯道放缓,加减速柔和。”
仿真跑了三天。新轨迹的加工时间比老程序增加了百分之十五,但切削力的波动幅度降低了百分之四十。
接下来是最关键的一步:把王有才的经验量化。
谢望城把王有才笔记本里所有关于“手感”的描述都摘录出来,有三十多条:“刀声尖”“声闷”“振手”“铁屑颜色发紫”“工件发热”……每一条,都对应着一次人工干预。
他和吴浩一起,开发了一个简单的“专家系统”原型——用当时最流行的人工智能语言Prolo编写。系统的核心是一系列规则:
如果&bp;主轴电流突然上升超过20%&bp;且&bp;持续超过2秒
那么&bp;建议降低进给速度10%
如果&bp;振动传感器检测到800-1200Hz频段能量突增
那么&bp;建议检查刀具磨损
如果&bp;操作工记录“刀声尖,似刮玻璃”
那么&bp;对应振动模式为1000±150Hz横向振动
……
这些规则,一部分来自机床传感器数据与人工记录