云端使能的五轴数控加工：可行性边界及一种面向加工连续性的供应感知运行时策略

《JOURNAL OF MANUFACTURING SYSTEMS》：Cloud-enabled five-axis CNC machining: Feasibility boundaries and a supply-aware runtime policy for machining continuity

　　

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  指令供给的尾部（而非均值）决定了云端流式CNC是否可行。
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  供给感知自适应策略调节进给速率以保持加工连续性。
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  部署规则直接根据实测到达间隔的p₉₉来确定边缘缓冲区大小。
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  自适应进给速率缩放在数据块丢失情况下可将欠切率降低高达82%。
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  云边协同五轴叶片模具切削消除了停机-重启条纹。

章节摘要

1. 引言

信息物理生产系统（CPPS）将物理机器与车间和企业层的软件服务连接起来[1], [2]。云制造通过将制造资源虚拟化为服务来扩展这一集成，实现弹性计算、集中式生命周期管理和快速软件部署[3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]。资源虚拟化是CPPS的使能技术[10]，但当制造功能跨广域网执行时

2.1. 基于云的CNC：控制即服务

云制造通过虚拟化资源和在统一制造系统内编排异构资产，推动将制造能力作为服务提供[3], [4], [5], [6], [7]。在这一方向上，CNC控制是一个极具吸引力的目标，因为高级运动功能发展迅速，并且可以从可扩展计算、集中式维护和简化部署中受益。Wang等人[13]在基于Web的制造中展示了远程实时CNC加工，

3.1. 架构与数据流

五轴CNC加工中的运动执行特点是要求在每一个伺服周期内同时传递所有五个轴的位置指令。三个线性轴和两个旋转轴的指令必须在同一周期内对齐，以便刀具尖端沿其编程路径运动；即使单个轴的周期性丢失也会破坏同步，并直接转化为路径偏差，在切削条件下这会降低表面质量并可能增加

4.1. 系统实现

第3节介绍的架构在单一集成平台上实现，该平台包括一个公有云节点、一条广域网路径、一个边缘节点和一台实际五轴CNC机床，本文的评估完全在该平台上进行。从同一物理系统获得三条互补的证据链：在受控网络条件空间上对云到边缘流和边缘侧缓冲区动态进行的广泛硬件实验（

5.1. 云边供给特性与可行性边界

本节为第5节的其余部分建立实证基础。首先通过一小时的测量表征实际云边路径的数据块到达间隔行为，以将第4.2节的仿真场景锚定在观测到的网络行为上（图5）。然后分析96次运行的硬件实验，其中固定策略运行量化了表6中六个场景中每个场景的可行性边界，成对比较分离了抖动和

6. 结论

本文研究了在不确定指令供给下基于云的五轴CNC加工。我们提出了一种执行架构，将运动样本生成放在云端，将时序和安全关键运行时功能放在车间边缘，同时采用一种四状态供给感知自适应策略，根据观测到的指令供给在边缘侧应用进给速率缩放，并在无法维持加工连续性时过渡到受控停止。

本文的贡献在于

CRediT作者贡献声明

Jeongmo Kang： 概念化、调查、方法论、软件、可视化、写作——初稿。 Sungchul Jee： 概念化、监督、写作——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在已知的竞争经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

Jeongmo Kang|Sungchul Jee