12, 13, 14, 15, 19 – Винты фиксирующие; 16 – муфта; 17 – корпус; 18 – винт

Структурная схема САдУ размером А_с представлена на рис. 58. Управ-ляющим воздействием системы является раз­мер А_д, регулируемым пара-метром – размер А_с. Данная САдУ является следящей, так как характер из-менения величины А_д не может быть определен заранее, а проявляется только при обработке. Для управления размером А_с рабочие органы станка, несущие режущий инструмент или заготовку, должны осуще­ствлять малые реверсивные перемещения, которые обеспечиваются исполнительным ме-ханизмом малых перемещений ИМ. В САдУ введена отрицательная обрат-

86

ная связь для достижения высокой точности указанных перемещений. В процессе обработки ДУ (динамометрическое устройство) непрерывно из-меряет упругую деформацию А_д. В СУ подается также сигнал от датчика обратной связи (ДОС), который непрерывно измеряет приращение Δ_с раз-мера А_с, получаемое при регулировании. С СУ сигнал рассогласования U₃ = U₁ – U₂ поступает на усилитель У, где сигнал усиливается до значе-ния U₄. С усилителя сигнал U₄ поступает на ИМ, который изменяет поло-жение рабочего органа станка и соответственно размера А_с. Таким обра-зом САдУ, следя за величиной упругого перемещения на замыкающем звене, изменяет размер А_с на ту же величину в противоположном направ-лении.

Управление динамической настройкой технологической системы Способы управления размером Ад разно-образны: управление силами резания и их моментами, жесткостью элемен­тов стан-ка, его температурным полем, динамичес-кими характери­стиками звеньев станка и др. Наиболее распространен способ внесе-ния поправки в размер Ад путем измене-ния силы резания. При этом изменяются в той или иной мере упругие перемещения А′д всех составляющих звеньев размер-ной цепи, замыкающим звеном которой

Рис. 58. Структурная схема системы адаптивного управления статической настройкой

является расстояние между режущими кромками инстру­мента и заго-товкой.

Для реализации процесса резания в станке нужно создать натяг, необ-ходимый для съема материала с обрабатываемой заготовки.

Если действительное значение А_д отличается от заданного, то в него следует внести поправку.

Изменение геометрии резания существенно влияет на А′_д, так как при этом меняются направление и значение вектора силы резания Р. Например, при токарной обработке в процессе резания можно изменить передний угол, угол резания, главный угол в плане и другие параметры резца, что вызывает изменение вектора Р. Таким образом, изменяя геометрию реза-ния, можно управлять динамической настройкой.

87

Управление упругими перемещениями технологической системы путем изменения подачи S выполняют следующим образом. В процессе обработ-ки контролируют какую-либо физическую величину Ω, изменение которой пропорционально изменению А′_д, например относительное упругое пере-мещение y_i звеньев технологической системы, сила резания или ее состав-ляющие, М_кр и др. Измеренное значение Ω, преобразованное в электричес-кий сигнал U₁, подается на СУ (рис. 59), где сравнивается с сигналом U₂, поступающим с ЗУ и пропорциональным заданной величине А_д. Если сиг-налы U₁ и U₂ отличаются, то СУ выдает сигнал рассогласования U₃, кото-рый подается на ИМ. Последний изменяет подачу S до тех пор, пока рас-согласование не уменьшится до допустимого значения.

Рис. 59. Схема САдУ размером динамической настройки: ИУ – измерительное устройство; СУ – сравнивающее устройство; ЗУ – задающее устройство; ИМ – исполнительный механизм

Размер динамической настройки изменяется из-за возникновения ви-браций вследствие потери устойчи-вости замкнутой технологической системы. Вибрации, как правило, недопустимы по требованиям точ-ности обработки и надежности экс­плуатируемого оборудования. Виб-рации устраняют изменением режи-ма резания, стабилизацией динами-ческой настройки путем управления положением инструмента и заготов-ки, путем управле­ния динамическим состоянием технологической систе-мы в целом. Для управления процес-

сом резания, в том числе и с целью повышения виброустойчивости, ис-пользуют многоконтурные САдУ. Каждый контур работает по опреде-ленному алгоритму. Например, САдУ фрезерованием осуществляет ста-билизацию подачи на зуб фрезы путем регулирования частоты вращения фрезы в функции минутной подачи. Первый контур с помощью регулятора мощности стабилизирует мощность. Второй контур гасит возникающие на резонансных частотах колебания путем регулирования частоты враще-ния инструмента. Третий контур начинает работу после устранения вибра-ций; он стабилизирует подачу за счет регулирования частоты вращения шпинделя.

88

На рис. 60 приведена схема устранения вибраций. Пьезовибратор имеет силовой элемент, набранный из поляризованных пьезокерамических дис-ков (диаметром 30 мм, толщиной 2 мм). Одноименные полюса двух сосед-них дисков обращены друг к другу. Между дисками установлены электро-ды из медной фольги. При подаче переменного напряжения столбик дис-ков совершает колебания и работает как вибратор. Устранение вибраций происходит за счет управления относительным положением инструмента и заготовки. Относительные колебания преобразуются в соответствующий электрический сигнал. Последний после фазового сдвига и усиления пода-ется на пьезовибратор, который преобразует электрическое напряжение в перемещения.

Error: Reference source not found

а)

Error: Reference source not found

б)

1

2

3

4

5

6

7

8

Рис. 60. Устранение вибраций путем управления размером динамической настройки:

а – структурная схема гашения колебаний; б – пьезовибратор; 1, 2, 3 – элементы

настройки предварительного сжатия; 4 – пьезоэлектрический силовой элемент;

5 – жесткая пружина; 6 – корпус; 7 – составная мембрана; 8 – резец

89

Комплексное управление статической и динамической настройкой технологической системы

Указанное управление обеспечивает автоматическое управление и точ-ностью, и производительностью обработки. В САдУ, реализующих этот способ, используется контур управления размером А_с и контур управления размером А_д.

Производительность механической обработки практически прямо про-порциональна продольной подаче S при конкретных условиях резания, оп-ределенных значениях t, Н, υ. Поэтому для сокращения основного времени обработку следует выполнять с S_max, соответствующей полному использо-ванию режущих спо­собностей инструмента, динамических возможностей станка при условии обеспечения заданной точности обработки.

При черновой или получистовой обработке, как правило, S_max ограни-чивается предельным значением вектора силы реза­ния Р, при котором ис-ключаются возможности поломки и недо­пустимого деформирования од-ного из звеньев технологической системы. На некоторых станках при сило-вом резании S_max огра­ничивается мощностью N привода.

При обработке заготовок нормальной твердости с небольшой величи-ной t абсолютное значение Р невелико и S_max ограничи­вается требованием обеспечения заданной шероховатости обра­батываемой поверхности, что особенно важно при чистовой обра­ботке.

Таким образом, критериями оценки оптимального значения S являются наибольшее предельное значение упругого перемещения на замыкающем звене А_д.пр = y_пр, соответствующее предельному значению нагрузки, при ко-торой исключается возможность по­ломки наиболее слабого звена техноло-гической системы; наи­большее значение подачи S_Δ, при котором достига-ется заданная шероховатость обрабатываемой поверхности.

Регулирование размера А_с обеспечивает получение заданной точности размеров А_д детали при обработке с различной S. Величина упругого пе-ремещения А_дi на замыкающем звене изме­няется в зависимости от подачи S₁, S₂, S₃, ..., S_n и принимает соответственно значения А_д1, А_д2, А _С, .... А _дn. Однако сумма размеров А_с и А_д остается постоянной, т. е.

А_Δ =А_с1 + А_д1 = А_с2 + А_д2 =… =А_сn + А_аn = А_p = const.

Среди всей парной совокупности значений А_с и А_д = у, обеспечиваю-щей получение заданной точности размера детали, имеются оптимальные

90

значения А_д.оп, А_с.оп, которые соответствуют обработке с оптимальной по-дачей S_oп, т.е. с максимальной для данных условий производительностью.

Изменения величины упругого перемещения, вызванные ко­лебанием входных данных заготовки или затуплением режущего инструмента, ком-пенсируются при этом регулированием раз­мера А_с. Если на какой-либо заготовке или ее обрабатываемом участке поверхности величина упругого перемещения возрастает настолько, что может превысить значение А_д.пр, то выполняется коррекция размера динамической настройки путем регулиро-ва­ния продольной подачи S в сторону ее уменьшения до того нового опти-мального значения, при котором А_д = А_д.пр = const. Если при врезании воз-никающая величина упругого перемещения А_д > А_д.пр, происходит анало-гичное регулирование подачи в сто­рону уменьшения до значения S < S_Δ. При работе в этом режиме размер А_с = const, так как упругое перемещение стабилизируется путем регулирования подачи А_д = А_д.пр = const. Однако ес-ли на обрабатываемом новом участке А_д < А_д.пр, то выполняются регулиро-вание размера А_с и регулирование подачи в сторону увеличения до S = S_Δ.

САдУ размерами А_с и А_д состоит из двух контуров управле­ния с общим ДУ (рис. 61). САдУ работает по следующему алгоритму:

А_с= А_р; Δ_с=А_д; . (18)

Error: Reference source not found

Рис. 61. Структурная схема САдУ размерами статической

и динамической настройки токарного полуавтомата

91

Посредством ДУ, состоящего из упругого резцедержателя 1 и индук-тивного датчика 2, шток которого упирается в регулиро­вочный винт 3, не-прерывно измеряется размер А_д. Первый кон­тур САдУ является следящей системой размером А_с, обеспечивающей изменение А_с за счет малых пере-мещений суппорта в радиальном направлении на величину Δ_с = А_д. Пере-мещения осуществляются посредством реверсивного механизма 5, встро-енного в рычаг упора щупа. Высокая точность перемещений обеспечива-ется введением в систему отрицательной обратной связи. Датчик обратной связи, расположенный на рычаге упора соосно со сле­дующим гидрорас-пределителем 7, измеряет поднастроечное пере­мещение суппорта по сме-щению щупа 8.

Второй контур САдУ является системой, управляющей разме­ром А_д; в него входят с ЗУ1 предельной величины y_пр и ЗУ2 предельного значения S_Δ. Контур обеспечивает в процессе обра­ботки автоматический поиск и стабилизацию оптимального зна­чения продольной подачи. Бесступенчатое регулирование 5 выполняется следящим гидрораспределителем СГ с элек-троупра­влением, который встроен на выходе гидросистемы станка.

Информация о величине у = А_д в виде сигнала U₁ непрерывно пос-тупает с датчика 2 в СУ1 и СУ2. В СУ1 подается также сиг­нал U₁ от датчи-ка 6. Сигнал рассогласования усиливается в уси­лителе У1 и подается на электродвигатель 4 механизма 5, обеспе­чивающего регулирование разме-ра А_с. На СУ2 от ЗУ1 поступает сигнал U₅, пропорциональный y_пр. Сигнал рассогласования усиливается усилителем У2 и через ограничитель подачи ОП подается на СГ. Наличие ЗУ1, ЗУ2 и ОП обеспечивает непрерыв­ное формирование сигнала U₉, который соответствует критерию оптимального значения продольной подачи. Таким образом, САдУ следит в процессе об-работки за величиной упругого перемещения, внося соответствующие поп-равки в программу размера А_с и путем регулирования S производит уп-равление размером А_д.

Комплексное управление размерами А_с и А_д обеспечивает наибольшую производительность механической обработки. Такой способ управления особенно эффективен при работе на станках с ЧПУ и многооперационных станках в условиях мелкосерийного производства.

92