книги из ГПНТБ / Адаптивное управление металлорежущими станками

казатель эффективности обработки, например на величину техно* логической себестоимости.

Рассматривая управление скоростью резания, следует отметить еще один из возможных вариантов — введение по сигналу от «де­ тектора вибраций» качательных изменений скорости резания с

Послепервого п выпрямителя и

Рис. 101. Выходные сигналы на различных кас­ кадах «детектора вибраций» по рис. 100:

а — устойчивый процесс резания; б — вибрации

частотой, определяемой числом оборотов шпинделя. Известно, что устойчивость при работе «по чистому» существенно выше, чем при работе «по следу». Периодическое изменение скорости резания приводит к десинхронизации следов обработки от последователь­ ных проходов, и область устойчивой работы расширяется.

Этот эффект достигается только при определенных соотноше­ ниях между частотой изменения скорости и числом оборотов шпин­ деля и при определенной (не слишком малой) амплитуде колеба­ ний скорости и относится к случаю возбуждения низкочастотных колебаний системы изделия. Добиться аналогичных результатов при возбуждении высокочастотных колебаний системы инструмен­ та не удается. Промышленная реализация рассмотренного способа также сопряжена с определенными трудностями, связанными с ра­ ботоспособностью соответствующего привода.

Кроме рассмотренных, можно использовать способы повышения устойчивости за счет изменения параметров упругой системы, вве­ дения дополнительных колебаний с помощью так называемых «ан­ тивибраторов» и т. п. Отработка и определение областей примене­ ния этих способов требует дальнейших исследований.

6. СИСТЕМЫ САМОПРОГРАММИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ ЧЕРНОВЫХ ПРОХОДОВ

В настоящее время реализованы системы с самопрограммиро­ ванием первого уровня — с самопрограммированием траектории движения (СПТ) с автоматическим регулированием режимов ре­ зания.

может быть только скорректирована, например, для компенсации упругих деформаций. Следовательно, самопрограммирование тра­ ектории целесообразно тогда, когда возможна многовариантность решений, из которых только одно является оптимальным.

Это имеет место при многопроходной обработке, когда траек­ тория черновых проходов зависит не только от требований черте­ жа, но и от реальных условий обработки. В этом случае самопро­ граммирование черновых проходов позволяет исключить из про­ граммы все, кроме информации о форме и размерах детали после чистовой обработки. Иногда требуется дополнительная информа­ ция о контуре, который должен быть получен после черновой обра­ ботки перед чистовой, — окончательном черновом контуре (ОЧК).

На рис. 102 приведены примеры двух вариантов многопроход­ ной токарной обработки вала, а в табл. 9 —соответствующие про­ граммы перемещения инструмента для обработки с обычной систе­ мой ЧПУ и системой ЧПУ с СПТ (94]. Последовательность пере­ мещений между точками А, 1, 2, ... (рис. 102, а) составляет траек­ торию черновой обработки при работе с обычной системой ЧПУ (программа включает 33 кадра). В системесСПТ (рис. 102, б) про­ граммируются только контур ОЧК и подвод инструмента в начало ОЧК (Б, О, В, Г, Д, Е, Ж, И, К, Л). С дополнительными кадрами технологических команд программа включает 11 кадров.

Программа ЧПУ Программа СПТ

N020G01Z-4400F4720

NO21G0OX100

ления, с копировальными системами и т. .п.). Наиболее целесооб­ разным представляется их сочетание с системами ЧПУ, которые предназначены для решения наиболее сложных задач автоматиза­ ции управления и уже включают ряд устройств, необходимых для самопрограммирования. Например, при использовании систем DNC или CNC для введения самопрограммирования требуется лишь оснащение станка соответствующими датчиками и дополне­ ние алгоритма работы исходной системы алгоритмом самопрограм­ мирования. Возможности вычислительных машин, применяемых в системах DNC и CNC, как правило, достаточны для его реализа­ ции. В ряде случаев *южет оказаться целесообразной разработка специальных приставок к существующим системам ЧПУ или со­ здание новых систем ЧПУ, обладающих благодаря самопрограм­ мированию новыми свойствами, особенно полезными при обработ­ ке малых партий деталей на предприятиях, лишенных возможнос­ ти вести программирование на ЭВМ. В таких системах ЧПУ дол­ жна задаваться программа непосредственно на пульте станка, причем за счет использования СПТ и управления режимами реза­ ния значительно сокращается исходная программа, набираемая на пульте, что дает большой экономический эффект и расширяет сферу рационального применения станков с ЧПУ.

Эффективность обработки те^і выше, чем больше параметров действительного процесса резания учитывается. Однако в ряде случаев самопрограммирование траектории целесообразно и при минимуме текущей информации. Например, при шлифовании длинных валов из заготовок с большой конусностью, рационально провести автоматический обмер заготовки до начала обработки с запоминанием полученных результатов в памяти системы с тем, чтобы при построении траектории учесть действительные отклоне­ ния припуска и соответственно определить длину продольных пе­ ремещений в каждом проходе. Для повышения оперативности ис­ пользования станков с ЧПУ, особенно в индивидуальном и мелко­ серийном производстве, желательно иметь возможность обрабаты­ вать детали из различных заготовок по одной программе. Так, при частом использовании проката с малым разбросом диаметров по длине заготовки обычные системы ЧПУ целесообразно дополнять простой системой самопрограммирования черновых проходов, обес­ печивающей обработку заготовок различного диаметра на основе информации о их диаметре, вводимой вручную. Наибольшая эф­ фективность самопрограммирования может быть получена только при совместной работе адаптивных систем самопрограммирования траектории и регулирования режимов резания.

Оптимальная глубина резания. Задачу формирования траектории при многопроходной обработке можно сформулировать как задачу определения траектории X = F(Z) (где Z — задающая и X — управ­ ляемая координаты положения инструмента), которая обеспечила

вается постоянной, то при некоторой глубине резания вступит в силу ограничение по мощности резания, так что и при дальнейшем увеличении глубины резания необходимо поддерживать постоян­ ство силы и мощности резания. Примем, что при УѴрез= jVPacm Т= = 7’опт и Рг — Р 2Прад параметры режима резания равняются соответ­

ственно Ѵ0, s0, to, Ту0Изменение удельных затрат при увеличении t будём определять относительно тУ()

Продифференцировав фу по ф( и приравняв производную О, можно определить такое значение <ptmin , при котором удельные

затраты минимальны *

? t"Un = I Фо ( Л - 5 ) У

Так как по условию исходный режим обеспечивает оптималь­ ную стойкость и

Для углеродистой стали <р( —1,1 и, следовательно, удельные

затраты будут наименьшими при глубине резания несколько боль­ шей, чем та глубина, при которой были удовлетворены равенства

сру = 1, 10’331 ;.° ;825 - ()-25 = о ,99,

т. е. практически удельные затраты не изменились.

Компенсация роста удельных затрат при дальнейшем увеличе-

так как обычно величина ту в 5—-10 раз больше второго члена, и увеличение ее в 2,17 раза при фг = 10 не может быть скомпенсиро­ вано уменьшением второго члена в 10 раз.

Известная тенденция обработки с максимальной глубиной ре­ зания, ограничиваемой только возможностями инструмента, связа­ на, очевидно, с тем, что для большинства работ, производимых на универсальных станках, мощность привода шпинделя достаточна

и оптимальная глубина резания в каждом проходе равна полови­ не (припуска

і_ Апр

опт~ Т '

Оптимальная глубина для двух проходов, как следует из пре­

Таким образом, оптимальная глубина обработки в каждом кон­ кретном случае зависит от величины припуска и равна

где количество проходов определено из отношения -5Е- с округ-

tmax

лением в сторону большого целого числа. Следовательно, задачей системы самопрограммирования траектории является вычисление

tn

FS( Z) - F Ü(Z)

Кпр

где

К . FS( Z ) - F R(Z)

•*М1р

с округлением в сторону ближайшего большого числа, и формиро­ вание функции F(Z), обеспечивающей поддержание t = t0пт-

В известных системах ОПТ задачу оптимизации сводят к под­ держанию некоторой глубины резания t0, равной или несколько меньшей tmax. При этом, если Fa{Z) — Fn{Z) ^ t 0, то траектория пере­ мещения инструмента совпадает с ОЧК-

Для реализации поставленной задачи необходимы измеритель­ ные средства, позволяющие Определить фактическую глубину реза­ ния, или, по крайней мере, фиксирующие момент, когда действи­ тельная глубина резания начинает превышать заданную. Для это­ го измеряют один из силовых параметров резания (например, мощность резания, крутящий момент на шпинделе или одну из составляющих силы резания) и сравнивают его с некоторой устав­ кой, которая должна быть предварительно рассчитана( и вве­ дена в систему) для данного материала и резца при глубине ре­ зания to и минимальной подаче smin. Погрешности расчета устав­

команда может быть подана при глубинах резания, отличных от t0.

Особенности алгоритмов работы систем СПТ, При разработке системы самопрограммирования траектории необходимо решить некоторые задачи, связанные с построением алгоритма работы си­ стемы. К таким задачам относятся:

определение вида деталей и заготовок, обрабатываемых с по­ мощью системы ОПТ;

определение способа ввода и объема исходной программы, не­ обходимой для системы ОПТ;

выбор метода выхода инструмента на глубину to в начале про­ хода и в ходе резания;

исключение повторных проходов по обработанным поверхно­ стям;

возврат инструмента в исходное положение для начала следу­ ющего цикла обработки (например, для чистового точения или для смены инструмента);

обработка при изменении осей управления, например для ци­ линдрических и торцовых поверхностей.

Детали, обрабатываемые на токарных станках, изготавливают­ ся из заготовок в основном двух видов: проката или поковки (штамповки). В первом случае диаметр отдельной заготовки не меняется. При этом требования к системе ОПТ весьма ограничены. В частности, система может работать без датчика глубины реза­ ния, так как для ее работы требуется только информация о диа­ метре заготовки, а эта информация может вводиться оператором. Преимущество сочетания подобной системы с обычной системой ЧПУ или другой системой -программного управления состоит в том, что при изменении размера заготовки не нужно изменять ис­ ходную программу, что значительно повышает возможности ис­ пользования станка.

При обработке деталей из поковок возможны резкие перепады диаметров, например, при изготовлении валов с фланцами. В этом