книги из ГПНТБ / Адаптивное управление металлорежущими станками

соответственно

^пер ? 4 Р (<1,опт)

С момента перехода на 2-й закон происходит изменение скоро­ сти резания

X,

пер

ИЛИ

т\г

ТО

?Ѵ=

При регулировании по 2-му закону после перехода на этот за­ кон с 1-го в точке с t\ = /Пер изменение удельных затрат, отнесен­ ное к начальным, составит

вании по 2-му закону с момента /г= По­ следовательно, с момента перехода с 1-го на 2-й закон

Яу — <7у(2)Адоп •

При значениях ф0 и ф0пт, принятых выше, для* углеродистой стали ^Сдоп= 0,83.

На рис. 13—15 показаны результаты расчета коэффициентов эффективности для случая обработки с постоянным припуском, величина которого заранее не известна и может уменьшаться в два раза по сравнению с некоторым расчетным максимальным значе­ нием. Из графиков видно, что законы регулирования, предусмат­ ривающие изменение подачи (1, 2, 5), при равных начальных усло-

Виях обеспечивают большую эффективность, чем законы, основан­ ные на регулировании только скорости резания (3, 4).

Так как конкретные результаты регулирования зависят от ха­ рактеристик обрабатываемых материалов, то количественная оцен­ ка различных законов возможна только применительно к конкрет­ ным материалам. Для углеродистой стали можно сделать следую­ щие выводы:

практически все законы регулирования, кроме 3-го, обеспечи­ вают снижение удельных затрат, причем наиболее эффективно это снижение при использовании 1-го или 2-го законов;

все законы регулирования обеспечивают уменьшение удельного времени резания и наиболее эффективно — законы, обеспечиваю­ щие постоянство мощности (1, 3 и 2);

объем металла, снимаемого инструментом за период стойкости, увеличивается (по сравнению с обработкой на фиксированных ре­ жимах) только в случае использования 2-го закона;

определенный эффект дает также 5-й закон регулирования, ко­ торый при сравнительно небольшом снижении удельных затрат позволяет (в сравнении с 1-м законом) увеличить объем металла, снимаемый за период стойкости; кроме того, этот закон также обеспечивает уменьшение удельного времени резания;

использование самонастраивающейся системы управления, обе­ спечивающей оптимальное регулирование во всем диапазоне изме­ нения возмущающих воздействий (0,5<<р,<1), дает небольшой эффект по сравнению с применением квазиоптимальной системы управления, которая обеспечивает оптимальное управление только в некотором диапазоне величин возмущающих воздействий. В слу­ чае применения квазиоптимальной системы предпочтение следует отдавать 1-му или 2-му законам регулирования, которые дают наи­ лучшие результаты по уменьшению удельных затрат. Желательно, чтобы при использовании 2-го закона регулирования система управления осуществляла переход на 4-й закон, что позволит несколько увёличить диапазон изменения возмущающих воздейст­ вий, в котором происходит оптимизация режимов резания.

Во втором варианте сравнения рассматривается обработка за­ готовки с переменным припуском. Этот случай наиболее распро­ странен при обработке деталей из поковок и имеет практическое значение.

Примем, что изменение припуска подчиняется линейному зако­

при этом изменение подачи по длине детали (обозначив ф,н —ф,*= =Д/)

где W0— допустимая величина износа. Так как

то скорость износа

ѵг = Ѵ0<рА .

Тогда средняя скорость износа составит

Если при ф,я =1 и іі~ і0 имеем ѵі = ѵ0, то

%( Д + 1) ( 1— ф <а) Ѵ(>’

соответственно средняя стойкость

для расчета изменения удельного времени резания при обработке детали с переменным припуском

Результаты расчета показаны на рис. 17 и в табл. 3. При обра­ ботке заготовок из углеродистой стали с переменным припуском, ведущим к изменению глубины резания в два раза, использование АС уменьшает время резания на 30—40%, а удельные затраты на 25—40% (для 1-го и 2-го законов регулирования).

На рис. 18 показано изменение удельных затрат при изменении твердости; в этом случае наибольшую эффективность обеспечива­ ют законы регулирования, поддерживающие стойкость постоянной (т. е. законы 2-й и 4-й). Из рис. 19 и 20 видно, что при изменении твердости регулирование ведется в основном по -скорости резания, в то время как при изменении глубины резания изменяется в ос­ новном подача. Например, для 1-го и 2-го законов изменение пода­ чи фв при фі = 0,5 равно 2,5, а при фя = 0,5— только 1,5, в то время

обратить на тот факт, что при реализации 2-го закона с уменьше­ нием глубины резания скорость резания уменьшается, а с умень­ шением твердости — увеличивается.

Вы в о д ы

1.Оптимальным режимом резания является такой режим, ко­ торый в данных условиях резания обеспечивает минимум удельных

приведенных затрат.

2. Прочие критерии, характеризующие процесс резания (напри­ мер, удельное время резания или объем металла, снятого за пери­ од стойкости инструмента) не дают полного представления об эф-

фективности резания и могут использоваться только для дополни­ тельных оценок.

3. Положение оптимального режима резания в многомерном пространстве переменных, определяющих условия резания, зависит от связи стойкости инструмента с другими переменными; при ис­ пользовании степенной зависимости оптимальные режимы могут

-

_

ь

1,0 -

7 2 3 4 5

постоянстве других переменных параметры оптимального режима резания ( V H S ) определяются совместным решением уравнений этого ограничения и стойкостной зависимости, причем в последнюю подставляется величина оптимальной стойкости, рассчитанная с учетом действующего ограничения (если для этого ограничения оп­ тимальная стойкость имеет действительное положительное значе­ ние).

Фѵ

Фѵ

Рис. 19. Изменение скорости резания при регули­ ровании:

а — изменение глубины резания;, б—изменение твердости

5. При одновременном действии нескольких ограничений опти­ мальный режим соответствует общему решению уравнений ограни­ чения с минимальным показателем степени у скорости резания и стойкостной зависимости с подстановкой оптимальной стойкости для этого ограничения (при условии, что полученный режим на­ ходится в области, разрешенной остальными ограничениями).

6.Если все указанные в п. 5 решения находятся в запрещенной области, оптимальный режим соответствует общему решению урав­ нений двух ограничений с минимальными показателями степени у скорости резания (при условии, что этот режим находится в раз­ решенной области).

7.Задача оптимального управления режимами резания в усло­ виях действия переменных возмущающих воздействий (например,

глубины резания и обрабатываемости заготовки) может быть све­ дена к задаче стабилизации некоторых параметров резания (двух при двух управляемых переменных), причем выбор стабилизируе­ мых параметров зависит как от начальных и текущих значений возмущающих воздействий, так и от ограничений, действующих в системе СПИД.

Рис. 20. Изменение подачи при регулировании:

а — изменение глубины резания; б—изменение твердости

8.Совокупность стабилизируемых параметров, определяющих в каждом конкретном случае характер оптимального управления, названа технологическим законом регулирования режимов реза­ ния.

9.Так как при изменении возмущающих воздействий может оказаться необходимой смена закона регулирования, действитель­ но, оптимальное управление во всем диапазоне изменений возму­ щающих воздействий может обеспечить только самонастраиваю­

щаяся система с переменными структурой и алгоритмом работы. 10. Анализ эффективности (т. е. уменьшение удельных затрат по сравнению с обработкой без регулирования) такой системы по­

казал, что при малом диапазоне изменения возмущающих воздей­ ствий она дает сравнительно небольшое увеличение эффективности по сравнению с квазиоптимальной, реализующей только один по­

стоянный закон регулирования и оптимальной только в некотором диапазоне изменений возмущающих воздействий.

11.В этих условиях наибольший эффект при изменении глуби­ ны резания дают законы регулирования, предусматривающие из­ менение подачи; при изменении твердости наиболее эффективны законы, обеспечивающие стабилизацию стойкости инструмента.

12.На основе анализа эффективности обработки заготовок с переменным припуском (как для одной детали, так и в пределах партии) для токарных станков можно рекомендовать либо закон постоянства мощности и тангенциальной силы резания, либо закон постоянства стойкости и той же составляющей силы резания.

13.Количественный анализ эффективности зависит от конкрет­ ного материала заготовки и инструмента; в частности, при реза­ нии твердым сплавом деталей из углеродистой конструкционной стали с припуском, изменяющимся по длине детали в два раза, регулирование по рекомендуемым законам обеспечивает сокраще­ ние удельных приведенных затрат на 20—30% ( с учетом повыше­ ния стоимости станка с АС примерно в два раза) при сокращении времени резания на 30—40%.

14.При разработке алгоритма работы АС, реализующей законы постоянства стойкости, следует иметь в виду, что при уменьшении глубины резания необходимо скорость резания уменьшить, а при уменьшении твердости материала ее увеличить; подача в обоих случаях увеличивается.

2.АЛГОРИТМЫ РАБОТЫ И СТРУКТУРЫ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

Основной задачей адаптивной системы регулирования режимов резания является изменение одного или нескольких параметров в соответствии с выбранными технологическими законами регулиро­ вания. Здесь рассматриваются системы, обеспечивающие регулиро­ вание скорости резания и подачи при изменении возмущающих воздействий, под которыми подразумеваются вариации глубины резания и твердости обрабатываемой заготовки.

Кроме основной задачи, адаптивные системы регулирования ре­ жимов резания, как правило, выполняют ряд дополнительных: на­ пример, обеспечивают предохранение механизмов станка, инстру­ мента и детали от перегрузок, переход со скорости быстрого хода на рабочую подачу при касании инструментом заготовки и т. п. При работе АС с системой самопрограммирования траектории ко­ личество' дополнительных функций увеличивается — адаптивная система должна также выдавать сигнал о превышении заданной глубины резания, о выходе инструмента из заготовки и т> и. Не­ обходимость реализации дополнительных функций ведет к услож­ нению адаптивной системы и появлению дополнительных контуров регулирования, не предусмотренных исходным алгоритмом ее ра­ боты.