книги из ГПНТБ / Адаптивное управление металлорежущими станками

быстродействии привода подачи в систему можно ввести специаль­ ный режим врезания, отличающийся тем, что при достаточно ма­ лой величине измеряемого силового параметра (но большей неко­ торой заданной величины РтіП) АС выдает команду, на форсиро­ ванное торможение привода подачи с отключением режима вреза­ ния и включением регулирования подачи после полной остановки. График изменения минутной подачи для такого метода показан на рис. 33. Его недостатком является возможность поломки инстру­ мента при большом мгновенном наборе припуска в процессе обра­ ботай, когда режим врезания уже отключен. Достоинство этого

метода — возможность врезания на сравнительно большой скорости при недостаточном быстродействии привода. Для увеличения ско­ рости врезания станок должен быть оснащен либо двигателем по­ стоянного тока с облегченным якорем, либо шаговым приводом.

При сочетании АС регулирования режимов резания с системой самопрограммирования траектории от АС требуется выдача допол­ нительных, команд, например, о превышении заданной глубины резания или о выходе инструмента из заготовки. В последнем слу­ чае могут быть использованы те же элементы, что и при формиро­ вании команд при врезании. Команда о выходе инструмента фор­ мируется, КОГДа РіКРтіп-

заданного. На рис. 34 показаны алгоритм формирования команды и структура системы. Недостатки подобного алгоритма формиро­ вания команды о превышении заданной глубины резания см. в разделе 6.

Система стабилизации силовых параметров обычно выполняет также функцию предохранения инструмента, детали и механизмов станка от действия перегрузок; алгоритм системы предохранения показан на рис. 35. В некоторых случаях должно быть несколько

систем защиты, например, для защиты от перегрузок по силе ре­ зания, крутящему моменту и мощности резания (если отсутствует пересчет одной величины в другие). На рис. 36 показана полная структура АС, выполняющей все указанные функции при алго­ ритме регулирования (34). На выходе А имеется сигнал о вреза­ нии инструмента в деталь, на выходе Б — о выходе инструмента из заготовки, на выходе В — о превышении заданной глубины и на выходе Г — о превышении максимальной силы.

Рис. 34. Алгоритм и структура системы формирования команды о превышении заданной глубины резания

Адаптивные системы регулирования, реализующие технологичес­ кий закон постоянства стойкости инструмента. Алгоритм регулироівания для реализации указанного закона может быть написан в виде

Промышленные системы непосредственной стабилизации стой­ кости пока не реализованы, так как способов измерения текущих значений стойкости практически нет. Фактически можно говорить лишь о стабилизации скорости износа ѵ, хотя при этом период стойкости может изменяться из-за влияния режимов'обработки на предельную величину износа. К числу таких систем принадлежит разработанная в Японии экспериментальная система управления к токарному станку [34]. В этой системе фактический износ инстру­ ментаизмеряется предельно близко к рабочей зоне. Имеются так­ же датчики температуры резания и компенсации погрешностей из-

мерения, вызванных деформациями детали. При увеличении изно­ са инструмента или повышении температуры скорость резания уменьшается. Несколько большее количество систем стабилизации скорости износа основано на предположений, что стабилизация температуры резания (точнее, термоэдс) ведет к стабилизации стойкости( например, в системе, описанной в работе [35]). Особен­ ность данной системы состоит в том, что стабилизируется не лю­ бая температура, а строго определенная, соответствующая мини­ муму износа инструмента на единицу обработанной площади, т. е. температура, обеспечивающая максимум критерия съема металла за период стойкости. По исследованиям [24], эта температура со­ ответствует указанному минимуму при любых сочетаниях скорости резания и подачи, так что регулирование может вестись по одному параметру. Следует отметить, что максимум критерия съема ме­ талла не соответствует минимуму удельных затрат.

К этой же группе работ принадлежит двухконтурная система регулирования, исследованная на токарном станке в Мосстанкине. Первый контур обеспечивает регулирование величины продольной подачи для' стабилизации радиальной составляющей силы резания, измеряемой в опорах задней бабки. Второй независимый контур регулирует скорость резания но величине температуры резания, измеряемой по термоэдс методом естественной термопары.

В работе [38] приведена блок-схема системы управления к то­ карному станку, в которой производится измерение температуры в зоне резания. Сигналы датчиков температуры и скорости вращения шпинделя поступают на вычислительное устройство, которое выда­

поправочных коэффициентов, устанавливающих связь между тем­ пературой резания и стойкостью инструмента.

Фирмами Grumman Aircraft и Bendix Согр. (США) [39] также разработана адаптивная система управления режимами резания к токарному станку. На станке смонтирована чувствительная термопа­ ра, связанная с управляющим устройством системы, которое, срав­ нивая получаемые от термодатчика данные с заданными теорети­ ческими или эмпирическими значениями, посылает корректирую­ щий сигнал к исполнительному органу.

АС с регулированием скорости резания по температуре реза­ ния описана в работе [6], однако сведений о структуре системы и правилах выбора температуры стабилизации не приводится. Нуж­ но отметить, что даже при наличии однозначной связи стойкости (скорости износа) и температуры резания (что оспаривается неко­ торыми авторами или признается только для небольшого диапазо­ на температур) стабилизация стойкости путем стабилизации тем­ пературы при изменении скорости резания является достаточно сложной задачей потому, что стойкость зависит от температуры резания примерно в 20-й степени (см.раздел 4) и колебания темпе-

ратуры в пределах 1% от измеряемой величины (порядка 800— 900° С) могут привести к весьма большим колебаниям стойкости.

Система косвенной стабилизации стойкости часто используется в адаптивных системах, реализующих алгоритмы с срг = 1 [10, 40].

При этом для расчета стойкости применяют либо степенную стойкостную зависимость, либо используют некоторые новые законо­ мерности, определенные разработчиками АС.

Например, фирмой Bendix Согр. экспериментально установлена следующая зависимость износа фрезы от параметров резания [10]:

dM

— —-производная величина крутящего момента по времени;

k2, — постоянные коэффициенты, определяемые эксперимен­ тально.

Наличие последних свидетельствует о том, что процесс должен быть предварительно тщательно изучен.

Для фрезерования скорость съема металла Q определяется за­ висимостью

Q = Btsnimi,

-где В — ширина фрезерования;

s— подача;

t— глубина резания;

п— скорость вращения фрезы, обIмин.

Таким образом, для определения скорости износа необходимо, помимо измерения параметров Ѳ и Л4кр, получение информации о текущих величинах V и s, а также о ширине и глубине обработки. В работе [18] указано, что величина tB является постоянной, вво­ димой оператором. Это представляется необоснованным в услови­ ях сложной контурной обработки с неполностью определенными размерами заготовки. Следует отметить, что полученная фирмой связь скорости износа с параметрами резания используется ею в поисковой системе; не исключено, однако, применение полученной зависимости и в системах стабилизации стойкости.

Косвенная стабилизация стойкости на основе использования стойкостной зависимости (7) реализована в АС к фрезерному станку [40]. В подобной АС изменение подачи служит информаци­ ей об изменении возмущающих воздействий, так как из уравнений оптимального регулирования следует, что

рис. 37. Из полученных выражений следует, необходимость опреде-

(I,'іе

к;

Рис. 37. Структура адаптивной системы, реализующей алгоритм (рр = 1 ‘.

= ф& % S

ления причины изменения «подачи, так как регулирование скорости резания зависит от того, какое возмущающее (воздействие изменилось в данный момент времени. Учитывая, что знаки е и е я различ­ ны, неправильная трактовка причины изменения подачи может дать отрицательный результат при регулировании.

Возможным способом определения причины изменения подачи является оценка изменения соотношения составляющих сил реза-

p.

ния, например величины ~z~ , которая изменяется различно при

*X

изменении глубины резания и твердости: в первом случае Рг_ _

Р х ~

Pz

= const, а во втором ~х~ =ѵаг.

гX

Если в системе подобной идентификации возмущающего воз­ действия нет, показатель степени е должен приниматься некото­ рым средним, на основе предположений о вероятном характере и порядке изменения глубины резания и твердости. При этом следу­ ет исходить из требования

При определенном соотношении изменений глубины резания и твердости величина е= 0 (рис. 38) и скорость резания должна оста­ ваться неизменной.

Если одно из возмущающих воздействий отлично от принятого при расчете е, то даже при его постоянстве в течение последую­ щих вариаций второго возмущающего воздействия фактически не­ обходимая величина е изменяется, что видно из рис. 39. Для угле­ родистых сталей полный интервал изменения е составляет 1,85 (от е=1,57 при ф* = 1 до е——0,28 при сря=1). Так как реализовать АС с подобным изменением связи между скоростью резания и подачей сложно, вопрос о целесообразности реализации алгоритма фр = 1;

сРг=1; фу=ѵаг; ф5=ѵаг следует решать с учетом характера изме­ нений возмущающих воздействий в каждом конкретном случае.

Вместо алгоритма (45), реализация которого требует двухпа­ раметрического регулирования, в ряде случаев применяют более простые алгоритмы с однопараметрическим регулированием:

Для разных возмущающих воздействий имеем

£

(49), получим для разных возмущающих воздействий связь между

Тогда вместо алгоритма (47) имеем уточненный алгоритм рабо­ ты АС

Рис. 40. Структура адаптивной системы, реализующей алго­

hn^r hv

Следовательно, алгоритм подобной системы

Структура системы, реализующей алгоритм (52), показана на рис. 41.

АС, обеспечивающие стабилизацию стойкости инструмента, обычно выполняют те же дополнительные функции, что и АС ста­

билизации силовых параметров; для этого их структура должна быть дополнена соответствующими блоками.

Погрешности регулирование режимов резания и их влияние на эффективность адаптивных систем. Погрешности регулирования режимов резания -в адаптивных системах можно разделить на не­ сколько групп: к первой группе относятся погрешности, которые вносятся заменой оптимального технологического закона регулиро­ вания не оптимальным, упрощающим алгоритм работы системы; ко второй—погрешности, связанные с неточностью измерительных средств; к третьей—погрешности, связанные с ошибками реали­ зации исходных алгоритмов регулирования.

Для оценки влияния погрешностей используем относительную величину изменения удельных затрат, вызванного данной погреш­ ностью.

г

сравнения примем удельные затраты, которые имели бы место в аналогичных условиях при использовании АС, реализующей закон регулирования. Все величины, относящиеся к работе такой систе­ мы, снабжены индексом р.