книги / Надежность и диагностика технологических систем

V = const обеспечивается бесступенчатым регулированием час­ тоты вращения шпинделя

N = 1000Уз/(2лЯ),

где V3 — заданное значение скорости резания, мин-1.

Скорость резания как переменная управления может быть ис­ пользована для поддержания в определенных пределах требуемой мощности N, для управления интенсивностью износа режущего инструмента и температурой 0° в зоне резания. Изменение Vдля поддержания постоянства заданной N при различных значени­ ях t и S определяется выражением

V = (kN/txS'J)Vn.

Обеспечение в процессе обработки V = const позволяет повы­ сить производительность за счет сокращения основного техно­ логического времени.

Выбор источников информации. В соответствии с поставленной задачей получение информации о ходе обработки осуществляется путем измерения различных переменных. В САдУ точность ус­ тановки измеряют три координаты — аУг Ьу, су параллельного смещения и три угла поворота ау, ру, ;у координатной системы устанавливаемой заготовки относительно координатной системы станка. Эти параметры образуют матрицу-столбец погрешности С0у размера А у установки:

£2у — (flyj Су, by, (Ху, Ру, /у)*

Наличие информации об элементах этой матрицы дает возмож­ ность автоматически по определенному алгоритму рассчитывать положение любой поверхности или комплекта баз устанавливае­ мой заготовки относительно баз станка и приспособления и вно­ сить в соответствии с этим коррекции для определения соу.

При однорезцовом растачивании отверстий в заготовках в об­ щем балансе упругих деформаций уАтехнологической системы 70...90 % составляют упругие деформации консольных оправок, на которых установлен режущий инструмент. При этом между уА и уо наблюдается зависимость, близкая к линейной, т.е. уА= f(yo). Таким образом, измеряя у0относительно шпинделя станка в про­ цессе обработки, можно получить информацию о уА.

502 14. Управление точностью ТС на основе диагностической информации

Информацию о размере .Ад в процессе обработки можно полу­ чить путем измерения одной или нескольких составляющих силы Р специальными динамометрическими узлами (ДУ) раз­ личной конструкции.

На рис. 14.12 представлена конструкция ДУ для САдУ черно­ вым растачиванием отверстий на токарных станках с ЧПУ. В ка­ честве источника информации оАд и ААдиспользованы собствен­ ные упругие перемещения у0 оправки 3, неподвижно закрепленной винтами 6 в корпусе 7 сменного инструментального блока. Внутри оправки 3 установлен с зазором стержень 4, на котором смонти­ рован индуктивный бесконтактный датчик, имеющий катушку индуктивности 0, установленную на регулировочной втулке 5, и якорь 14 в виде винта с дисковой головкой. Воздушный зазор h

между катушкой и якорем 14 регулируется вращением последне­ го и фиксируется гайкой 15. В паз корпуса 7 вмонтирована электри­ ческая схема 16 с автономным источником питания, имеющая выход через разъем 13, установленный на крышке 12. Гайка 5 служит для регулирования вылета L расточного резца. В отвер­ стии оправки 3 смонтирован виброгаситель 1. При врезании рез­ ца 2 в заготовку под действием составляющих Рх и Ру оправка 3 упруго прогибается относительно торца (сечение I—I) корпуса 7 на величину

Yoxy = PyL3/(3EJ)+ PJU?/(2EJ),

где L — расстояние от вершины режущих кромок до сечения I —I; R — расстояние от вершины инструмента до оси оправки; Е — модуль упругости; J — момент инерции сечения оправки. Так как стержень 4 жестко связан с оправкой 3, то он перемеща­ ется вместе с последней без прогиба из-за наличия зазора между ними. Вследствие перемещения правого конца стержня с катуш­ кой 9 изменяются зазор h и индуктивность катушки.

При тарировке ДУ установлены зависимости уоху= f(h) и уоху= = f{PXy)t близкие к линейным. Сигнал с датчика пропорциона­ лен уоху, а следовательно, и Рху поступает в усилительно-преоб- разующее устройство (УПУ) через передающую 11 и приемную 10 антенны. По контрольному прибору УПУ можно судить о значе­ нии и направлении yoxyi а также о Рху в каждый момент времени обработки.

Конструкция ДУ позволяет измерять индуктивным датчиком, расположенным под углом 90° относительно первого датчика, прогиб уог оправки, вызванный составляющей Рг. Прогиб оправ­ ки равен:

y0!=P,L3/(3EJ).

По контрольному прибору УПУ можно судить о значениях уог и Рг. Наличие в УПУ сумматора позволяет определить на основа­ нии уог, уоху сигнал, пропорциональный вектору силы резания, и использовать его для управления Рху> Ргили Р = (Pxt Ру, Рг).

Конструктивные параметры ДУ могут изменяться в зависимо­ сти от места его установки, значения и направления действую­ щих на устройство сил. Малогабаритный ДУ, предназначенный для встраивания в стыки пар сопрягаемых деталей, показан на

504 14. Управление точностью ТС на основе диагностической информации

рис. 14.13. ДУ состоит из стального упругого корпуса 2> обла­ дающего высокой жесткостью и имеющего сквозной паз. В нем на текстолитовой прокладке 6 неподвижно закреплена разжимная планка 4, которая стянута винтом 5 и жестко крепит гетероэпи­ таксильный элемент 3, выполненный в виде камертона. С кон­ солью элемента 3 контактирует регулировочный винт 10, выпол­ ненный из диэлектрика. Винтом создается предварительный натяг элемента 3. Подвод питания и съем сигналов с элемента 3, поступающих в УП У11, осуществляется через разъем 8. Кожух 1 закрывает измерительную часть ДУ. Два штифта 9 служат огра­ ничителями прогиба корпуса 2 и исключают его поломку. На нижнюю часть корпуса нанесен слой 7 твердого сплава, обла­ дающего высокой износостойкостью.

Рис. 14.13. Динамометрический узел для измерения деформаций в стыках

При управлении процессами сверления, рассверливания, рас­ тачивания, зенкерования или фрезерования крутящий момент Мкр является одним из главных регулируемых параметров в системах предельного регулирования. Информацию о Мкр получают непо­ средственно со шпинделя станка либо с одного из промежуточных валов коробки скоростей посредством тензометрических датчиков, наклеиваемых на вал, или съемных датчиков с токосъемниками.

Информация о размере Ад и его отклонениях ААд может быть получена путем измерения в процессе обработки таких парамет­

506 14. Управление точностью ТС на основе диагностической информации

Наиболее интенсивному тепловому воздействию подвергается режущий инструмент, так как он при резании находится в зоне высоких температур. Изменение температурного поля приводит к изменению размеров режущего инструмента и появлению по­ грешностей обработки. Теплота распределяется между деталью, режущим инструментом и стружкой следующим образом:

0 = (Рг7/427)т(а.д +Ьр.и+Ьс),

где Яд, Яр.и, — коэффициенты, характеризующие долю теплоты, отводимую в деталь, режущий инструмент и стружку соответст­ венно; (Р2У/427)х — количество теплоты, выделяющееся при реза­ нии (т — время резания, мин).

Количество теплоты, поступающей в резец в единицу времени, равно:

0 = (РгТ7427)тЯср.

При постоянстве входных данных заготовок и параметров ре­ жима резания температурные удлинения режущего инструмента (в частности резца) в зависимости от времени его работы доста­ точно точно подчиняются экспоненциальному закону. Однако при колебаниях входных данных заготовок (в частности пара­ метра z) характер температурных деформаций меняется. Поэто­ му необходимо применять САдУ.

На рис. 14.14 показана система термостабилизации в зоне реза­ ния при токарной обработке. Информация о температуре резания в виде термоЭДС между заготовкой и режущим инструментом через блок коррекции поступает на систему управления (СУ), где сравнивается с сигналом, поступающим от ЗУ. Блок коррек­ ции учитывает особенности каждого нового инструмента в соот­ ветствии с его кодом, передаваемым устройством ЧПУ. Сигнал с выхода СУ управляет регулируемым приводом главного дви­ жения. Номинальное значение скорости главного движения за­ дается в исходной программе.

В процессе регулирования режима резания необходимо обеспе­ чить постоянство подачи на оборот, которая связана с частотой вращения шпинделя обратно пропорциональной зависимостью. Для этого на шпинделе расположен фотоэлектрический датчик угла поворота, информация с которого поступает в УЧПУ. По­ следнее использует алгоритм, соблюдающий при управлении

Контрольные вопросы

507

шлы..ьа

Рис. 14.14. Структурная схема системы термостабилизации станка с ЧПУ:

1 — шпиндель; 2 — датчик угла поворота шпинделя; 3 — датчик термоЭДС; 4 — двигатель поперечной подачи; 5 — двигатель про­ дольной подачи

приводом подачи указанную обратно пропорциональную зависи­ мость. Такое управление процессом резания обеспечивает увели­ чение стойкости инструмента, сохранение постоянной шерохова­ тости обработанной поверхности и повышение производительности обработки.

Контрольные вопросы

1.Проанализируйте алгоритм управления точностью обработки с ис­ пользованием ЛСД.

2.Перечислите методы управления точностью технологических про­ цессов.

3.Объясните принцип управления точностью обработки с использова­ нием управляющей ЭВМ.

4.Поясните на графиках, каковы закономерности повреждений при износе и нагреве резца.

508 14. Управление точностью ТС на основе диагностической информаиии

5.Объясните алгоритм опроса датчиков технического состояния обору­ дования технологической системы.

6.Объясните принцип проверки состояния работоспособности и готов­ ности робота.

7.Покажите роль датчиков АСД при функционировании робота.

8.Изложите принципы адаптивного управления.

9.Объясните, как осуществляется управление температурными дефор­ мациями технологической системы.

Литература

Автоматизация технологии сборки и механической обработки / А.Г. Схиртладзе [и др.]. М. : Славянская школа, 2003.

Автоматические линии в машиностроении : справочник. В 3 т. М. : Машиностроение, 1984. Т. 1. Этапы проектирования и рас­ чет / под ред. Л.И. Волчкевича.

Автоматизация производственных процессов в машинострое­ нии / Н.М. Капустин [и др.] ; под ред. Н.М. Капустина. М. : Высш. шк., 2004.

Аршанский М.М. Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлообрабатывающих станках / М.М. Аршан­ ский, В.П. Щербаков. М. : Машиностроение, 1997.

Брюханов В.Н. Автоматизация производства / В.Н. Брюха­ нов [и д р .]; под ред. Ю.М. Соломенцева. М .: Высш. шк., 2005.

Вентцель Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. М. : Нау­ ка, 1964.

Волчкевич Л.И. Комплексная автоматизация производства / Л.И. Волчкевич [и др.]. М. : Машиностроение, 1983.

Вороненко В.П. Проектирование машиностроительного про­ изводства / В.П. Вороненко [и др.] ; под ред. Ю.М Соломенцева. М. : ИЦ МГТУ «Станкин», 2002.

Вороненко В.П. Машиностроительное производство / В.П. Во­ роненко [и др.] ; под ред. Ю.М. Соломенцева. М. : Высш. шк.,

2001.

Ибрагимов И.М. Информационные технологии и средства дис­ танционного обучения / И.М. Ибрагимов ; под ред. А.Н. Ковшо­ ва. М. : Изд-во МГОУ, 2003.

Инструмент для обработки точных отверстий / С.В. Кирса­ нов [и др.]. М. : Машиностроение, 2003.

Инструментальные системы автоматизированного производства / Р.И. Гжиров [и др.]. СПб. : Политехника, 1993.

Информационно-вычислительные системы в машиностроении. CALS-технологии / Ю.М. Соломенцев [и др.]. М .: Наука, 2003.

Кадыров Ж.Н. Диагностика и адаптация станочного оборудо­ вания гибких производственных систем / Ж.Н. Кадыров. Л. : Политехника, 1991.

КаяшевА.И. Методы адаптации при управлении автоматизи­ рованными станочными системами / А.И. Каяшев [и др.]. М. : Машиностроение ,1995.

Коваленко И.Н. Теория вероятностей и математическая ста­ тистика / И.Н. Коваленко, А.А.. Филиппова. М. : Высш. шк., 1973.

КовшовА.Н. Нетрадиционные методы обработки материалов / А.Н. Ковшов, Ю.Ф. Назаров. М. : Изд-во МГОУ, 2003.

Концепция развития CAIS-технологий в промышленности Рос­ сии / Е.В. Судов [и др.]. М. : НИЦ CALS-технологий «Приклад­ ная логистика», 2002.

Кузьмин А.В. Теория систем автоматического управления / А.В. Кузьмин, А.Г. Схиртладзе. Ульяновск : УлГТУ, 2002.

Машиностроение: энцикл. Раздел III - 3..Технология произ­ водства машин / под ред. П.Н. Белянина. М .: Машиностроение,

2001.

Металлорежущие станки / В.Д. Ефремов [и др.] ; под ред. П.И. Ящерицина. М. : Славянская школа, 2004.

Надежность автоматизированных систем управления / И.О. Автомян [и др.]; под ред. Я.А. Хетагурова. М .: Высш. ш к., 1979.

Надежность и эффективность в технике: справочник. В 10 т. М. : Машиностроение, 1986. Т. 1 : Методология. Организация. Терминология / под ред. А.И. Рембезы.

Надежность и эффективность в технике: справочник. В 10 т. М .: Машиностроение, 1987. Т. 2 : Математические методы в тео­ рии надежности и эффективности / под ред. Б.В. Гнеденко.

Надежность и эффективность в технике: справочник. В 10 т. М. : Машиностроение, 1988. Т. 5 : Проектный анализ надежно­ сти / под ред. В.И. Патрушева и А.И. Рембезы.

Надежность машиностроительной продукции. М. : Изд-во стандартов, 1990.

Основы автоматизации и управления технологическими про­ цессами / В.Ц. Зориктуев [и др.]. Уфа : Изд-во УГАТУ, 2000.

Проектирование металлорежущих станков и станочных си­ стем : справочник-учебник. В 3 т. / под общ. ред. А.С. Проникова. М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана ; Изд-во МГТУ «Станкин», 2000.