4 Теория автоматического q7

Размер Лд, получаемый при обработке деталей, является функцией параметров установки Лу, а также статической Ас и динамической Ал настроек технологической системы: /4Д = = F (А7, Л0, Лд). Поэтому обеспечение повышенной точности обработки возможно за счет автоматического управления уста- новкой, статической или динамической настройкой, или одновре- менного управления любыми данными процессами. При этом управление одним из этих процессов может устранить как соб- ственные погрешности, так и погрешности других процессов. Показатели качества обработки, таким образом, становятся управляемыми параметрами технологического процесса. Способы адаптивного управления позволяют значительно повы- сить точность обработки и эффективность использования металло- режущего оборудования различного назначения, в том числе станков с ЧПУ и многооперационных станков, работающих в усло- виях ГПС. Применение САдУ на указанном оборудовании позво- ляет создавать самоподнастраивающиеся технологические си- стемы, обеспечивающие достижение требуемой точности и задан- ной производительности при изготовлении каждой новой детали. Эффективность, получаемая в результате использования САдУ, заключается в повышении качества, снижении времени обработки, уменьшении стоимости изготовления деталей.

3.2. Общие принципы адаптивного управления ходом технологического процесса

Протеканию любого технологического процесса во времени в реальных условиях сопутствует действие множества факторов, влияющих на его ход и имеющих чаще всего случай- ный характер. Детерминировать процесс таким образом, чтобы все факторы в любой момент времени были бы заранее учтены, невозможно. Учет возникающих ситуаций с целью воздействия на процесс таким образом, чтобы его ход отвечал задачам, кото- рые решает этот процесс, возможно только путем управления За счет оперативного вмешательства в процесс каждый раз, когда появляются тенденции к отклонению или сами отклонения в ходе протекания процесса. Структурная схема САдУ представлена на рис. 3.1. Информа- ция о состоянии объекта управления ОУ получается посредством первичного преобразователя ПП (датчика), предназначенного для преобразования контролируемой величины, характеризующей

Рис. 3.1. Структурная схема САдУ

протекание процесса в ОУ, в некоторую физическую величину, удобную для последующих преобразовании и управления. Протекание процесса в ОУ подвержено влиянию целого ряда факторов, изменяющихся по известным и случайным законам. Совокупное действие этих факторов (на рисунке оно показано как некоторая величина Q) приводит к отклонениям процесса от заданного. Рассмотрим технологическую систему, в которой, например, нужно поддерживать в определенных пределах постоянство силы резания Р при действии возмущающего фактора z — припуска на обработку. Если изменения г невелики, то характеристика Р — f (г) может быть линеаризована, а зависимость Р от подачи S и z представляется как Р = kSz, где k — передаточный коэффи- циент. Если среднее значение припуска равно z0 и назначен режим обработки с постоянной подачей S0, номинальная сила резания равна Р0. При разомкнутой системе для обеспечения необходимой подачи на входе усилителя У2 действует напряжение Иц а подача S0 = ^а"].. гДе £«. ^з — соответственно передаточные коэффи- циенты усилителя У2 и исполнительного устройства ИУ. Так как текущее значение припуска может отличаться от номиналь- ного на величину Az, то фактическое значение z = z0 ± Дг. В результате фактическая сила резания Р' — = kS0 (г„ ± Az) отличается от номинальной Р0 = kSoZ0 и отклонение силы реза- ния от заданного значения составляет ±Р' = £S0Az. В замкнутой САдУ из-за наличия отрицательной обратной связи при отклонении ±Az припуска от заданного значения фак- тическая сила резания Р" = k (So^FAS) (z,, ± Az), так как фак- тическое значение подачи S" — (S0=pAS) и z *= Zo ± Az, где =FAS — изменение подачи для компенсации влияния на силу резания отклонения ±Az припуска. Таким образом, Р' = kSoZ0 ± kS0 Az Т k AS (z0 ± Az), а отклонение силы резания от заданного значения ± АР' = kS0 Az qp k AS (г0 ± Az). Отношение силы резания, полученное при управлении с САдУ и при его отсутствии, 0±te) . Д5._ = -_ _- =

Отсюда следует, что АР* < АР', так как 1— AS/S (1 + О.бг,,) < 1, и они отличаются тем больше, чем значительнее изменяется вели- чина S (при AS = О S = 1). Сравнительную оценку статических ошибок можно выполнить, используя передаточные коэффициенты:

I = АР"/ АР' - 1/(1 + *о), ,. 99

где ko = АгОДз^&в — передаточный коэффициент разомкнутой системы. Отношение £ справедливо и для изменения упругих переме- щений yt составляющих звеньев (деталей) размерных цепей технологической системы, определяющих точность обработки. Поскольку упругое перемещение t/ь на замыкающем звене соот- ветствующей размерной цепи у^ = /V/'т. с» ,где /т.с — жесткость технологической системы, то отклонение Д#д = Д/Y/t.c- Таким образом,

Если бы САдУ не имела статической ошибки, т. е. АР" = О, то при изменении глубины резания до номинального уровня, когда Az = Zo, подача S должна измениться в 2 раза и AS = = 0,5S0. В этом случае £ = О, так как 1— 0,5S0/S (I+z0/Zo) = 0. Следует заметить, что рассматриваемая зависимость | = = / (AS, S0, ZQ, Az) получена при допущении, что Р связана с S и глубиной резания t линейной зависимостью, что в целом ряде случаев можно считать достоверным. В области малых значений z (рис. 3.2) действуют ограничения по S, что обусловливается либо допустимой шероховатостью полу- чаемой поверхности (параметр шероховатости зависит от S), либо конструкцией станка. При увеличении ka наклон характеристики 3 уменьшается, а крутизна характеристики 4 увеличивается. Из этого следует, что если целенаправленно изменять k0 в процессе обработки по определенной программе за счет любого из сомно- жителей (fej, &з, kg ..... kt), то реализованная таким образом САдУ может учесть и систематические ошибки, возникающие, например, из-за переменной жесткости технологической системы, увеличивая таким образом точность обработки. Действительно, уменьшение отклонений Ау, от номинальных значений yol можно интерпретировать как увеличение /',.„. Это значит, что когда /т.0 меняется по координате зоны обра- ботки, управление по ^ способствует уменьшению ' ошибок, обусловленных переменной /т.с. Примером может служить без- люнетное точение длинных валиков в центрах, когда по мере при- ближения зоны резания к середине валика /т.с уменьшается, и если не принять специальных мер, то погрешность формы детали может оказаться значительной из-за упругих отжатий заготовки. Коэффициент &о в этом случае следует изменять так, чтобы он увеличивался по мере приближения режущего инструмента к сере- дине валика, а затем при его перемещении к передней бабке — уменьшался в соответствии с определенным законом, учитываю- щим изменение /т.0. При обработке на металлорежущих станках стабилизация Р означает стабилизацию yt. Таким образом, чем меньше диапазон изменения силы Р при одних и тех же вариациях, тем с большей inn

точностью выполняется обработка. В статических САдУ откло- нения АР от некоторого заданного значения неизбежны, причем величины АР тем больше, чем значительнее изменения г. Таким образом, при использовании этих САдУ происходит некоторое «копирование! припуска г. Копирование погрешностей заготовки будут тем меньше, чем больше 4>. a следовательно, тем больше и присущая САдУ статическая ошибка. Случайный характер возмущения и постоянное изменение их значений во времени приводит к тому, что САдУ постоянно рабо- тает в неустановившемся режиме. Наличие в САдУ инерционных устройств вызывает запаздывание процесса перехода системы из одного состояния в другое даже при скачкообразном возмуще- нии. Характер переходного процесса может быть различным и зависит от динамических свойств всех устройств, входящих в САдУ (в том числе и объекта управления). Динамические свой- ства САдУ оценивают по реакции системы на единичную функцию, по закону которой, как полагают, изменяется входная величина (входная координата). Выходная величина (выходная координата) для систем с различными динамическими свойствами при этом может меняться по различным законам во времени. На рис. 3.3 представлены возможные виды переходных процессов для линеа- ризованных устойчивых систем. Если входной координатой является, например, некоторое новое значение опорной величины, соответствующее другому зна- чению силы резания Р (опорной величиной может быть разность потенциалов на одном из входов СУ), а выходной — сила резания, то при апериодическом переходном процессе нарастание Р происходит постепенно и за время перехода САдУ из одного состояния в другое отлича- ется от заданного, которое предусма-

Рис. 3.2. Диаграмма изменения силы реза- Рис. 3.3. Виды переходных пре- ния Р и подачи S без управления и с САдУ: цессов в САдУ: / — Р = f (г) без регулирования: 2 — S = I (г) без регулирования (S = S^,, = const); 3 — иэ- ыенение Р при статическом регулировании; 4 — изменение S при статическом регулировании 101 Густ < густ» густ < Tyci

тривается технологическим процессом. Это приводит к возникно- вению упругих перемещений yt, меняющихся во времени, и, сле- довательно, к появлению погрешностей обработки. Например, при растачивании отверстий или точении валов на обрабатывае- мой поверхности образуется поясок, диаметральный размер кото- рого отличается от заданного. Колебательный переходный процесс обусловливает появление серии поясков, размер которых тем больше, чем больше перерегулирование системы. В ряде случаев считают, что благоприятным является переходный процесс, когда перерегулирование не превышает 18—20%. Таким образом, астатические САдУ из-за наличия интегрирую- щих звеньев обладают динамическими ошибками, приводящими к погрешностям обработки, особенно заметным при ступенчатых изменениях z или глубины резания. Когда динамическая ошибка носит затухающий колебательный характер, ее действие можно ослабить за счет использования режущего инструмента с зачист- ной режущей кромкой.