3.3. Функциональные принципы построения сАдУ металлообработкой

САдУ механической обработкой можно строить на основе различных информационных признаков и структур управления. В общем случае возможные пути построения САдУ показаны на рис. 3.4. Целью управления при использовании САдУ может быть повышение точности обработки, ее производи- тельности, улучшение параметров шероховатости обрабатываемой поверхности, повышение производительности обработки, обеспе- чение надежности работы станка, максимальное использование его технологических возможностей, а также режущего инстру- мента, электропривода, предохранение режущего инструмента от поломок и др. Число САдУ определяется одним из перечислен- ных факторов или их совокупностью. К режиму обработки часто предъявляют противоречивые требования. Как правило, невоз- можно получить решение, одновременно удовлетворяющее всем требованиям. В этом случае ищут компромиссное решение. Упра- вление процессом обработки осуществляется путем изменения управляющих воздействий: скорости привода главного движения, скорости привода подачи, положения режущего инструмента относительно технологических баз детали. Текущую информацию о режиме обработки, состоянии техно- логической системы и выработке сигналов управления, соответ- ствующих принятой стратегии управления, получают с помощью контроля ряда параметров. Для формирования сигналов, про- порциональных этим параметрам, САдУ должна быть снабжена датчиками текущей информации. Их число определяется назначе- нием САдУ, количеством управляющих воздействий и поставлен- ной целью управления; оно может быть различным.

Вид обработки.

Фрез

Цель управления

т 2 X

Обеспече надежнос работы с

±

Максималь использов л:

I Управляющие воздействия \

1 Частота вращения шпинделя \

I Скорость движения привода, подачи \ \

\ Относительное положение инструмента и заготовки |

I Контролируемые параметры \

Дефор техно систе

Положени инстриме и заготов

Автоматизированные системы управления I _£

По алгоритму управления \ \ По алгоритму функционирования X " Замкнутые \ \Разомкнуть/е\ \Ста6илизации

Поиска J

Програнтые

Следящие

\По способности приспособления _1Г ' самоприспособления

I Самоподнастраивающиеся^* -I Самоорганизующиеся I

\Саноалгоритмизирукнциеа&-+-\ Самообучающиеся I

Рис. 3.4. Классификация САдУ металлообработкой

103

3.4. ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ О ХОДЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Во всех САдУ, обеспечивающих управление тех- нологическим процессом относительно одной или нескольких регулируемых параметров, особенно важным является системати- ческое получение информации, характеризующей истинное состоя- ние процесса в каждый момент времени. Получаемая текущая информация должна иметь комплексный характер и непрерывно поступать во время выполнения процесса. Информация должна обладать минимальным временем запаздывания, так как, напри- мер, заготовки, как правило, обрабатывают на высоких режимах резания и процесс изменения рабочих нагрузок и образования погрешностей обработки происходит в десятые и сотые доли секунды. Во время обработки состояние технологической системы харак- теризует комплекс параметров; точность детали б; мощность N, потребляемая на резание, и сила тока / в электродвигателе глав- ного привода; действующие в системе нагрузки, в том числе сила резания Р и крутящий момент Мнр и порождаемые ими упругие перемещения t/д = Лд; температурный режим системы 9°; интен- сивность Л износа режущего инструмента; уровень вибраций ц и характер стружкообразования. Эти параметры являются пере- менными состояниями технологической системы и образуют век- тор ее состояния Т = (б, N, /, Р, Л*„р, ЛД1 9°, h, ц, . . .). Основными возмущающими факторами являются: колебания глубины резания t, твердости Я материала заготовки; переменная жесткость /т. с системы; различная режущая способность Л3 инструмента. Эти факторы образуют соответствующий вектор Ф = С, Я, /,.„, Л,,...). В процессе регулирования воздействие на технологическую систему осуществляется через переменные, к которым относятся S, v, Ас. В ряде случаев в качестве переменных управления используют /т.0 технологической системы или геометрию реза- ния, изменяемые посредством специально встраиваемых датчиков, а также колебания, специально налагаемые на элементы системы. Указанные переменные образуют вектор управления U=(S, о, Л0, ;т.с, ..-)• В зависимости от требуемой точности обработки, технологи- ческих возможностей системы, условий нормального протекания процесса на составляющие векторы Ф, U накладывают некоторые ограничения, которые либо определяют область допустимых зна-

чений переменных, либо устанавливают дополнительные зависи- мости между переменными состояния и управления. Указанные ограничения в системах предельного управления, служащих для управления предварительной обработкой, когда стремятся к использованию максимальной мощности N оборудо- вания, в основном относятся к силовым параметрам нагрузки, действующей в технологической системе. В аналогичных САдУ получистовой и чистовой обработкой ограничения, образующие систему неравенства, относятся непосредственно к параметрам, которые в качестве переменных управления определяют дости- жение требуемой точности обработки. В системах предельного управления в качестве переменных управления в основном используют параметры режима обработ- ки — подачу S и скорость v. В зависимости от принятого алго- ритма управления возможно регулирование по определенному закону одновременно несколькими или одной переменной. Для этого переменные состояния и ограничения представляют как функции от переменных управления. За счет регулирования продольной подачей S поддерживаются в пределах заданных огра- ничений некоторые определенные значения у, N, Р, Мкр и других переменных, характеризующих состояние технологической си- стемы: От| N •^ N др!

При этом в качестве главной регулируемой величины прини- мают одну из переменных состояния. Закон изменения S обеспе- чивает в определенных пределах неизменность этой регулируемой величины в большей части диапазона регулирования. При обра- ботке, например, с N — const

S = (kN/t**vn*)1"*,

где N — заданная мощность резания, кВт; k = (60-102)/CZ. Если при допустимой N какая-либо из других переменных состояния, например Mff или Рх, приближается к предельному значению, происходит дополнительное изменение S и таким обра- зом исключается превышение установленных ограничений. Если переменная управления достигает границ ограничений, определяемых, например, условиями стружкообразования Sp или требованиями к шероховатости Sv обрабатываемой поверхности, то она становится величиной постоянной, равной заданному пре- делу 5 < Sp или S < 5V. В системах предельного управления v может изменяться по определенному закону или поддерживаться на определенном уровне. При изменении радиуса К резания v = const обеспечи- 105

вается бесступенчатым регулированием частоты вращения шпин- деля п= 1000-«з/2яЯ, где 1>„ — заданное значение скорости резания, мин-1. Скорость резания как переменная управления может быть использована для поддержания в определенных пределах требуе- мой мощности N, для управления интенсивностью износа режу- щего инструмента и температурой 6° в зоне резания. Изменение v для поддержания постоянства заданной N при различных зна- чениях t и S определяется выражением

Обеспечение в процессе обработки v = const позволяет повы- сить производительность за счет сокращения основного техноло- гического времени. В качестве примера на рис. 3.5 показана область допусти- мых значений S и v при токарной обработке валов. Область воз- можных значений 5 и и ограничена пределами допустимых зна- чений Nma, М„р тм, Ру шах и ограничениями, налагаемыми на переменные управления S и v. Мощность Afmax, при которой ста- нок работает с полной нагрузкой, может быть обеспечена при раз- личных сочетаниях Sj и vt. При обработке с предварительно выбранной скоростью и2 = const рабочая точка А при глубине резания /г соответствует подаче S2. При уменьшении /, т. е. при /2 < /! кривая /, соответствующая jVmax, смещается (кривая //). В соответствии с этим рабочая точка смещается в положение А, т. е. в сторону большей подачи S3 > S2. При подаче Slr когда обработка происходит с ЛГтах, вступает в действие ограничение верхнего значения скорости резания ишах. При скорости и2 насту- пает ограничение верхнего значения подачи Sraax, обусловленное требованием шероховатости поверхности. Значения M^v шах могут быть обеспечены при обработке при малых и и большой 5, когда резко возрастает составляющая Рг. При определенных условиях обработки возможно увеличение составляющей Ру силы резания" до значения, определяемого тре- бованиями точности детали. В соответствии с поставленной задачей формирование информа- ции о ходе обработки осуществля- ется путем измерения различных переменных. В САдУ точностью установки измеряют три коор- динаты су, br, с^ параллельного смещения и" три угла поворота ау> Ру» h координатной системы V, M/MUH 0,8 S,HM/off Рис. 3.5. Область допустимых зна- чений подачи и скорости резания при токарной обработке валов

устанавливаемой заготовки относительно координатной системы станка. Эти параметры образуют матрицу-столбец погрешности о>У размера Ау установки: шт = (а,, Ьу, с7, ау, 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 шу. В САдУ статической настройкой для управления А0 измеряют в исходном положении точность относительного расположения режущего инструмента и баз станка. В САдУ динамической на- стройкой информацию о размере Аа нужно получить непосред- ственно в процессе резания, что представляет значительные трудности. С точки зрения достоверности информации о Лди его откло- нениях ДЛД наилучшем является непосредственное измерение расстояния между режущими кромками инструмента и базами станка. Однако это весьма затруднительно, а в некоторых слу- чаях и невозможно. Определение Лд путем измерения yt на каж- дом из звеньев технологической системы и последующего их суммирования с учетом передаточных отношений звеньев также весьма сложно, так как требует значительного количества дат- чиков и сумматора сложной конструкции. В ряде случаев эту задачу можно упростить, если измерять суммарные yt основной группы составляющих звеньев, определяющих относительное положение режущего инструмента и заготовки. Одним из возможных и более простых способов определения Ая является измерение относительного перемещения yt двух сопря- женных деталей, размеры которых входят в соответствующую размерную или кинематическую цепь технологической системы. В данном случае выбор источника информации заключается в опре- делении такого стыка в технологической системе, упругие дефор- мации которого наиболее полно отражают характер упругих перемещений на замыкающем звене. Например, при однорезцовом консольном растачивании отверстий в заготовках на горизон- тально-расточных станках в общем балансе упругих деформа- ций #д технологической системы 70—90% составляют упругие деформации у0 консольных оправок, на которых установлен ре- жущий инструмент. При этом между у& и у0 наблюдается зави- симость, близкая к линейной, т. е. уь. — f (t/0). Таким образом, измеряя «/„ относительно шпинделя станка в процессе обработки, можно получить информацию с Ая. При таком способе получения информации следует учитывать передаточные отношения соот- ветствующих звеньев, изменяющиеся при обработке. Например, если определять Лд для случаев обработки деталей в центрах (токарная, шлифовальная и др.) путем измерения относительных 107

смещений уя. ц заднего или уп.ц переднего центра, то нужно учи- тывать смещение точки приложения силы резания Р по длине детали. В общем случае Ая = АРу + ВР,+ СРг, (3.2) где А, В, С — коэффициенты, характеризующие степень влия- ния каждой из составляющих на величину Лд. Эти коэффициенты с приемлемой точностью можно считать постоянными для данного станка, т. е. можно линеаризовать зависимость Ая от соста- вляющих Р,. Прямое измерение размера Лд затруднительно, поэтому ис- пользуют более простые косвенные методы, при которых выби- рают переменную величину, пропорциональную изменениям ДЛД. Это возможно, если Лд и изменяемая величина К функционально взаимосвязаны, т. е. Лд = q> (t, H, 5, v); К = [ (t, Я, S, v). Если представить К в виде, аналогичном выражению (3.1), т. е. если К = aPv + ЬРХ + cPz, то согласно условию зависимости данных функций необходимо соблюдение пропорциональности коэффициентов а, Ь, с и А, В, С. Коэффициенты А, В, С могут быть определены путем иссле- дования характера изменения Ая и составляющих Р = (Рх, Pyt Рг) в области технологического диапазона ^щщ <! t <! tam', •Smin -^ S < SUM*. Размер Лд представляют как модель мно- жественной линейной регрессии для трех переменных управления:

где ЛдЪ Лда, Лдп — размеры динамической настройки, получен- ные экспериментально; Psl, ..., Pxn; Pvlt ..., Pyn; Pti, ..., Pm — соответствующие значения составляющих силы Р, полученные расчетом или экспериментально. Нужно получить такие значения А, В, С, при которых сумма квадратов ошибок Et, т. е. разностей между данными, опреде- ляемыми моделью и выборкой из экспериментальных данных, является минимальной. Ошибки определяют как • разность: EI = Лд — Agi', Et = Лд — Лда;

Е, = Л„ — Л.

Функция ошибки ф = Е\ Н- Е\ + • • • + £п или с учетом выражений (4.2)

<Р = Е" [(AP,i + ВРХ1 + CPtt) - Л„,]«. <=i Для получения значений Л, 5, С, при которых функция ф минимизирована, используют обычные методы математического анализа. Условие минимума: 5ф/дЛ = 0; ду/дВ = 0; дф/дС = 0. Взяв частные производные и приравняв их к нулю, получаем систему трех линейных нормальных уравнений, матричная форма которых имеет вид

i=n Е ^.i

( =п Е я,Л, Е я«|Р« S Pit

Решая эту систему уравнений, получают: А = ДА/А; В = = АВ/А; С = АС/ А, где А, АА, Ав, Ас — определители системы. Размер Лд можно определить при обработке на проход с раз- личными подачами S деталей со ступенчатым распределением припуска на обрабатываемой поверхности (рис. 3.6). Значения составляющих Рх, Ря, Рг силы резания могут быть рассчитаны или измерены трехкомпонентным динамометром. Информацию о размере Лд в процессе обработки можно полу- чить путем измерения одной или нескольких составляющих силы Р специальными динамометрическими узлами (ДУ) раз- личной конструкции. Проектирование и расчет ДУ выполняют с учетом значения и соотношения коэффициентов А, В, С. В за- висимости от конструкции станка и некоторых других условий ДУ могут быть встроены в различные звенья технологической системы. Следует, однако, учитывать, что по мере удаления ДУ из зоны резания увеличиваются погрешность AS, мкм измерения и время запаздывания получения информации. 260 На рис. 3.7 представлена конструкция ДУ для САдУ черновым растачиванием от- гоо1 Рис. 3.6. Зависимость Л„ = /(/, S) для горизонтально расточного станка 2Л6Г4 (диаметр шпинделя 80 мм) МО при консольном однорезцрвом растачивании отвер- стий в радиальных направлениях 0—1 (сплошные линии), 0—3 (штриховые линии). Диаметр консольной °° оправки 75 мм, длина оправки 230 мм, вылет шпин- деля 130 мм, я = 200 мин"1, резец с ф = 45° и пласти- ной из ВК8, материал заготовки чугун СЧ 15—20 ° !// . 0,1 t 0,2 , 0,1 109

Рис. 3.7. Динамометрический узел для САдУ растачиванием отверстий на токарных станках с ЧПУ

верстий на токарных станках с ЧПУ. В качестве источ- ника информации о Лд и АЛД использованы собственные упругие перемещения у0 оправки 3, неподвижно закреплен- ной винтами 6 в корпусе 7 сменного инструментального блока. Внутри оправки 3 установлен с зазором стержень 4; на нем смон- тирован индуктивный бесконтактный датчик, имеющий катушку индуктивности 9, установленную на' регулировочной втулке 8, и якорь 14 в виде винта с дисковой головкой. Воздушный зазор h между катушкой и якорем регулируется вращением последнего и фиксируется гайкой 15. В паз корпуса 7 вмонтирована электри- ческая схема 16 с автономным источником питания, имеющая выход через разъем /3, установленный на крышке 12, на катушку датчика. Гайка 5 служит для регулирования вылета L расточного резца. В отверстии оправки 3 смонтирован виброгаситель 1. При врезании резца 2 в заготовку под действием составляющих Рх, Pv оправка 3 упруго прогибается относительно торца (сече- ние /—/) корпуса 7 на величину Уо х„ = P,L43EJ+P.RL42EJ, где L — расстояние от вершины режущих кромок до сечения /—/; /? — 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 пере- мещается вместе с последним без прогиба из-за наличия зазора между ними. Вследствие перемещения правого конца стержня с катушкой 9 изменяется аазор А и индуктивность катушки,

110

При тарировке ДУ установлены зависимости y0xv = f (h)'. = f (Pxy), близкие к линейным. Сигнал с датчика, пропор- циональный у0ху, а следовательно, и Рху, поступает в усилительно- преобразующее устройство УПУ через передающую 11 и прием- ную 10 антенны. По контрольному прибору УПУ можно судить о значении и направлении у0жу> а также о Рху в каждый момент времени обработки. Конструкция ДУ позволяет измерять про- гиб y0i оправки, вызванный составляющей Рх, индуктивным датчиком, расположенным под углом 90° относительно первого датчика. Прогиб Уог = PZL*/3EJ. По контрольному прибору УЯУ можно судить о значении уог и Рг. Наличие в УПУ сумматора позволяет определить на осно- вании у01, у0ху сигнал, пропорциональный вектору силы резания, и использовать его для управления Pxv, Рг или Р = (Рх, Pv, Pz). Иногда разработка ДУ, определяющего значение и направле- ние Ап с учетом степени влияния всех трех составляющих Р, представляет некоторые трудности. Поэтому создают ДУ для определения Лд путем измерения одной или двух составляю- щих Р. Для определения Ая путем измерения силы, передаваемой через неподвижные или подвижные стыки пар сопрягаемых - деталей, могут быть использованы малогабаритные ДУ. Напри- мер, для САдУ черновой обработкой на станках токарного типа ДУ (рис. 3.8) выполнен в виде болта, в корпусе 3 которого рас- положены стержень 12, упругая разрезная втулка 5 (из стали 65Г) и шарик 4. Осевая фиксация стержня и регулирование Предва- рительного сжатия втулки 5 осуществляют гайкой 10. Внутри втулки неподвижно закреплен консольный элемент 8 с тензоме- трическим датчиком. В консоль элемента 8 упирается винт б, служащий для регулирования его предварительного прогиба. Электрические сигналы с этого элемента снимаются через разъем 2. ДУ устанавливают в резцедержатель 11 вместо одного из болтов крепления резца 9. Предварительной тарировкой ДУ установлена зависимость между осевой силой Р0 и деформа- цией ув = / (Р„) втулки 5, а также прогибом уг.а элемента 8, электрические сигналы с которого поступают в УПУ. По кон- трольному прибору последнего можно судить о значении и откло- нениях Р0. При обработке под действием составляющей Рг происходит деформирование резца в плоскости действия этой рилы. В резуль- тате прогиба резца или деформирования в стыке между ним и рез- цедержателем стержень перемещается, так как корпус ДУ жестко закреплен гайкой 7. Вследствие этого изменяются величины у„ УГ. 3. Устройство / (УПУ) фиксирует это отклонение. Конструктивные параметры ДУ могут изменяться в зависи- мости от места его установки, значения и направления действу- ill

ющих на устройство сил. Малогабаритное ДУ, предназначенное для встраивания в стыки пар сопрягаемых деталей, показано на рис. 3.9. ДУ состоит из стального (сталь 65Г) упругого корпуса 2, обладающего высокой жесткостью и имеющего сквозной паз. В нем на текстолитовой прокладке 6 неподвижно закреплена разжимная планка 4, которая стянута винтом 5 и жестко крепит гетероэпитаксиальный элемент 3, выполненный в виде камер- тона, со свободной консолью которого контактирует регулировоч- ный винт 10, выполненный из диэлектрика. Винтом создается предварительный натяг элемента 3. Подвод питания и съем сиг- налов с элемента 3, поступающих в УПУ (поз. 11), осуществляется через разъем 8. Кожух 1 закрывает измерительную часть ДУ. Два штифта 9 служат ограничителями прогиба корпуса 2 и ис- ключают его поломку. На нижнюю часть корпуса напылен слой 7 твердосплавного материала, обладающего высокой износостой- костью. Пример использования ДУ показан на рис. 3.10. Устрой- ства /—5 устанавливают в пазы, выполненные в направляющих стола 6 станка по правилу шести точек. Стол в процессе обработки имеет поступа- тельное движение относи- тельно станины 7. Глубина каждого паза такая, чтобы

Рис. 3.8. Малогабаритный динамомет- рический узел для САдУ точением на токарных станках 112

Рис. 3.9. Динамометрическое уст- ройство для измерения деформации в стыках

Рис. ЗЛО. Схема расположения динамометрических устройств в стыке между направляющими стола и станины станка

корпус ДУ был предварительно деформирован на определен- ную величину. Под действием сил и, моментов, возникающих в технологиче- ской системе при резании, происходит деформирование стыков и стол изменяет свое первоначальное положение. В результате деформации корпусов ДУ изменяются пропорционально переме- щению точки, в которой они установлены. Сигналы с упруго- чувствительных элементов 3, возникающие в результате дефор- мирования и пропорциональные ей, поступают в УПУ (поз. 8), где сравниваются и суммируются по определенному алгоритму. УПУ выдает информацию о пространственном положении стола в любой момент времени. Выбор источника информации о ходе обработки на многоцеле- вых станках с ЧПУ затруднен чередованием в определенной последовательности заданной УП работы различных инструмен- тов, выполняющих различные виды обработки. На рис. 3.11 представлен универсальный ДУ для САдУ предварительной обработкой на многоцелевых станках. ДУ позволяет получать информацию о ходе различных видов обработки (фрезеровании, рассверливании, зенкеровании, растачивании). Универсальность ДУ обеспечена тем, что стандартная часть измерительной схемы размещена одинаковым конструктивным способом в корпусе каждой оправки, несущей режущий инструмент. Например, для однорезцового растачивания эта часть, состоя- щая из призм 8, 11, 18, 19, установлена в корпусе 20 расточной оправки следующим образом: призмы 18 и 19 расположены -непо- движно, каждая соответственно в глухих отверстиях /5 и 4, выполненных в коническом хвостовике оправки. Призмы 8 к 11 расположены в сквозном отверстии 10, выполненном в консоли корпуса, симметрично относительно друг друга и призм 19 и 18. Отверстия под призмы соединены между собой отверстиями 7 и 12 малого диаметра и закрыты резиновыми пробками. Другая часть ДУ неподвижно закреплена на выступающей консоли шпинделя 5 станка. Во внутренней проточке цилиндрн- 113

Рис. 3.11. Конструкция динамометрического узла для САдУ обработкой на многоцелевом станке сверлильно-фрезерно-расточного типа

ческого кольца /5 установлены точечный источник света 2, фото- приемник 14, электросхема 3 и автономный малогабаритный источник питания /. Снаружи кольца 13 расположена передаю- щая антенна 16, на корпусе 21 шпиндельной коробки установлена приемная антенна 17, между антеннами имеется диаметральный воздушный зазор Л. Контроль за процессом, например, однорезцового растачива- ния отверстий посредством ДУ осуществляется следующим обра- зом. Манипулятор станка устанавливает оправку в шпиндель станка, находящийся, в определенном угловом положении, где ее закрепляют. При этом автоматически включается точечный источник света, луч от которого через отверстие б в шпинделе попадает на призму 19, отражается, идет на призму в и после отражения от призм 5, 11, 18 падает в центр 0 фотоприемника (начало отсчета фиксируется электрическим способом). При врезании резца 9 в заготовку под действием равнодей- ствующей Я,, силы резания консоль оправки прогибается относи- тельно шпинделя (в плоскости /—/). При этом сечение //—//, в плоскости которого расположены призмы 8 я 11, изменяет свое первоначальное положение относительно сечения /—/. Призмы 18 и 19 остаются неподвижными относительно шпинделей, так как они расположены дальше сечения /—/. В результате луч света перемещается по рабочей поверхности фотоприемника на вели- чину ДЯ(, относительно точки 0, пропорциональную прогибу уйхд консоли оправки и силе Яжу. Консоль оправки прогибается на величину у0 также в плоскости действия силы Рг.

Вследствие изменения положения сечения II—// луч света перемещается по марке фотоприемника на величину Az, которая пропорциональна yw и Рг. Таким образом луч света переходит из точки 0 в точку 01 на величину ДР, пропорциональную значе- нию возникшего вектора силы резания Р. Фотоприемник выдает электрические сигналы, пропорциональные Дж„, Az, которые поступают на передающую антенну, затем по каналу радиосвязи на приемную антенну и далее в УПУ (поз. 22), в котором уси- ливаются и могут суммироваться. В УПУ подается также сигнал с ЗУ, (поз. 23), пропорциональный силе Р, которую необходимо поддерживать постоянной в процессе обработки (величина уставки). При равенстве значений и знаков сигналов, поступающих с ЗУ и ДУ, обработка ведется с S = const. При отклонении в ту или иную сторону входных данных заготовок, затуплении режущего инструмента изменяются Р, уху, уг и соответственно Джу, Az и Др. Электрические сигналы, пропорциональные изме- нениям последних, поступают в УПУ, сравниваются с сигна- лами ЗУ и УПУ выдает сигнал рассогласования, который по- дается в блок управления подачей САдУ и в соответствии с кото- рым путем изменения S осуществляется корректировка хода обработки. При этом для управления могут быть использованы сигналы, пропорциональные отдельно Джу (уйху ~ Pxv) и Az (Ук ~ PZ) или Ар ~ Р (последнее повышает точность управле- ния). При растачивании резцовыми блоками, резцовыми головками, рассверливании насадными головками, сверлении отверстий боль- шого диаметра, зенкеровании отверстий преобладают деформа- ции скручивания оправок. Конструкция измерительной части оправок аналогична. Отличаются только их диаметральные раз- меры, длина и места крепления режущего инструмента. Напри- мер, при зенкеровании насадными зенкерами под действием Рг, действующих на каждом зубе инструмента (R — радиус резания), консольная часть оправки скручивается (Мкр = PZR). При этом сечение //—// изменяет угловое положение относительно сече- ния /—/. То же самое происходит с призмами 8 и 11, которые поворачиваются относительно призм 19 и 18, места установки которых не подвергаются деформациям скручивания. В резуль- тате луч света перемещается по поверхности фотоприемника на величину Az, пропорциональную возникающему под действием Рг крутящему моменту. Сигнал с фотоприемника, пропорциональ- ный Az, поступает в УПУ. Корректировка процесса обработки осуществляется аналогично вышеизложенной. При отсутствии какой-либо оправки в шпинделе станка элек- тросхема устройства автоматически отключается. При разра- ботке конструкций ДУ в ряде случаев целесообразно использо- вать магнитоупругие датчики, работающие на принципе магнито- стрикционного эффекта. Применение таких датчиков обеспечивает 115

получение информации о ходе обработки с минимальными кон- структивными изменениями узлов станка. Размер Лд может быть определен на основе информации о моменте Л4кр = PZR, возникающем на шпинделе станка. При этом нужно систематически учитывать изменение радиуса реза- ния /?. Задача получения информации о значении Мкр возникает при создании систем предельного регулирования. При управле- нии процессами сверления, рассверливания, растачивания, зен- керования или, фрезерования М„р является одним из главных регулируемых параметров. Информацию о Л1КР получают либо непосредственно на шпинделе станка, либо с одного из промежу- точных валов коробки скоростей посредством тензометрических датчиков, наклеиваемых на вал, или съемных датчиков с токо- съемником. При этом следует учитывать разницу в передаточном отношении между валом и шпинделем. Информация о размере Лд и его отклонениях ДЛД может быть получена путем измерения в процессе обработки таких параметров, как мощность N двигателя главного привода, сила тока / в фазах двигателя, изменение давления масла р„ в поло- стях силовых цилиндров станка и др. Эта информация является достаточно достоверной, так как указанные параметры функцио- нально связаны с одной из составляющих вектора Р, а следова- тельно, и с величиной упругого перемещения на замыкающем звене. Степень полноты и достоверности получаемой информации следует оценивать в каждом конкретном случае. Для измерения N используют датчики мощности, для измерения / применяют трансформаторы тока, а для измерения давления масла — дат- чики давления. Эффективная мощность резания

Следовательно, при t>con8t мощность Na пропорциональна Рг. Вращение инструмента или заготовки осуществляется от электро- двигателя через механическую передачу. Связь между N9 и элек- трическими параметрами, характеризующими мощность электро- двигателя, определяется зависимостью

Na = ywi cos фт] • 10-», (3 5)

где U, I — напряжение и сила тока в фазе электродвигателя; Ф — угол сдвига по фазе между током и напряжением; т^ — КПД передачи, т] = г\эг\м, п; здесь т)э — КПД электродвигателя; TJM. „ — КПД механической передачи. После подстановки в формулу (3.4) выражения (3.5) и соот- ветствующих преобразователей получим

Р, = 60..102-/3i//,jcos фт|/10»0. (3.6)

Если параметры U, oos <p, T) изменяются при обработке в пре- делах 10—15%, то это не оказывает существенного влияния на процесс управления, т. е. можно считать, что Рг ~ /. Оснащение станков САдУ с получением информации по N или / дает возможность более равномерного использования мощ- ности, потребляемой главным двигателем. Однако, как показы- вает анализ формул (3.4), (3.6), с изменением v параметры N9, I и Pz меняются в разной степени. Поэтому при получении инфор- мации о АЛд путем измерения N к I следует предусматривать соответствующую коррекцию. Например, при наружном обтачи- вании заготовки ступенчатого вала нужно учитывать изменение диаметральных размеров на различных шейках. То же касается и растачивания ступенчатых отверстий на станках расточного типа. На шлифовальных станках коррекцию необходимо выпол- нять с учетом изменения диаметра шлифуемой детали и шлифо- вального круга, на фрезерных станках — с учетом изменения диа- метра фрезы. Подставляя в формулу (3.4) значение скорости о = 2я#п/1000 и выполнив преобразование, можно получить NB = kPzRn,

где k — 2я/(60-102-1000) — постоянный коэффициент; R — ра- диус резания, мм; п — частота вращения шпинделя, мин~г. Из формулы следует, что при управлении по Pz на основе информации о N или / нужно учитывать R и га. Для получения информации о значении и изменениях К используют специальные датчики положения рабочего органа станка. Источники информации об изменении Ад определяют статиче- скую характеристику САдУ, т. е. закон изменения выбранной переменной управления. Косвенные методы измерения Ая пред- полагают наличие функциональной связи между измеряемой величиной и одной или несколькими составляющими Р = (Рх, Ру, PZ). Информация о Лд, учитывающая влияние одной или двух составляющих Р, предопределяет погрешности управления, кото- рые заключаются в том, что изменения управляющего воздействия не компенсируют отклонения Лд. В результате эффективность управления процессом обработки несколько снижается. Погрешность Дд< размера Ая, обусловленную изменением вели- чины упругого перемещения при регулировании по одной (Рх, Pv, Pz) или двум (Рх Ру; PyPi, PXPZ) составляющим Р, можно определить экспериментально или аналитически. Эта погреш- ность при регулировании по одной из составляющих AM = Лд ш«х — Лд щш при i = (x, у, z), (3.7) где Ая шах и Лд mm — значение упругого перемещения соответ- ственно для наибольшего Zmax и наименьшего гщщ припуска. 117

Подставив в уравнение (3.6) значение Дд, согласно выраже- нию (3.1) и преобразовав его соответствующим образом, получим о ДР„ АР, О ДР.» ДРГ АР, О где АР*», АР1у Ргя. — п по Р„приращение Рж, Рг при управлении лРгя. — приращения Р„, Рг при управлении по P АРЖ1 — приращения Р„ и Р* при управлении по Рг. Эффективность использования САдУ во многом определяется скоростью поступления информации и быстродействием работы системы. При проектировании САдУ эти факторы должны быть учтены как основные. ДУ, расположенные рядом с зоной резания, обеспечивают значительно меньшее запаздывание информации, чем датчики N или /, расположенные в конце кинематической цепи технологической системы.