3. Вибір структури системи управління технологічним процесом металообробного верстата

Один із варіантів функціональної схеми системи, що забезпечує стабілізацію потужності різання на фрезерному верстаті, подано на рис. 3.1.

Рис 3.1. Функціональна схема системи стабілізації потужності різання

Тут зображені два приводи. Перший, з двигуном М1, побудований за системою ТП-Д, забезпечує подачу стола С верстата з заготівкою З. Другий, з асинхронним двигуном М2, обертає фрезу Ф. Потужність різання залежить від багатьох факторів і змінюється головним чином під впливом зміни глибини та ширини фрезерування. Для компенсації впливу цієї збурювальної дії на потужність фрезерування потрібно автоматично змінювати швидкість подачі стола. Для контролю потужності фрезерування застосовано датчик ДП активної потужності асинхронного двигуна М2 головного руху верстата.

Напруга U_дп датчика ДП разом з напругою U_к корегуючого пристрою КП надходить на функціональний перетворювач НЛ (нелінійна ланка), який формує напругу U_тз від'ємного технологічного зворотного зв'язку. Сигнал U_у завдання швидкості подачі є підсумковим сигналом різниці між напругою U_з завдання найбільшої швидкості подачі та напругою U_тз.

Електричні принципові схеми елементів систем необхідно розробити на основі визначених вимог до кожного елемента. При цьому потрібно використовувати сучасну елементну базу.

4. Розрахунок та побудова статичних характеристик системи управління технологічним процесом

Основою розрахунку статичних характеристик системи має бути структурна схема для усталеного режиму роботи системи. Ця схема складається на основі розробленої функціональної схеми.

Рисунок 4.1 - Структурна схема системи стабілізації потужності для усталеного режиму роботи

На структурній схемі електропривод подачі представлено ланкою з коефіцієнтом

де U_зmax = 10В – максимальне значення напруги завдання швидкості електро­привода подачі;

_max – максимальне значення кутової швидкості двигуна подачі.

Коефіцієнт механічної передачі електропривода подачі

де S_max – максимальна швидкість подачі стола, мм/хв.

Коефіцієнт передачі датчика потужності

де U_{дп max} – максимальна напруга на виході датчика потужності, В;

= 2∙3 = 6 кВт – максимальна потужність різання.

Функціональний перетворювач, що реалізує типову нелінійність типу "зoнa нечутливості", поданий на структурній схемі рис. 4,1 напругою порівняння U_ср та пропорційною ланкою з коефіцієнтом К_нл. Напруга порівняння:

Для визначення коефіцієнтів передачі процесу обробки К_п та функціонального перетворювача К_нл потрібно провести розрахунок статичних характеристик розімкнутої системи у вигляді залежності потужності Р_z від швидкості подачі S.

Я вибрав фрезу з швидкоріжучої стали Р6М5 діаметром D_ф=50 мм, зубів z=6. Будемо обробляти цією фрезою чавунну заготовку, при глибині t_p = 3 мм. За довідником [7] виписую потрібні коефіцієнти для різання сірого чавуну НВ=190.

При торцевому фрезеруванні для досягання продуктивних режимів різання ширина різання повинна бути на 1,25 менше діаметру фрези

Таблиця 4.1. Коефіцієнти і показники степені в формулі швидкості різання для обраної фрези

Cv	q	x	y	u	p	m
72	0,7	0,5	0,2	0,3	0,3	0,25

Таблиця 4.2. Коефіцієнти і показники степені в формулі сили різання для обраної фрези

Cp	x	y	u	q	w
30	0,83	0,65	1	0,83	0

Імперична формула швидкості різання

де: – коефіцієнт, який враховує якість оброблювального матеріалу

– коефіцієнт, який враховує стан поверхні заготівки

– коефіцієнт, який враховує матеріал інструменту

Частота обертання фрези:

Швидкість подачі

Головна складова сили різання

де: t_p – глибина фрезерування, мм;

В – ширина фрезерування, мм;

D_ф – діаметр фрези, мм;

n – частота обертання фрези, об/хв;

z – кількість зубів фрези;

S_z =0,35 – подача на зуб (рекомендована за літературою [7]), мм/зуб;

C_p, q, x, y, u, w — коефіцієнти і показники степеня, які залежать від оброблюваного матеріалу і інструмента;

K_p=1 — коефіцієнт, що враховує умови обробки.

Потужність обробки в усталеному режимі роботи

Розрахуємо графіки залежності (потужність різання від величини подачі) величини для глибин фрезерування t_р = 1, t_р = 3, t_р = 5, t_р = 10 мм з постійною швидкістю різання.

Рисунок 5.2 ‒ Статичні характеристики:

За графіком, що відповідає максимальній збурювальній дії (глибині обробки t_р =7 мм), визначається при максимальній величині швидкості подачі S_max=1120 мм/хв максимальну потужність різання у розімкнутій системі Р_{z max}.

Коефіцієнт передачі процесу обробки

Cтатична похибка потужності у розімкнутій системі

Задаємося потрібною величиною статичної похибки Δ=5% у замкнутій системі. Розраховуємо величину коефіцієнта підсилення розімкнутої системи

Визначити потрібний коефіцієнт передачі функціонального пере­тво­рювача, що забезпечить потрібну величину похибки Δ у замкнутій системі

На основі структурної схеми (рис. 4.1) може бути одержане рівняння статичної характеристики замкнутої системи

де: ;

k_п – коефіцієнт передачі процесу обробки.

Задаючи величини K_п < K_пmax розрахувати цю характеристику при Р_z > P_zз. При Р_z < P_zз система є розімкнутою, і її статична характеристика описується формулою

Рисунок 5.3 ‒ Статичні характеристики:

Напруга завдання швидкості подачі для даного технологічного процесу: