7. Примеры систем управления

Система автоматической компенсации радиальной составляющей силы резания

при токарной обработке.

При обработке детали 1 резцом 2 под действием силы прижима резца появляется изгиб детали, что приводит к снижению точности ее обработки. Люнеты 2 поддерживают деталь и, принимая на себя усилие резца, и не дают возможности детали деформироваться.

Система работает следующим образом. На деталь со стороны резца действует поперечная сила резания, с другой - сила люнетов, определяемая усилием на штоке цилиндра 4. Эти силы измеряются датчиками Д1, Д2. Для отсутствия деформации изгиба обрабатываемой детали 1 усилия с датчиков Д1 и Д2 должны быть равными. В противном случае разница между показаниями датчиков прикладывается к детали, вызывая деформацию изгиба.

Объектом управления является механическая система обработки детали. Роль задающего воздействием выполняет поперечная составляющая силы резания, приводящая к изгибу заготовки. Она измеряется датчиком Д1. Возмущающими воздействиями являются изменения структуры материала, глубины, подачи, скорости резания. Они приводят к нарушению равновесия между усилиями Д1 и Д2. Управляющим воздействием является положение люнетов, изменение которого приводит к изменению жесткости системы и перераспределению поперечного усилия резания между обрабатываемой деталью и люнетами. Элемент сравнение определяет разность между заданным усилием (Д1) и текущим значением ( Д2). Устройство управления по ошибке регулирования определяет расстояние, на какое расстояние нужно переместить люнет. Исполнительным механизмом является силовой цилиндр. Промежуточный элемент гидроусилитель 5 обеспечивает усилие и преобразование сигнала регулятора для обеспечения движения силового поршня.

При появлении возмущающего воздействия, например, повышении жесткости материала заготовки, усилие резания повышается. При неработающей системе управления усилие люнетов не уравновешивает повышенное усилие резца и отодвигается назад и заготовка начинает прогибаться. При этом внутренние напряжения заготовки уравновешивают разность усилий резца и люнета. При работе системы управления в момент начала повышения усилия резца появляется разность на выходе элемента сравнения и управляющее устройство повышает усилие цилиндра, не допуская деформации заготовки.

Проведенный анализ позволил выявить объект управления, все элементы системы управления, входные и выходные факторы, а также закономерности работы объекта управления и элементов системы.

Система управления скоростью резания при отрезке заготовки

При постоянной скорости подачи резца в процессе отрезки, вследствие уменьшения диаметра отрезаемой детали, скорость резания уменьшается, что существенно сказывается на производительности стадии. Данная система управления обеспечивает постоянную линейную скорость резания при изменении диаметра резания.

Объектом управления является процесс резания заготовки отрезным резцом, а именно, закономерности изменения скорости резания по мере уменьшения радиуса резания. Выходным регулируемым параметром является линейная скорость резания, управляющим параметром является скорость подачи резца по оси X. В данном случае положение резца по осиX функционально связано с диаметром резания, поэтому выходной регулируемой переменной является положение резца по осиX, измеряемое датчикомDx. Управляющим воздействием является угол поворота выходного вала электропривода ЭД, который через редуктор связан с положением резца относительно центра заготовки. Возмущающим воздействием является изменение в процессе отрезания линейной скорости резания. Задающим воздействием является закон изменения во времени положения резца относительно центра заготовки. Управляющее устройство УУ, магнитный усилитель МУ, электрический двигатель являются остальными элементами системы, обеспечивающими ее работоспособность.

Структурная схема системы управления приведена на рисунке 2. В процессе резания данная система, чтобы обеспечить выполнение задания, постоянно увеличивает подачу резца, тем самым обеспечивая постоянное значение линейной скорости резания.

Система управления силой резания для стабилизации

упругих деформаций при фрезерной обработке

Объектом управления системы является процесс фрезерования. Значение силы резания Pz определяет величину упругих деформаций всех элементов системы (фрезы, заготовки, приспособления, рабочего стола), от которых, в свою очередь, зависит точность обработки. Значение силы резания необходимо поддерживать в заданном диапазоне (±5%), чтобы деформации и точность обработки были в допустимых пределах.

Таким образом, управляемым выходным параметром объекта управления xявляется сила резанияP_z, фактическое значение которой определяется с помощью датчика Д_Pz.

Задающим сигналом g_задявляется заданная сила резанияP_zзад, а задатчиком будет являться оператор, вводящий значениеP_zзадв систему управления.

e(p)



Величина силы резания зависит от скорости подачи, которая в данном случае является управляющим воздействием. Исполнительным механизмом является двигатель привода подачи стола станка (с редуктором). Изменение скорости подачи производится путем управления напряжением, подаваемым на электродвигатель.

Определение ошибки регулирования eзначения силы резания от заданной величины производится на элементе сравнения (сумматоре).

Возмущающим воздействием fявляется совокупность факторов, влияющих на процесс резания (подача, глубина резания, скорость резания, свойства обрабатываемого материала, неравномерность припуска заготовки).

Управляющим устройством является ПИД-регулятор.

Электронный усилитель ЭУ является промежуточным элементом, служащим для усиления сигнала с управляющего устройства.

Структурная схема системы управления.

где УУ – ПИД-регулятор;

ЭУ – электронный усилитель;

ОУ – объект управления с электроприводом;

Д – датчик.

Передаточные функции элементов системы управления