5.6. Системы адаптивного управления станочным

оборудованием ГПС

Для того чтобы в процессе резания компенсировать отклонения уровней первоначальных настроек, например размера динамической настройки инструмента из-за значительного изменения упругодеформационного состояния станочного оборудования ГПС, целесообразно применять простые по структуре системы адаптивного управления, отдельные узлы которой должны быть реализованы в соответствии со сформулированными в п. 3.2 принципами.

Этим требованиям отвечает автоматическая система контроля наезжания, поломки и износа инструмента на базе детали «упор» (см. рис. 2.5) револьверной головки токарного станка модели ТПК-25 ВН2. Система обладает расширенными функциональными возможностями, в частности предотвращает поломку деталей и узлов станка в момент, когда подвижные узлы станка наезжают на препятствия (см. рис. 3.14), предотвращает поломку инструмента при приближении накопленного износа режущих граней инструмента к предельно допустимым значениям и прекращает рабочие движения при значительных сколах граней или поломке инструмента в целом.

Рис. 5.6. Автоматическая система контроля наезжания,

поломки и износа инструмента.

В состав системы (рис. 5.6) входят измерительный преобразователь 1 (ВСТД на базе детали «упор 77300.502.102»), инструментальный усилитель 2 (описание приведено в п. 3.6), два регистрирующих прибора 3, блок сравнения 4, блок сигнализации и аварийной остановки 5, револьверная головка станка 6 с размещенными в позициях ее поворотной планшайбы инструментами, счетчик позиций револьверной головки 7, коммутатор у ставок 8, библиотека у ставок 9 и индикатор номера инструмента 10.

В библиотеке 9 должны храниться априорно полученные значения предельных у ставок (типовых осциллограмм дефектов, см. рис. 3.14), При их отсутствии система обучается непосредственно на станке с использованием всех ее элементов, для чего угловым позиционированием планшайбы револьверной головки находят требуемую позицию, в которой размещен аттестуемый неизношенный инструмент с заданными геометрическими параметрами, и при установленных параметрах режимов обработки производят резание, фиксируя прибором 3 электрический сигнал (уровень у ставки). Для обеспечения надежного функционирования системы в целом предусмотрена автоматическая коррекция (на 5—10%) найденного экспериментально значения у ставки. Таким же образом аттестуются все остальные инструменты и выявляются характерные зависимости изменения регистрирующего сигнала. В дальнейшем, в процессе резания, происходит непрерывное сопоставление текущих значений измерительных сигналов с эталонными и идентифицируются сбои в работе технологического оборудования.

Высокой эффективностью работы вследствие учета реального силового нагружения и фактического ресурса инструмента, повышенной точностью изготовления деталей за счет стабилизации сил резания обладает система адаптивного управления применительно к станкам токарной группы моделей ТПК-125 ВН2, 16К20ФЗ и др., оснащенным револьверной головкой 11 (рис. 5.7). В одной из позиций поворотной планшайбы головки размещен стенд 1, а в остальных — режущие инструменты 8, скомплектованные а соответствии с выбранным технологическим процессом изготовления детали 3. В состав системы входят также датчик 12 для регистрации усилия

Рис. 5.7. Система адаптивного управления с обучающим стендом:

Upct— значения у ставок силы резания, полученные на стенде; Up—третья производная текущего сигнала об изменении силы резания; 1_детi — длина i-й обрабатываемой поверхности детали.

резания (ВСТД, см. гл. 3), размещенные на режущем инструменте датчики 10 (линейного размера) и 9 (коррекции), встроенный в узел станка исполнительный механизм 15 (см. п. 5.3), датчик осевого положения каретки суппорта 16 (датчик обратной связи типа «индуктосин», группа 1011111); дифференцирующее устройство 13 дискретного действия, анализатор сигналов 14, блок памяти 7, вычислительное устройство 20, сумматор 17, первое 19 и второе 18 сравнивающие устройства. Стенд 1 выполнен в виде двурезцовой наладки с неподвижным 2 и подвижным 4 (с возможностью радиального перемещения)

режущими инструментами. Сила резания контролируется динамометрическим устройством 5, а изменение радиального положения инструмента 4 — микрометрическим винтом 6, Датчики 10 и 9 измеряют расстояния до поверхности соответственно заготовки и детали, что позволяет фиксировать фактическую толщину удаляемого слоя с учетом износа и тепловых деформаций инструмента. Дифференцирующее устройство 13 обеспечивает получение на выходе сигналов, пропорциональных первой, второй,..., n-й производным входного сигнала.

Рис. 5.8. Зависимость силы резания P_z от изменения глубины резания Ц при обработке резцом (сплав Т15К6) деталей из различных материалов: 1 - сталь 40Х; 2 - сталь 45; 3 - сталь 35.

Рис. 5.9. Временные диаграммы, поясняющие работу системы адаптивного управления: а — изменение силы резания при работе без системы; б — работа исполнительного механизма системы; в — изменение силы резания при работе с системой (обозначения зон I—III см. на рис. 2.4)

По априорно известному значению припуска на обработку

где i=l, ..., к — число обрабатываемых поверхностей детали; j= 1, ..., п — число технологических переходов для снятия общего припуска на i-и поверхности детали, в вычислительном устройстве 20 рассчитываются припуски t_ijp на обработку по всем j-м технологическим переходам для каждой i-й поверхности детали.

Работа стенда основана на создании переменного силового нагружения в диапазоне прилагаемых нагрузок и заключается в получении зависимости P_z=f(t_ij) (рис. 5.8). Для этого при размещении стенда в исходной позиции работают в режимах с изменяющейся глубиной резания: от ее минимального до максимально возможного значения, фиксируют составляющие сил резания и полученные значения и t_ijp и Р_xi,_yi,_zi заносят в блок памяти 7 (см. рис. 5.7).

В дальнейшем, при резании, сигнал U_p с выхода датчика 12 подается на дифференцирующее устройство 13. В анализаторе 14 фиксируется переход через границы зон приработки, нормального и катастрофического изменения сил резания (износа). Выходной сигнал анализатора используется для выбора Одного из запомненных значений t_ijв._з по сигналу U_{p тек}. Сигнал с выхода сумматора 17, пропорциональный фактической толщине удаляемого слоя t_ijф, сравнивается в устройстве 19 с расчетным значением %, а их разностный сигнал - в устройстве 18 сопоставляется с выбранным из блока 7 одним из запомненных значений t_ijр. Разностный сигнал поступает, на исполнительный механизм, который за счет радиального перемещения изменяет толщину удаляемого слоя материала. При этом датчик 16 продольного перемещения каретки суппорта станка регистрирует линейные координаты, в которых вносилась коррекция. Одновременно в вычислительном устройстве с учетом произведенной на j-м технологическом переходе коррекции происходит перерасчет припуска на j+1-м переходе и на всех оставшихся п — (j+1) технологических переходах. Благодаря коррекции, вносимой исполнительным механизмом, начиная с момента времени т. е. после окончания периода приработки, сила резания стабилизируется.

На рис. 5.9 представлены временные диаграммы, поясняющие работу исполнительного механизма и системы в целом. Для сравнения там же показаны графики зависимости составляющих силы резания при работе без системы.

Высокопроизводительный характер обучения системы позволяет оперативно выявлять искомые зависимости изменения сил резания от глубины резания для всей гаммы закрепленных за станком марок инструментальных и обрабатываемых материалов, а поддержание силы резания на постоянном уровне — повышать точность изготовления деталей. Внесение исполнительным механизмом корректирующих воздействий увеличивает протяженность временной зоны нормального износа инструмента, предотвращает преждевременную его поломку, повышает производительность резания за счет увеличения длительности работы инструмента и сокращения времени на его смену и наладку на размер, а также улучшает качество поверхностного слоя детали.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Адаптивное управление технологическими процессами / Ю. М Соломенцев, В.Г. Митрофанов, СП. Протапопов и др. - др. - М. : Машиностроение, 1980. - 530 с.

2. Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов. - М.: Машиностроение, 1981. - 392 с.

3. Глухов В.И. Разработка и аттестация методик выполнения измерений. Омск.: Изд-во Омск политехи, ин-та, 1983. -88 с.

4. Горелин А.Г., Скрипник В.А. Методы распознания. -М.: Выш. шк., 1984. - 208 с.

5. Долгов Н.И. Расчет наружных колец подшипников качения // Расчеты на прочность - М.: Машгиз, 1960. - С.66-79.(Вып.6)

6. Евстегнеев М.Ю. Использование электрических явлений для диагностики механических узлов. - М.: ЭНИМС,1982. -17 с.

7. Кадыров Ж.Н. Автоматическое измерение неразмерности движения в станках токарной группы // Автоматические линии и металлорежущие станки. 1985. - Вып.7. - С, 17-19. -(Экспресс-информ.)

8. Кадыров Ж.Н. Алгоритм работы переналаживаемого устройства контроля диаметров валов в автоматизированном производстве // Автоматизированные производства и робототехника. - 1987. - Вып. 7. - С. 10-12. - (Экспресс-информ)

9. Кадыров Ж.Н. исследование устройств для измерения износа резца // Изд. Вузов. - 1981. - №9. - С. 118-123.

10. Кадыров Ж.Н. Контроль сил резания в автоматизированном производстве //Машиностроитель. - 1986.-№10.-С.24.

11. Кадыров Ж.Н., Акбаров Х.У. Оптимизация выбора условий проведения и технических средств диагностики состояния автоматического станочного в машиностроении и приборостроении, - Омск.: 1985. - С. 8-13.

12. Кадыров Ж.Н. Повышение точности механической обработки на токарных станках с ЧПУ // Станки и инструмент.

- 1980.- № 4. - C.l 1-12

13. Кадыров Ж.Н. Устройство подналадки инструмента для токарных станков с ЧПУ // Машиностроитель. 1987. -№11. -С. 19.

14. Кузнецов А.П., Иванов М.Г. Методы воздействия на теплостойкость металлорежущих станков / ВНИИТЭМР. - М.: 1986.-60 с.

15. Нахапетян Е.Г.Диагностирование оборудования гибкого автоматизированного производства. М.: Наука, 1985. -225 с.

16. Подураев В.Н., Барзов А.А, Горелов В.А. Технологическая диагностика резания методом акустической эмиссии. М.: Машиностроение, 1988. -56 с.

17. Проектирование датчиков для измерения механических величин. / Под. Ред. Е.П. Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979,-480 с.

18. Сверхрегенераторы /М.К. Белкин, Г.И. Кравченко, Ю.Г. Скоробутов и др. - М.: Радио и связи. 1983. - 240 с.