Библиографическое описание:

Мустафаев Г. А., Сидорчик Е. В. Использование датчиков адаптивного управления для повышения качества обработки деталей на станке с ЧПУ // Молодой ученый. — 2013. — №9. — С. 60-62.

Отличительной чертой адаптивной системы управления для достижения высокой точности при обработке детали на токарном станке с ЧПУ является корректирование приводов исполнительных рабочих частей станка по текущей информации о подконтрольных процессах и значениях параметров обработки.

Ключевые слова: управление технологическими процессами, адаптивное регулирование, повышение эффективности обработки путем программирования.

Введение и постановка задачи исследования. Общим для большинства существующих систем адаптивного управления при обработке металлических изделий на станке с ЧПУ является использование в качестве канала регулирования только привода подач. При этом по условиям требований точности обработки, особенно контурной концевыми фрезами, не полностью используется мощность привода главного движения и соответственно — потеря производительности. Наличие запаса мощности привода главного движения делает возможным и актуальным адаптивное управление динамической настройкой по двум каналам — приводу подач и приводу главного движения.

Специфика технологических процессов контурной обработки деталей на станках с ЧПУ определяет требования, предъявляемые к адаптивной системе: совмещение черновой и чистовой обработки в одной программе; выполнение черновой обработки при максимальной нагрузке на инструмент по критерию его прочности; выполнение чистовой обработки при максимальной скорости с обеспечением точности размера формируемых поверхностей деталей.

Предлагаемые методы решения. Рассматривая разработанную под руководством автора адаптивную систему числового программного управления контурной обработкой токарных станках типа Haas SF, Haas VL можно заметить, что система по каналам главного движения и подачи контурной обработкой обеспечивает одновременное предельное регулирование скорости привода главного движения в пределах, ограничиваемых нормативной стойкостью, и подач по критерию точности размера детали при максимальном использовании мощности привода токарно-револьверного станка с ЧПУ с шаговым приводом.

При контурном точении подрезными резцами специфичным является также то обстоятельство, что часто черновая выборка массы металла сопровождается чистовым формированием поверхности, обрабатываемой торцом инструмента. Учитывая, что специфика деформации инструмента влечет за собой разворот плоскости его торца относительно обрабатываемой поверхности, необходимо в этом случае за критерий обработки принимать не прочность инструмента, а качество формируемой чистовой поверхности.

Итак, адаптивная система ЧПУ должна поддерживать на заданном уровне нагрузку на инструмент по критерию прочности для черновой обработки [1] и по критерию точности при чистовой обработке с максимальным использованием мощности регулируемого привода главного движения [2] в пределах нормативной стойкости и подач в пределах заданных ограничений.

Указанные требования диктуют необходимость контроля текущих значений параметров, связанных с процессом регулирования мощности, величины подачи на зуб, частоты вращения и нагрузки на инструмент при черновом и чистовом режимах с заданием соответствующих ограничений.

В адаптивных системах ЧПУ станками используют датчики текущей информации значений выбранных параметров обработки. При управлении черновой обработкой применяют силовые датчики: крутящего момента, силы резания и ее составляющих, амплитуды колебаний, упругой деформации инструмента и исполнительных органов, например, шпинделя станка.

По полученной от датчика текущей информации автоматически корректируются траектория движения инструмента и оптимизируется {стабилизируется) режим резания при непредвиденных, случайных изменениях условий обработки.

Для оптимизации процесса обработки используют кроме силовых датчики температуры в зоне резания, износа инструмента и др. При чистовой обработке наиболее оптимальным будет адаптивное управление по информации о текущих значениях размеров обрабатываемых поверхностей и их качестве.

Специфической особенностью силовых датчиков адаптации является то, что они включаются в упругую систему СПИД и должны обладать высокой жесткостью и одновременно высокой чувствительностью [3]. При этом во избежание поломок быстродействие должно быть высоким (порядка 0,01с). Высокой чувствительностью обладают датчики, основанные на использовании магнитоупругого эффекта. Это видно из сравнения: коэффициент тензочувствительности магнитоупругих преобразователей достигает 400; полупроводниковых преобразователей — 100; проволочных тензорезисторов — 2.

Рассмотрим конструкцию магнитоупругого датчика крутящего момента (рис. 1).

Рис. 1 Конструкция магнитоупругого датчика крутящего момента

Датчик состоит из корпуса, зафиксированного и закрепленного в нем магнитопровода и крышки. Магнитопровод состоит из пакетов, собранных из тонких листов электротехнической стали, склеенных между собой. Крайние пакеты имеют в 2 раза больше полюсных выступов, чем средний с бескаркасными» катушками возбуждения. На выступах крайних пакетов смонтированы измерительные катушки. Катушки возбуждения соединены так, что магнитные полюса на соседних выступах чередуются [3]. При включении питания переменным током частоты 500–1500 Гц катушки возбуждения создают магнитный поток, который замыкается через чувствительные элементы (вал, шпиндель, втулку) и наводит ЭДС в каждом из плеч измерительных катушек.

Когда крутящий момент передается через колесо, то рабочим будет правый датчик, а компенсационным — левый. В соответствии с величиной крутящих моментов, передаваемых колесами, толщина стенок чувствительного элемента неодинаковая (правый тоньше), что повысило чувствительность датчика в области малых моментов. Использование компенсационных и рабочих датчиков обеспечило уменьшение пульсаций результирующего выходного сигнала в 5–6 раз по сравнению с выходным сигналом рабочего датчика.

В адаптивной системе оптимизации (АСО) фирмы Haas, предназначенной для повышения эффективности чистовой обработки на плоскошлифовальном станке, управляемом от ЭВМ, использованы датчики для измерения скорости вращения шпинделя, крутящего момента и вибраций. Критерием оптимизации служит максимальная скорость съема припуска при обеспечении заданной шероховатости поверхности. Следовательно, для большей оптимизации процесса обработки на станке с ЧПУ необходимо корректировать параметры уже в коде управляющей программы, чтоисходя их полученных экспериментальных данных уменьшает время обработки в 1,4–3,2 раза.

Критическое обсуждение результатов исследований. Проведенные экспериментальные работы, промышленное испытание станков с адаптивными системами ЧПУ доказывают их перспективность в повышении эффективности (производительности, качества, снижения себестоимости) обработки деталей.

Адаптивное управление является действенным методом повышения эффективности обработки на станках с ЧПУ. Однако, несмотря на простоту идеи адаптивного управления, реализация ее затруднена из-за ряда еще не решенных проблем. Главными из них являются две. Одна из них связана с неполнотой имеющихся представлений о явлениях, происходящих при резании, и созданием промышленных средств измерения; другая — с необходимостью реализации значительного числа нелинейных функций, таких, как запоминание информации датчиков, логические и арифметические операции и т. д. Интенсивные исследования по этим проблемам уже дают результаты. Применение в адаптивных системах редактирования кода на программном уровне позволяет существенно расширить и усложнить алгоритмы оптимального и предельного регулирования без значительного увеличения затрат и уменьшении необходимости в специальной аппаратуре.

Литература:

1.                  Адаптивное управление технологическими процессами / Ю. М. Соломенцев [и др.]. — М.: Машиностроение, 1980. — 536 с.

2.                  Методы оптимизации. Текст. / Ю. И. Дегтярев -Учеб. пособие для вузов. М.: Сов. радио, — 1980. — 272 с.

3.                  Оптимизация эксплуатационно-технологических процессов в машиностроении / А. В. Чистяков, В. И. Бутенко, А. Я. Гоголев, Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, — 1997. — 228 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle