Выбор источников информации для управления процессом обработки на токарных станках

УДК 621.91.002

© Ю.А. Кареев, В.А. Тимирязев, 2011

ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ

Рассмотрены вопросы выбора источников информации для управления процессом обработки на токарных станках с использованием адаптивных систем управления.

Ключевые слова: адаптивные системы, динамическая настройка, источники информации.

В адаптивных системах, обеспечивающих управление точностью и производительностью обработки деталей на станках, важным является вопрос систематического получения информации, характеризующей состояние процесса. Получаемая информация должна иметь комплексный характер и непрерывно поступать в процессе выполнения операции. Так как обработку выполняют на высоких режимах резания, а процесс нарастания нагрузок и образования погрешностей происходит в десятые и сотые доли секунды, то становится понятной необходимость получения информации с минимальным временем запаздывания.

Источники информации во многом определяют статистическую характеристику системы и влияют на эффективность управления. Прямое измерение размера динамической настройки Ад, т.е. измерение отклонений между режущими кромками инструмента и базами, определяющими положение заготовки, представляет значительные трудности. Поэтому используют косвенные методы измерения АД, основанные на измерении упругих перемещений в отдельных стыках или в специально встроенных динамометрических устройствах. Создание динамометрических устройств основано на выявлении зависимости между размеров динамической настройки Ад и составляющими силы резания Р = (Рх, Ру, Рг):

Ад = APх +BP Y + CPz,

где A, B, C — коэффициенты, характеризующие степень влияния каждой из составляющих на Ад.

Рис. 1. График зависимости усредненных значений квадратов сил тока (I2) двигателей приводов поперечной, продольной подач и шпинделя в зависимости от пути прохода резца (Ь) при подаче 8=0,3 мм/об

Для определения коэффициентов А, В, С используют специальную методику, сущность которой заключается в определении характера изменения размера Ад при различных режимах обработки < г < ^ах,

8тт < 8 < 8тах, в определении соответствующих значений составляющих Рх, Ру, Pz и расчете на основе этого коэффициентов А, В, С.

Процесс обработки на станках связан с потреблением энергии соответствующего привода. Поэтому изменение нагрузки в технологической системе, связанное с колебанием припуска, твердости, находит отражение в изменении информационных характеристик электропривода станка, и в частности в изменении потребляемой мощности N и силы тока I. При этом информация, получаемая о размере АД по информационным характеристикам привода, является достоверной, так как измеряемые параметры функционально связанные с измерением одной или нескольких составляющих силы резания. Например, изменение мощности или силы тока электродвигателя главного движения характеризует изменение главной составляющей силы резания Pz =>(^ I), а

изменение аналогичных параметров электродвигателя в приводе подачи характеризует изменение составляющих PX, PY.

На рис. 1 приведен график зависимости усредненных значений квадратов сил тока (I2) двигателей приводов поперечной, продольной подач и шпинделя в зависимости от пути прохода резца (Ь) при подаче ^=0,3 мм/об токарного станка с ЧПУ 16А20Ф3 при обработке партии ступенчатых заготовок для валов из стали 45.

Использование информационных характеристик привода станка для получения данных о нагрузке и возникающих при этом отклонениях не требует создания специальных узлов и встраивания их в станок. Это наиболее удобно для многоцелевых станков, в которых применяют высокомоментные электродвигатели постоянного тока с короткими кинематическими цепями. Погрешность измерения и время запаздывания при получении и обработке информации при этом получаются минимальными.