Курс лекций (Тема 20,21,22,23) (1252158), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

б)применением измерительных щупов разного типа (рис. 21.2);

в)на основе применения контрольно-измерительных машин (КИМ).

Приборы активного контроля применяются непосредственно во время обработки деталей. Это в первую очередь на шлифовальных станках и редко на других из-за наличия в зоне обработки стружки и СОЖ.

В станках с ЧПУ наиболее широко применяется второй вариант измерения деталей и режущих инструментов измерительными щупами.

Измерительный щеп при этом может устанавливаться:

-в одной из позиций револьверной головки (для токарных станков) (рис. 21.3);

-в оправке в инструментальном магазине, откуда он устанавливается в шпиндель станка (рис. 21.4);

-на специальном кронштейне или подвижной руке.

Измерение точности обработки заготовки непосредственно на станке с ЧПУ стало возможным благодаря достаточно высокой точности позиционирования его рабочих органов, на которые устанавливается измерительный щуп (дискретность перемещений привода подач в современных станках с ЧПУ равна 1 мкм, а в некоторых и 0,1 мкм).

Однако во время измерений на станке последний простаивает (теряем производительность). Кроме того, для обеспечения точности измерений необходимо с детали с режущего инструмента удалять стружку и остатки СОЖ. С другой стороны при обнаружении брака его можно исправить.

При третьем варианте контроль точности обработки детали проводится после ее снятия со станка на контрольно-измерительной машине. Этот способ измерения более надежный, он может проводиться по многим размерам с обработкой полученных данных на ЭВМ.

Измерительный щуп является съемным, и поэтому передача сигнала от него в процессе измерения должна выполняться бесконтактно. После цикла измерения щуп должен автоматически удаляться из зоны обработки. Приемник сигнала щупа желательно располагать дальше от зоны обработки, чтобы на него не попадали СОЖ и стружка. Этим условиям отвечает измерительный щуп с использованием инфракрасного излучения для передачи сигнала (рис. 21.3 и 21.4).

Достаточно прост и надежен также индуктивный способ передачи сигнала касания (рис. 21.5).

Цикл работы измерительного щупа следующий:

-быстрый подвод к заготовке;

-касание заготовки, что служит сигналом отвода щупа назад на 1,25 мм;

-медленный подвод щупа для измерения;

-быстрый отвод щупа в исходное положение.

Контроль износа и поломки режущего инструмента особенно важен при работе станков с ЧПУ в условиях безлюдного производства, учитывая относительно небольшую стойкость инструментов (40-60 минут), недопущение его критического износа и поломки.

Первой задачей является контроль возможной поломки осевого режущего инструмента для предотвращения получения бракованных деталей и возможной поломки узлов станка.

На рис. 21.6. показаны схемы разных вариантов контроля поломки инструментов. Они основаны на контактном ощупывание инструмента после обработки подпружиненным контактным штоком , который в случае нормального состояния сверла замыкает конечный выключатель на головке. При втором способе сверло, опускаясь, давит на подпружиненную втулку и замыкает первый микровыключатель. Опускаясь дальше, оно замыкает второй микровыключатель , который фиксирует его конечное положение. Полученных данных вполне достаточно для того, чтобы с большой точностью определить поломку сверла или неверную установку его по глубине. При третьем способе положение сверла контролируется измерительной головкой.

Состояние инструмента может контролироваться бесконтактно фотоэлектрической системой, когда инструмент пересекает луч света, падающий на фотодиод.

Тема 22. Предохранительные и блокирующие системы.

Предохранительные системы, построенные на основе применения различных ИП, применяются на станках с ЧПУ во избежание его поломок в результате неаккуратной и невнимательной его эксплуатации.

Указанные ИП могут устанавливаться во всех приводах подач, в приводе главного движения и в других узлах и механизмах.

Так, в приводах подач ИП в виде конечных выключателей выполняют аварийный останов рабочего органа станка при достижении им в результате сбоя работы УЧПУ крайнего положения хода, предотвращая поломки этого рабочего органа и его привода. Также в приводах подач установлены ИП, позволяющие выставлять в нулевое положение рабочий орган станка. Введены они для согласования начала координат СЧПУ и станка, что предохраняет станок от поломок в результате их рассогласования.

В узле шпинделя устанавливают ИП, которые контролируют правильный разжим и зажим оправки с режущим инструментом в шпинделе станка.

Блокирующие ИП устанавливаются на станках с ЧПУ для контроля закрытия шторок рабочей зоны станка. Если последние не закрыты - станок не включается.

Имеются также и другие примеры применения указанных выше систем.

Тема 23. Адаптивные системы управления.

23.1.При обработке заготовок на станках с ЧПУ уровень оптимальности принятых режимов резания зависит от того, насколько точно начальная информация характеризует действительные условия протекания процесса обработки и насколько изменяются исходные параметры, принятые при расчете и составлении УП (припуск, твердость обрабатываемого материала, жесткость технологической системы и др.).

В действительности условия процесса обработки изменяются во времени случайным образом по следующим причинам:

– непрерывно изменяются режущие свойства инструментов, которые невозможно точно определить в данный момент;

– неопределенные свойства всей технологической системы (упругие и температурные деформации, вибрации);

– для каждой заготовки из обрабатываемой партии имеется разброс припусков, твердости, структуры металла и др.

Адаптивные (самоприспособляющиеся) системы управления в отличии от систем ЧПУ обеспечивают автоматическое приспособление процесса обработки заготовки к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям. Это приспособление осуществляется на основе информации, получаемой системой управления непосредственно в процессе обработки заготовок.

Ha основе получаемой информации о текущем состоянии процесса обработки система адаптивного управления, увеличивая или уменьшая съем металла с заготовки путем соответствующего изменения скорости резания и подачи, поддерживает постоянным предельное значения какого-либо заданного параметра обработки (например, силы резания) или в более общем, но и более сложном случае – обеспечивает получение оптимальных значений точности, производительности или себестоимости обработки заготовок.

23.2.Предпосылками появления и развития адаптивных систем управления являются:

– необходимость автоматизации мелкосерийного производства, особенностью которого является большая номенклатура изготовляемых деталей и, как следствие этого, весьма широкий диапазон изменения обрабатываемых материалов, режимов резания, припусков на обработку, твердости материала заготовок и др.;

– необходимость обработки заготовок из новых материалов, по режимам резания которых нет проверенных данных;

– необходимость повышения точности изготовления деталей с компенсацией влияния на нее случайных факторов (колебания припуска, твердости и др.);

– необходимость ограничения режима обработки, заданного УП, в том случае, когда превышаются возможности станка (по допустимым значениям Р, М_кр, N);

– необходимость выполнения сложных видов обработки с обеспечением требуемого качества, экономичного расходования режущего инструмента, предохранением инструмента от поломок (например, при сверлении отверстий диаметром до 3 мм в заготовках из жаропрочной стали);

– упрощение процесса подготовки УП;

– необходимость объединения проектирования и обработки с оптимизацией их выполнения и др.

Измеряемыми параметрами, характеризующими процесс обработки, могут быть: сила резания; вибрации; t ⁰C резания; M_кр на шпинделе; мощность приводного двигателя N.

Наиболее информативным показателем процесса резания является изменение силы резания, которое обусловлено совместным влиянием изменения припуска на обработку, колебания твердости обрабатываемого материала, затупления режущего инструмента и др.

23.3.Классификация адаптивных систем управления и их характеристика.

Адаптивные системы управления можно разделить на две группы: а)предельного управления и б)оптимального управления.

Адаптивные системы предельного управления обеспечивают постоянное значение заданных параметров процесса резания при действии различных возмущений (рис. 23.1).

Так, в условиях переменных припуска и твердости материала заготовки (возмущения) эта система управления стабилизирует заданное предельное значение силового параметра резания (например, силу резания Р, крутящий момент на шпинделе M_кр или мощность резания N), получая от ИП сигнал, соответствующий действительному значению этого параметра. Это производится соответствующим увеличением или уменьшением подачи S(на величину S), скорости резания V(на величину V) и получения в результате этого скорректированных значений S_K и V_K, подаваемых на приводы станка. Наибольшее применение получили адаптивные системы предельного управления, в которых регулируемой величиной является только подача S.

Рассмотрим пример черновой обработки заготовки 1, имеющей припуск 3 с твердым включением 4 на фрезерном станке с ЧПУ фрезой 2 (рис. 23.2).

Величина припуска на заготовке переменная по длине обработки (от t_min до t_max) и кроме того все заготовки в данной партии имеют разное случайное распределение этого припуска.

В случае выбора подачи S_об в обычном случае мы можем принять припуск равным t_max. В этом случае подача S_об имеет минимальное значение и инструмент работает в хороших условиях с точки зрения износа, но получаем длительное время обработки и низкую производительность

При выборе S_об исходя из величины припуска t_min, ее величина подачи получается очень большой, время обработки сокращается, но стойкость инструмента резко падает, а при съеме припуска с твердым включением наступает критический износ и возможна даже поломка инструмента.

При выборе значения S_об исходя из среднего значения припуска результат получается лучше, но здесь частично теряем и в стойкости инструмента и в производительности.

При обработке данной заготовки на станке с адаптивной системой управления подача S_ад будет переменной в зависимости от величины снимаемого припуска. Система адаптивного управления на основе измерения силы резания в процессе обработки и сравнения ее с заданным предельным значением регулирует величину подачи (S на рис. 23.1), поддерживая постоянное значение силы резания. Поэтому при увеличении или уменьшении припуска сила резания, измеряемая ИП, возрастает или уменьшается. Система адаптивного управления снижает или увеличивает подачу, чтобы возникающая сила резания была равна ее установленному предельному значению.

Как видно из рис. 23.2. при наличии твердого включения 4 подача фрезы S_ад резко падает, чтобы не было повышенного износа или поломки инструмента. Это особенно важно при сверлении небольших отверстий, когда система адаптивного управления работает как предохранительная система.

На рис. 23.3. показаны примеры обработки разных заготовок, когда измеряется величина припуска (рис. 23.3,а и б) и когда встречается твердое включение (рис. 23.3, в).

На рис. 23.3, г показаны пример учета износа инструмента при фрезеровании труднообрабатываемого материала, а на рис. 23.3, д учет наличия на заготовке необрабатываемого участка.

Предельные значения параметров, которые задаются данной системой при управлении обработкой, определяются на основе предварительного исследования процесса обработки.

Адаптивные системы оптимального управления (рис. 23.4) при обработке заготовок осуществляют автоматический поиск и поддержание таких сочетаний скорости резания V и подачи S, которые обеспечивают экстремальное значение целевой функции Н обработки (точность, производительность или себестоимость обработки) при наличии технических ограничений и действии возмущающих воздействий (колебаний припуска, твердости материала заготовки, изменения режущих свойств инструмента и др.).

Техническими ограничениями являются максимальные и минимальные значения параметров, допустимых на данном станке: S_max, S_min, n^max_шп, n^min_шп, максимально допустимая глубина резания, уровень вибраций и др. (рис. 23.5).

Основой для построения адаптивных систем оптимального управления является математическая модель управляемого процесса обработки, задающая аналитически систему технических ограничений области поиска оптимальных режимов резания и выражающую зависимость критерия оптимальности от параметров процесса обработки.

Так, американская фирма «Bendix» разработала адаптивную систему оптимального управления фрезерный станком.

В основу был положен критерий максимально возможной производительности Н. Была составлена математическая зависимость этого критерия, которая была положена в основу работы системы управления (рис. 23.6).

Н = ,

где - скорость съема металла; a-норма накладных расходов; - время смены режущего инструмента; b – величина амортизации режущего инструмента; - скорость износа режущего инструмента; - максимальный допустимый износ режущего инструмента.

Задачей системы управления в данном случае, используя указанную математическую зависимость для данных условий обработки, найти такие значения режимов резания (V и S) при которых будем иметь максимально возможную производительность (см. рис. 23.6).

Адаптивные системы управления особенно эффективно применяют на фрезерных станках при обработке сложных заготовок концевыми фрезами небольшого диаметра, на токарных станках – при обработке заготовок сложными фасонными резцами с поперечной подачей, на электроэрозионных станках и др.

Однако широкое внедрение адаптивных систем управления в металлообработке сдерживается пока большой сложностью и высокой стоимостью этих систем (особенно адаптивных систем оптимального управления) , а также часто еще недостаточной эффективностью их применения обусловленной целым рядом причин:

– недостаточными знаниями математических зависимостей для разработки моделей управляемых процессов резания, особенно при обработке новых материалов;

– отсутствием во многих случаях необходимых измерительных средств (измерительных преобразователей требуемых размеров, точности, надежности, быстродействия, помехоустойчивости и др.);

– неприспособленностью конструкции многих металлорежущих станков и их отдельных механизмов к наиболее рациональному размещению этих преобразователей на станке, недостаточностью быстродействия отдельных механизмов станка и др.

Характеристики

Список файлов лекций