Файл: Адаптивное управление металлорежущими станками..pdf

обще не обеспечивают текущей оптимизации обработки в соответ­ ствии с реальными параметрами процесса резания, то использо­ вание бесіпоисковых адаптивных систем для относительной опти­ мизации вполне оправдано на современном уровне развития зна­ ний о процессе резания.

Накопленный опыт свидетельствует о том, что чаще всего адап­ тивное управление тем эффективнее, чем выше степень автомати­ зации самого станка и цикла обработки. В этом плане большой интерес представляет создание систем управления с самопрограм­ мированием обработки, т. е. таких систем, которые позволяют вести оптимальную обработку ів условиях минимума исходной ин­ формации. В наиболее совершенном варианте эта информация должна быть сведена к перечислению сведений, имеющихся в рабочем чертеже обрабатываемой детали; все остальные указа­ ния и команды, необходимые для получения годной детали, долж­ ны формироваться самой системой управления. В отличие от принципов работы наиболее совершенных традиционных систем правления — систем ЧПУ с применением ЭВМ — эти указания и команды должны формироваться на основе не только описания детали и среднестатистических сведений о инструменте, заготов­ ках и .рекомендуемых режимах резания, но и с использованием информации об особенностях конкретных заготовок, инструментов и процесса резания в каждый момент обработки; при этом эффек­ тивность изготовления детали должна быть наибольшей возмож­ ной в данных условиях.

Такую задачу можно определить как задачу самопрограмми­ рования с оптимизацией обработки; решение ее возможно только на основе методов адаптивного управления.

В зависимости от технических возможностей и экономических соображений уровни самопрограммирования в каждой конкретной системе управления могут быть различны: регулирование только режимов резания, например подачи и скорости резания, сочетание такого регулирования с назначением оптимальной траектории (или только назначение оптимальной траектории), выбор наиболее подходящего инструмента и определение необходимости его заме­ ны и т. д.

На рис. 1 показана структура системы управления с самопро­ граммированием. Принятый в системе уровень самопрограммиро­ вания определяет соотношение информации, поступающей по ка­ налам I, II и III, и, следовательно, устанавливает необходимый объем исходной программы.

Система управления с самопрограммированием включает эле­ менты как программного, так и адаптивного управления; в наи­ более совершенном виде она должна включать адаптивные систе­ мы самопрограммирования траектории, регулирования режимов резания и выбора инструмента. Так как управление рабочими органами стайка осуществляется обычно через систему програм­ много управления, назначением соответствующих адаптивных си-

стем является формирование для этой системы дополнительных программ, компенсирующих недостаток информации в исходной программе.

В этом смысле подобный комплекс устройств можно рассматри­ вать как самонастраивающуюся систему, если под самонастройкой понимать изменение алгоритма работы, которым является исход­ ная программа; использование термина «самопрограммирование» представляется более удобным, так как в данном случае он более четко определяет решаемую задачу.

Рис. 1. Структура системы управления с самопрограм­ мированием траектории

В современных АС уровень самопрограммирования невысок: в лучшем случае, речь идет о регулировании режимов резания и самопрограммировании траектории черновых проходов. Нам пред­ ставляется, что этот уровень будет повышаться, так как только подобные системы управления действительно смогут решить зада­ чу автоматизации индивидуального и мелкосерийного производ­ ства.

Следует отметить, что самопрограммирование режимов реза­ ния, т. е. назначение оптимальных режимов резания при вариа­ ции условий обработки в самых широких пределах, является зна­ чительно более сложной задачей, чем оптимальное регулирование, например, скорости резания и (или) подачи при вариации тех же условий в узком диапазоне. Очевидно, действительное самопро­ граммирование режимов резания окажется возможным только тогда, когда будут созданы поисковые системы оптимизации; область применения беспоисковых систем ограничена областью адэкватности действительности принятой модели резания. Это не 'исключает использования беспоисковых систем для регулирования режимов резания и в широком диапазоне вариаций условий реза­ ния; однако эффективность такого применения пока не поддается

расчету.

Для формирования алгоритма работы беспоисковой АС тре­ буется такая модель резания, которая в первую очередь опреде-

лила бы связь стойкости инструмента с режимами резания. В рабо­ те [12], например, перечисляется десять зависимостей, предложен­ ных исследователями; там же отмечается, что для расчетов опти­ мальных режимов резания наиболее употребительна эмпирическая степенная зависимость как самая удобная.

Действительно, использование этой зависимости дает возмож­ ность получить простые уравнения для расчета оптимального ре­ жима, а также теоретически обосновать подход к разработке ал­ горитмов АС, показать сущность уже известных систем и прибли­ женно оценить их эффективность.

При практическом использовании указанной модели резания следует учитывать, что ее достоверность для различных видов об­ работки и материалов детали и инструмента неодинакова. Наи­ более изучена токарная обработка углеродистых конструкционных сталей. В соответствии с этим расчеты различных алгоритмов ре­ гулирования сделаны для этого варианта обработки; в случае не­ обходимости и знания соответствующих констант подобные рас­ четы могут быть проведены и для других вариантов. Весьма воз­ можно, что в этих случаях будут получены иные результаты и сделаны другие выводы.

Для практического применения результатов расчетов большое значение имеет оценка их достоверности. Этот вопрос не возни­ кал бы, если бы существовало единство взглядов на достоверность использованных в расчетах степенных зависимостей стойкости и силовых параметров резания от режимов резания. Такого единст­ ва в теории резания нет, и ответ может быть получен только на основе экспериментальной проверки эффективности действия АС. Однако при такой проверке возникает ряд затруднений.

Дело в том, что единственно правильными критериями эффек­ тивности обработки являются критерии, учитывающие соотноше­ ние стойкости инструмента и времени его смены, стоимости и т. п. Следовательно, для экспериментальной проверки изменения таких критериев в условиях обработки с АС и без нее следует вести контроль изменения стойкости инструмента, а подобные стойкостные испытания трудоемки и не всегда дают надежные результаты. Именно этим, как нам представляется, объясняется отсутствие работ, посвященных анализу эффективности АС. Отдельные рабо­ ты, в которых выводы об эффективности АС делаются без учета стойкости инструмента или эта стойкость определяется на одномдвух экземплярах инструмента, недостаточно убедительны, и их выводы могут приниматься во внимание только тогда, когда апри­ ори известно, что введение АС слабо или совсем не влияет на стойкость инструмента (по сравнению с его стойкостью при рабо­ те без АС).

Следует надеяться, что со временем будут разработаны вполне достоверные методы сокращенных стойкостных испытаний, кото­ рые будут эффективны и при исследованиях АС.

Другим серьезным затруднением является отсутствие четких представлений о методике назначения исходных предельных зна­ чений различных ограничений. Этот вопрос в теории резания раз­ работан еще недостаточно, и практически режимы резания назна­ чаются в большей степени интуитивно, на основе имеющегося опыта. В таких условиях экспериментальная проверка эффектив­ ности АС может оказаться недостаточно объективной и не всегда отражающей действительность.

Проведенный в данной работе анализ оптимального регулиро­ вания режимов резания может быть использован при рассмотре­ нии общих закономерностей построения АС, предназначенных для повышения производительности (снижения себестоимости) черно­ вой обработки, а предложенная методика расчета эффективности различных, алгоритмов регулирования режимов резания и влияния погрешностей, присущих реальным АС, может быть использована для предварительных оценок при их проектировании.

Кроме того, для получения представления об отдельных эле­ ментах АС в разделах 3 и 4 приведены сведения об измеритель­ ных средствах и методах измерений, которые применяются или могут быть использованы в качестве датчиков обратной связи по параметрам резания. В разделе 5 показаны возможности обеспе­ чения устойчивого, т. е. безвибрационного резания, а также воз­ можность регулирования глубины резания по ограничению, нала­ гаемому вибрациями.

В связи с большими перспективами, которые открываются с развитием систем управления с самопрограммированием, в разде­ ле 6 описаны некоторые алгоритмы самопрограммирования тра­ ектории черновых проходов, реализованные (или реализуемые) в ряде АС. В разделе 7 систематизированы отрывочные сведения по АС для токарных станков, имеющиеся в проспектах зарубеж­ ных фирм и частично в описаниях патентов. Так как отечествен­ ные АС описаны в ряде сводных работ, их дублирование было призвано излишним.

Введение и разделы 1, 2, 7 написаны М. С. Городецким, раздел 3—Л. Н. Цейтлиным, раздел 4—Е. Р. Гордоном и М. С. Городец­ ким, раздел 6 — Г. В. Бронштейном и М. С. Городецким, раз­ дел 5 — В. В. Каминской.

1. РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

Исходным понятием при построении адаптивных систем регу­ лирования режимов резания является понятие «оптимального» режима. Ниже рассматриваются некоторые критерии, позволяю­ щие оценить оптимальность процесса резания, и определяется критерий, используемый при анализе адаптивных систем, предназ­ наченных для повышения эффективности черновой обработки.

Для построения адаптивной системы следует также найти по­ ложение оптимальных режимов в многомерном пространстве управляемых переменных, определяющих эти режимы, и на осно­ ве полученных результатов установить технологические законы регулирования этих переменных для оптимизации обработки при случайных изменениях условий резания.

Критерий оптимизации. Критерием эффективности обработки деталей резанием являются приведенные затраты, учитывающие технологическую себестоимость изготовления деталей требуемого качества и эффективность капитальных вложений в оборудование, осуществляющее обработку.

Оценка эффективности обработки по приведенным затратам является наиболее полной и отражает все издержки обществен­ ного труда. Оценка эффективности по времени резания, продол­ жительности съема единицы объема металла или по расходу ин­ струмента является частным случаем оценки по проведенным за­ тратам. Критерий приведенных затрат в различных модификациях широко используется в отечественной и зарубежной литературе и служит основой как для расчетов режимов резания при стабиль­ ных условиях обработки [14—16], так и в качестве функции цели управления для адаптивных систем.

Как показано в работах [14 и 17], при оценке эффективности собственно процесса резания должна учитываться та часть при­ веденных затрат Ѳ, которая зависит от режима резания. Эта часть при обработке конкретной детали может быть определена по формуле