Файл: Адаптивное управление металлорежущими станками..pdf

ся незначительно. По полученным таким образом фотографиям спектров при разных режимах резания строились графики зависи­ мости амплитуды колебаний с частотой f0 от глубины резания (рис. 9в).

Рис. 98. Примеры зависимостей амплиту­ ды а различных частотных составляю­

щих колебаний от глубины резания:

Максимальная глубина резания, при которой нет вибраций, определялась по минимальному значению амплитуды колебаний «доп (принятому условно постоянным во всем диапазоне режимов резания), соответствующему резкому увеличению амплитуды (ска­

чок производной d— ). На рис. 99 приведены кривые границ устой- dt

чивости, построенные но значениям глубины резания t, соответст­ вующим аДопЭти кривые аналогичны приведенным на рис. 93 и 94, полученным при непосредственном определении предельной глуби­ ны резания.

В ходе экспериментов не удалось обеспечить полной однознач­ ности ряда параметров: обработка велась несколькими резцами, которые перетачивались; расстояние от края заготовки до зоны резания менялось, хотя и в незначительных пределах, и т. п. Все

низкочастотные автоколебания; вылет резца 25 мм; <1=95 мм; £ —550 мм;

/о“ 160 гц

это обусловило разброс экспериментальных данных. При попытке выявить причины максимальных отклонений отдельных точек было отмечено, что при прочих равных условиях существенно меньшие значения предельной глубины резания соответствуют острому ин­ струменту. Сопоставляя спектры, полученные при резании острым и притупленным резцом (см. рис. 97, а и б), можно видеть, что для спектра при обработке притупленным резцом характерно на­ личие заметных амплитуд колебаний на высокой частоте, соответ­ ствующей частоте собственных колебаний системы инструмента; при работе острым инструментом колебаний на этой частоте обна­ ружить не удается.

Анализ спектров и кривых границ устойчивости при работе Тупым и острым инструментом (см. рис. 99, а я в) позволяет отме­ тить следующее:

динамические характеристики замкнутой системы, соответству­ ющейобработке тупым и острым инструментом, оказываются раз­ личными, по-видимому, в результате различия как динамической характеристики процесса резания, так и приведенных параметров упругой системы (например, за счет изменения направления силы резания);

по мере затупления инструмента интенсивность низкочастотных колебаний на частоте потенциально неустойчивой формы умень­ шается, а высокочастотных на частоте собственных колебаний рез­ ц а — увеличивается. В связи с этим уровень отношения амплитуды низкочастотных и высокочастотных колебаний можно рассматри­ вать как один из показателей, характеризующих темп износа ин­ струмента [91];

так как в реальных условиях всегда имеет место работа, «по следу» в большей или меньшей степени притупленным инструмен­ том, использованное выражение для динамической характеристики резания не может обеспечить требуемую точность расиета. Для решения этой задачи прежде всего необходимо уточнить динами­ ческую характеристику процесса резания.

С учетом особенностей спектрального состава колебаний при разных режимах резания прибор для автоматического определения момента приближения к границе устойчивости можно построить на следующем принципе. Сигнал датчика скорости абсолютных ко­ лебаний, установленный на одном из узлов станка, через усили­ тель подается на систему параллельных полосовых фильтров. Если в одном из фильтров уровень амплитуд оказывается равен некото­ рому заданному, это свидетельствует о приближении к границе устойчивости. Задаваемый предельный уровень в каждой из полос частот может быть разным (обычно тем выше, чем «иже частота), и зависит от места расположения датчика, уровня колебаний холо­ стого хода на этой частоте и т. п. Для определения значений пре­ дельного уровня и выбора места датчика необходимо проведение экспериментов.

При построении прибора могут быть использованы не только ■особенности спектра, но и изменения временного процесса при приближении к границе устойчивости. Как известно, ^в условиях, близких к границе устойчивости, колебания с частотой потенциаль­ но неустойчивой формы колебаний модулируются по амплитуде низкой частотой, в частности, определяемой числом оборотов шпинделя. Это явление объясняется влиянием переменности жест­ кости упругой системы по углу, переменности глубины резания в пределах оборота и т. п. При устойчивом резании модуляция практически не проявляется; по мере приближения к границе устойчивости амплитуда модуляции тем больше, чем меньше за­ пас устойчивости. Прибор может быть построен так, чтобы реаги­ ровать на появление в системе колебаний, модулированных низкой частотой.

Такой прибор предложен в патенте США (92]. На рис. 100 по­ казана схема прибора, а на рис. 101— выходные сигналы на раз­ личных каскадах прибора при отсутствии и наличии автоколеба­ ний. Недостаток указанного прибора состоит в том, что он реагиру­ ет не только на модуляцию с оборотной частотой, но и на биения, удары при врезании и выходе инструмента и т. п.

Эффективность адаптивной системы, предназначенной для под­ держания процесса обработки в устойчивой области, существенно зависит от запаса устойчивости, при котором будет фиксироваться момент приближения автоколебаний, от быстродействия системы и выбранного алгоритма ее работы. Принципиально возможно ис­ пользовать изменение режимов резания (глубины, подачи и скоро­ сти резания) или специальные «антивибраторы».

Наиболее просто обеспечить работу с постоянным запасом устойчивости можно, управляя глубиной резания, поскольку запас устойчивости тем больше, чем меньше ширина среза. При управ­ лении глубиной система работает так, что при выдаче прибором («детекторЪм вибраций») сигнала о приближении к границе устой­ чивости подается команда на отвод инструмента от заготовки. Си­ стема с управлением по глубине резания может работать только при таком цикле обработки, когда часть припуска, оставшаяся там, где обработка велась при меньшей глубине, снимается при втором проходе на повышенных режимах. Наиболее просто эта задача ре­ шается в системах с самопрограммированием.

Управление подачей или скоростью резания требует поисковой системы, так как априорно нельзя сказать, ч^о приведет к увеличе­ нию запаса устойчивости — увеличение или уменьшение регулируе­ мого параметра. Возможно использование однопараметрической системы управления (подачей или скоростью) и двухпараметриче­ ской. При управлении по скорости требуется специальное исследо­ вание, которое позволило бы оценить влияние изменения скорости, вызванного необходимостью поддержания постоянного запаса устойчивости, на работоспособность инструмента и на общий по-

казатель эффективности обработки, например на величину техно* логической себестоимости.

Рассматривая управление скоростью резания, следует отметить еще один из возможных вариантов — введение по сигналу от «де­ тектора вибраций» качательных изменений скорости резания с

Послепервого п выпрямителя и

Рис. 101. Выходные сигналы на различных кас­ кадах «детектора вибраций» по рис. 100:

а — устойчивый процесс резания; б — вибрации

частотой, определяемой числом оборотов шпинделя. Известно, что устойчивость при работе «по чистому» существенно выше, чем при работе «по следу». Периодическое изменение скорости резания приводит к десинхронизации следов обработки от последователь­ ных проходов, и область устойчивой работы расширяется.