ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 67
Скачиваний: 0
Как следует из технологических законов регулирования, АС должна обеспечивать изменение одного или двух параметров ре жима резания и, следовательно, включать соответствующее коли чество контуров управления (рис. 21) и, по крайней мере, четыре основных элемента: собственно регулятор I, измерительные сред ства 2, исполнительные механизмы 3 и объект регулирования 4.
Рис. 21. Двухпараметрическая система регулирования режимов резания
В качестве исполнительного механизма в адаптивных системах регулирования режимов резания используются стандартные при воды главного движения и подачи, применяемые в станках и для других целей. Отсутствие привода с необходимыми характеристи ками налагает ограничения' на возможности АС. Регулируемые приводы подачи широко используются в станкостроении и их но менклатура достаточно велика (например, приводы постоянного тока с тиристорным регулированием, с ЭМУ, гидроприводы дрос сельного и объемного регулирования, приводы с шаговыми Дви гателями и т. п.). Регулируемые приводы главного движения рас пространены мало, и введение контура регулирования скорости резания АС связано с определенными трудностями.
Ниже рассмотрены структуры АС и определены алгоритмы их работы в соответствии со сформулированными выше технологиче скими законами регулирования.
Адаптивные системы регулирования, реализующие технологиче ский закон постоянства силовых параметров. В отечественных и за рубежных адаптивных системах регулирования режимов резания реализуются различные технологические законы постоянства пара
метров резания. Так, в системах, рассмотренных в работе [1], реа лизуются следующие законы:
Pz — const ; |
пш = const |
или |
|
Ру = const ; |
пш = const , |
где Р г— тангенциальная составляющая силы резания; Ру — радиальная составляющая силы резания; Піпп — скорость вращения шпинделя станка.
В АС, разработанных на станкозаводе им. Серго Орджони кидзе и на Средневолжском станкозаводе (совместно с Куйбышев ским политехническим институтом) применительно к токарным станкам, реализуются законы:
IV = const ; |
пш = |
const |
или « |
|
|
Рх—const; |
пшп = |
const. |
В АС, разработанной фирмой Siemens (ФРГ) к токарному стан ку фирмы Gildemeister (ФРГ) [31], использован либо закон
N = const ; пш = const,
либо
MKp=const ; V — const.
В системе АСЕМА, разработанной в ГДР, реализован закон Pz—const ; nmn=const.
В ряде систем (например, в системе АСЕМА) скорость враще ния шпинделя изменяется с помощью ступенчатой коробки скоро стей, так что в некоторых пределах регулирование идет при пта— = const, а в других при V = const.
Для рассмотрения структур или погрешностей адаптивных сис тем удобно от технологических законов регулирования перейти к алгоритмам. Так как задачей оптимального регулирования являет ся стабилизация некоторых параметров процесса резания, алго ритмы регулирования удобно записывать в относительных коор динатах—коэффициентах вариации различных параметров: при стабилизации данного параметра его вариация равна 1 (например, при стабилизации мощности резания ее вариация <p„ = 1).
Алгоритмы |
регулирования, |
соответствующие |
рассмотренным |
|||
ранее |
технологическим |
законам регулирования, |
приведены |
ниже: |
||
1- |
й закон: <рр=1; q>w =1; <pv =var; фЛ—var; |
|
|
|||
2- |
й закон: срр = 1; <рг =1; <pv =var; ср5 =ѵаг; |
|
|
|||
3- |
й закон: |
= 1; |
= 1; <рк |
=ѵаг; |
|
|
4- |
й закон: % —1; фг = 1; ф„ =ѵаг. |
|
|
|||
Адаптивная система, реализующая алгоритм |
|
|
||||
|
|
<рр= 1 ;- <рдг=1; |
Чѵ =ѵаг; cp^var, |
. |
(33) |
|
наиболее проста в том случае, если ставится задача стабилизации тангенциальной составляющей силы резания P z, так как
N = C „P ZV ,
и алгоритм (33) сводится к алгоритму
?Рг=1; <?Ѵ= 1; ®5=var . |
(34) |
В токарных станках скорость резания пропорциональна числу ' оборотов шпинделя и радиусу точения R
V = CntiamR .
Так как радиус точения определяется программой траектории перемещения инструмента, .вместо (34) имеем
|
?яг= 1 ; |
? |
= |
? s = v a r |
(35) |
|
или в абсолютных величинах |
|
|
|
|
||
|
Рг. = |
Pzo ; |
п ^ п Л |
, |
(36) |
|
где Pzt — действительная сила резания; |
|
|
||||
Рг0— заданная сила резания; |
|
|
|
|||
п0 |
— расчетное число оборотов |
для |
начальной скорости |
реза |
||
Пі |
ния; |
|
|
|
|
|
— действительное число оборотов; |
|
|||||
Ro — расчетный радиус точения; |
|
|
|
|||
Ri |
— действительный радиус точения. |
|
||||
Следует отметить, что величина скорости резания, подставляе мая в формулы для расчета стойкости инструмента и мощности резания, неопределенна в том смысле, что радиус точения, для которого ведется расчет обоих параметров, можно выбирать поразному. Так, расчеты стойкости часто ведут по наружному диа метру заготовки без учета переменности радиуса точения. Тогда при обработке детали из цилиндрической заготовки (рис. 22) ско-
Рис. 22. Схема к расчету скорости резания
рость резания должна приниматься постоянной независимо от ра диуса точения, т. е. Ѵі= Ѵ2= VW-
В то же время для расчета мощности существенна величина скорости резания на радиусе приложения равнодействующей силы
резания. Если предположить, что эта сила приложена в середине снимаемого припуска, то для обработки по рис. 22 скорости реза ния на ступенях с di и d2 различны и их соотношение (при посто янстве скорости вращения шпинделя) равно
l/1 = |
F2 |
|
^2+^2 |
Например, при di= 64; d2 = 72; |
^ = 8; ^==4 это отношение равно |
Ѵ'і = 0,951/2-
Практически в ходе токарной обработки с переменным припус ком, величина которого не известна заранее, единственным пара метром, поддающимся непосредственному измерению, является радиус точения. Ниже во всех случаях использована скорость ре зания на радиусе точения, хотя это и дает некоторую погрешность при определении стойкости и мощности.
Рис. 23. Адаптивная система, реализующая алгоритм
Фpz = ! ; <Рѵ = ! ; Ф і= ѵ а г
На рис. 23 показана структурная схема системы, реализующей алгоритм (35). Система включает два контура управления: контур подачи для стабилизации силы резания и контур скорости враще ния шпинделя для стабилизации скорости резания. Особенностью данной системы с двухпараметрическим регулированием является независимость контуров, так как регулирование подачи не влияет на скорость резания, а регулирование скорости вращения шпинде ля с целью стабилизации скорости резания не сказывается на си ле резания.
Большая межконтурная связь имеется в системе, реализующей тот же алгоритм (33) с заменой тангенциальной силы резания ра диальной Ру или осевой Рх. Так как
УР , ХР „ п |
Ру=Ср s |
УР |
ХР . Л . |
|
Pz=Cp s Ч гѴ z; |
|
Ч -ѴѴ |
||
* z |
У |
у |
|
|
Р = С р s |
Ч ХѴ |
|
|
(37) |
ургЧ=урхФуру ; |
ПіфПуф п , , |
|||
то стабилизация РУ{РХ) не означает стабилизации Pz, и любое ре гулирование подачи, необходимое для стабилизации Ру{Рх), ведет к расбалансу контура стабилизации мощности и наоборот. Обес печить устойчивую работу подобной системы с взаимосвязанными контурами регулирования достаточно трудно.
Одним из вариантов построения АС с двухпараметрическим ре гулированием при сильной взаимосвязи между контурами являют ся отказ от прямой стабилизации в одном из контуров и замена ее косвенной стабилизацией, основанной на использовании апри орной зависимости между измеряемыми и вторым стабилизируе мым параметром (при малых пу или пх). Для рассматриваемого случая на основе выражений (37) может быть получена зависи мость между скоростью резания и подачей при изменении глубины резания
' |
ХРу УрZ |
~ хр Z Уру |
|
хр |
~~пух Р |
? v = ?s |
У |
|
Алгоритм работы такой системы
|
V P y = |
l ] |
> |
где |
а . . |
Хр у р |
— Хр у Р |
|
у У z |
гѵ у |
Хру — n yXpz
(38)
(39)
АС, реализующая алгоритм (39), осуществляет как бы последо вательное регулирование: сначала изменяется подача, стабилизи рующая силу, а затем регулируется скорость резания в соответст вии с изменением подачи. Постоянство мощности при регулирова
нии по формуле (39) обеспечивается в такой |
мере, |
в какой |
пра^ |
вильно выражение (38). |
|
показана на |
|
Структура системы, реализующей алгоритм (39), |
|||
рис. 24. Здесь, как и в предыдущем случае, |
для регулирования |
||
скорости резания используется информация о радиусе точения. |
|||
Реализация алгоритмов (33)— (35) часто |
невозможна |
из-за |
|
трудностей, связанных с регулированием двигателя главного дви жения. Поэтому иногда вместо стабилизации скорости резания стаби
лизируют скорость вращения шпинделя, т. е. оставляют ее неизменной при изменении радиуса точения. Кроме того, определенные труд ности возникают при встройке датчиков силы резания, во-первых, из-за необходимости выделения каждой составляющей и, во-вто-4 рых, из-за неудобства встройки датчиков в револьверные головки, применяемые на токарных станках с ЧПУ. Поэтому в большинст ве случаев вместо измерения силы резания измеряют либо мощ ность двигателя главного привода, либо крутящий момент на шпинделе [31, 32].
Рассмотрим систему, обеспечивающую постоянство скорости вращения шпинделя и силы резания Pz\ такая система реализует алгоритм
<?/>*= U ?л= 1: <Р, = ѵаг. |
(40) |
При этом (рис. 2"5) мощность резания не остается постоянной и увеличивается с увеличением радиуса точения
Предельное значение мощности Nmax не должно быть превы шено на максимальном радиусе точения Rmax , следовательно, при меньших радиусах мощность резания меньше допустимой и режим
резания хуже оптимального. |
силы стабилизацией |
мощности |
При замене стабилизации |
||
(рис. 26) |
|
|
<?N = 1 ; ?„ = |
1 ; 9 s = ѵаг |
(41) |
сила резания увеличивается при уменьшении радиуса, будучи равна предельной силе Ртах на максимальном радиусе. Следова тельно, эффективность обработки будет снижаться по мере увели чения радиуса точения, так как
Рі = Ртах «/ < Ртах ‘ФИ Я, > Rmln • |
(42) |
Рис. 25. Адаптивная система, реализующая алго
ритм ф„ = І; <Рр =1; cp,ç= var
Un. В |
H |
|
"l т ( |
|
_____gjПроцесс |
||
)Щвоо 1_^. резания |
|
||
nooavu |
I ^ |
|
|
|
t |
' |
НВ |
A U
Регулятор
Рис. 26. Адаптивная система, реа лизующая алгоритм фл=1; фд>=1;
аг
В одном из вариантов АС фирмы Siemens (рис. 27) обеспечи вается постоянство скорости резания и. крутящего момента Мкр; алгоритм регулирования этой системы
<рк=1; ?.«= 1; <р5=ѵаг. |
/ (43) |
В этом случае при изменении радиуса точения изменяется как си ла резания по формуле (42), так и мощность
Если в плоскости V—-s нанести точки режимов резания при изменении радиуса точения, то все точки режимов при регулирова нии по алгоритму (41) лежат на кривой предельной мощности а, а при регулировании по алгоритму (43\ — на прямой б (рис. 28). Так как регулирование по алгоритмам (41) и (43) наиболее деле