Файл: Корытин, А. М. Оптимизация управления металлорежущими станками.pdf

имеет минимум. Как показывают испытания [4], такая система позволяет снизить себестоимость обработки на 50%.

Р е ж и м 9. Если в рассмотренных выше схемах управление режимом обработки производилось за счет изменения скорости резания, то в соответствии с критерием /э структурная схема режима 9 предусматривает изменение величины подачи. Для этого на вход вычислительного устройства 8 поступает та же информация, что и в схеме для режима 5. Однако выходное напряжение устройства 8, пропорциональное показателю эффек­ тивности обработки /в, подается на регулятор величины пода­ чи 22, воздействующий на привод подачи <3. С помощью блока ограничения подачи 23 задается максимально допустимое зна­ чение подачи. Таким образом, система предназначена для стабилизации стойкости инструмента путем управления вели­ чиной подачи. Так как стойкость инструмента в значительно меньшей степени зависит от величины подачи, чем от скорости резания, то такая система управления мало эффективна.

Р е ж и м 10. Показатель эффективности обработки /ю бли­ зок к величине, определяющей предельно допустимее значение мощности резания:

1 — ь ЛЗ/а

В этом случае задача оптимизации режима обработки ре­ шается путем применения системы стабилизации мощности резания особенно эффективной при фрезеровании [9] и силовом шлифовании. Мощность, потребляемая из сети приводом глав­ ного движения 2 (обычно асинхронный двигатель), измеряется датчиком 20. На блок сравнения 21 поступают сигналы, про­ порциональные мощности резания (с датчика 20) и предельно допустимой мощности (с задатчика 24). Выходной сигнал с бло­ ка сравнения 21 подается на регулятор 22 привода подачи 3. При этом подача регулируется таким образом, что, несмотря на изменение глубины резания, изменение твердости заготовки и затупление инструмента, мощность резания поддерживается в заданных пределах.

Р е ж и м ы 11, 12. Показатели эффективности обработки /п и Л\2 обладают экстремумами относительно величины подачи, что позволяет построить системы, самонастраивающиеся на оп­ тимальный режим резания. В одиннадцатой схеме на вычисли­ тельное устройство 8 подаются сигналы, пропорциональные величине подачи и стойкости инструмента (блоки 5, 7), и сиг­ налы коррекции указанных параметров (блоки 16, 18]. Сигнум-

53

реле 9 определяет знаки приращения показателя эффективности обработки и с помощью реверсивного элемента 10 управляет регулятором 22 привода подачи 3. Максимально допустимая ве­ личина подачи задается блоком ограничения подачи 23 и бло­ ком сравнения 13, обеспечивающим работу с температурок резания, не превышающей критического значения. В двенадца­ той структурной схеме вычислительное устройство 8 учитывает также и влияние на процесс обработки изменения глубины резания (блоки 6, 17). Поскольку экстремальные зависимости J(s) имеют пологий характер, реализация режимов 11, 12 ока­ зывается менее эффективной, чем режимов 3, 4, 7, 8.

Реализация рассмотренных структурных схем требует осна­ щения станка регулируемым электроприводом, датчиками ин­ формации и системой управления, сложность которой зависит от выбранного режима и принятой стратегии оптимизации обра­ ботки. Рациональное соотношение между эффективностью си­ стемы и ее сложностью может быть; определено только для конкретных условий. В общем случае сравнительно простые системы стабилизации могут быть применены для повышения производительности на 30—40% при точении торцовых, кониче­ ских и сферических поверхностей; для бесприжогового шлифо­ вания (режимы 1, 2); при обработке ответственных деталей (режимы 5, 6), при фрезеровании с переменными глубиной и шириной и при разрезании металла (режим 10). Структурная схема, соответствующая режиму 9, будучи аналогичной по слож­ ности изготовления перечисленным выше схемам, является менее эффективной.

Для фрезерных и токарных станков с программным управле­ нием, станков, предназначенных для автоматических линий и для резания труднообрабатываемых материалов, целесообразно применение более сложных самонастраивающихся систем (ре­ жимы 3, 4, 7, 8), позволяющих эффективней использовать ре­ жущие свойства инструмента, повысить надежность, производи­ тельность (на 40—50%) и экономичность обработки. Поскольку рабочие характеристики этих режимов обладают экстремумом, изменяющим свое положение в процессе обработки, структур­ ные схемы обеспечивают его поиск. Самонастройка станка вы­ полняется по одной переменной, что позволяет по сравнению с системами двухмерного поиска значительно упростить оптимизи­ рующее устройство без существенных изменений его показа­ телей.

7. Экономическая эффективность систем оптимизации

Определение экономической эффективности новой техники, в том числе и систем оптимизации управления металлорежущи­ ми станками, основано на сравнении приведенных затрат базо­

54

вого и опытного вариантов. Приведенные затраты в общем виде

ний ограничивается нормативным коэффициентом эффективно­ сти или его обратной величиной — нормативным сроком оку­ паемости:

В машиностроении принят нормативный коэффициент эффек­ тивности 0,15, что соответствует сроку окупаемости 6,6 г. [24].

При технико-экономическом сравнении различных вариан­ тов систем оптимизации управления станками целесообразно выделить приведенные затраты на собственно системы оптими­ зации из общей суммы затрат на станок

сумму затрат на элементы этой системы. Для наиболее общего случая — самонастраивающейся системы — такими элементами будут: датчики рабочей информации, вычислительное устройст­

элементы исключаются, например блок самонастройки, вычисли­ тельное устройство. Экономическая эффективность внедрения новых станков по сравнению с базовым вариантом опреде­ ляется разностью приведенных затрат

здесь q\, q2— часовая производительность; Фд ■—годовой фонд времени; 6i, б2 — коэффициенты загрузки по времени сравнивае­ мых станков.

Из уравнения (10) можно определить коэффициент приве­

55

дения затрат базового варианта к годовому объему производ­ ства деталей по новому варианту:

Коэффициент р учитывает увеличение производительности и загрузки станка. Если предположить, что внедрение системы оп­ тимизации не окажет существенного влияния на механическую часть станка, то уравнение (11) с учетом выражения (8) можно преобразовать:

Расчет затрат на механическую часть станка может быть произведен по методике ЭНИМСа [24]. Приведенные затраты на систему оптимизации

Пс =С с+ £1Д со=5з+5кр+ З сП+ З с9+ 3 0+ £ н(Кс+ К пл+ К п)+

электроэнергии, на содержание площади под электрооборудова­ ние, на ремонт и межремонтное обслуживание, на устранение отказов; /Ссо — капиталовложения в систему; Кс, Кил— капита­ ловложения в электрооборудование системы и занимаемую ею площадь соответственно; Ка— капиталовложения в исследова­ тельские и проектные работы, связанные с созданием новой системы оптимизации; Гсл — срок службы станка, ТСЛ = 2ТЦ,ТЦ— длительность межремонтного цикла станка.

Составляющие выражения (13) находят из соотношений:

'Кс = аЦс;

Кил ~ УЦилЗс>

Зсэ — (Нс -j- Нтр цНкр) R 3 — HmR э,

где Цс — оптовая цена системы; S c — занимаемая системой пло­ щадь; Рс — мощность, потребляемая системой; QK— мощность компенсирующего устройства; Цп— стоимость исследователь­ ских и проектных работ по созданию новой системы; m — коли­

56

чество выпускаемых станков, оснащенных системой оптимиза­ ции; Rg— категория ремонтной сложности системы; а — коэф­ фициент увеличения расходов на доставку и установку; 6 — ко­ эффициент загрузки станка во времени; р,— коэффициент, учитывающий класс точности станка; у — коэффициент увели­ чения площади для подхода и эксплуатации станков; Цпл— стоимость одного метра площади; Япл— норматив годовых за­ трат на содержание площади; Нэ— норматив годовых затратна

трат на межремонтное обслуживание, текущий и капитальный ремонты соответственно; Н 'т — норматив годовых затрат на меж­

ремонтное обслуживание и ремонты.

Удельные затраты на компенсирующие устройства [44] Яук~1 р./квар. год. Значения коэффициентов, входящих в урав­ нения (14) для различных групп станков, приведены в работе [24]. Для определения годовых затрат на электроэнергию сред­ няя мощность, потребляемая системой:

где Pch— мощность резания для k-ro перехода; т]Мех, Црк, Лдь — коэффициенты полезного действия кинематической цепи, регу­ лятора и двигателя соответственно; tnk, tA— время перехода и время цикла; Рэ.с — мощность элементов системы, не зависящая

где Сэ— стоимость 1 кВт-ч электроэнергии для промышленных предприятий.

Категорию ремонтной сложности элементов электрооборудо­ вания рассчитывают по данным единой системы планово-преду­ предительного ремонта [10]:

R% Rs — категория сложности ремонта электроаппаратуры, рас­ положенной соответственно вне станка и на нем.

57