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

Для нахождения корней уравнения (35), имеющих физиче­ ский смысл, необходимо решить уравнение

с2 — tc№Va{a— 1) = О,

откуда после подстановки соответствующих выражений полу­ чим

Таким образом, при использовании сигнала, пропорциональ­ ного стойкости инструмента, система действительно поддержи­ вает максимальную производительность резания.

Стойкость инструмента оценивалась в функции радиальной составляющей силы резания и скорости резания. Однако, как было показано ранее, стойкость инструмента может быть оха­ рактеризована не величиной силы резания, а условным напря­ жением резания, равным силе резания, отнесенной ^к единице сечения среза. Величина среза в рассматриваемой системе не измеряется и не учитывается.

Как указывает А. М. Вульф, закономерность изменения стой­ кости или скорости резания от изменения силы резания спра­ ведлива лишь в пределах определенных типов обрабатываемых материалов. Но в общем случае для всех металлов "указанной закономерности не наблюдается. Следовательно, выбранный датчик рабочей информации ограничивает область применения

ивозможности рассмотренной системы.

Втяжелых токарных станках применяют раздельные приво­ ды вращения шпинделя и перемещения суппорта. В этом случае при построении системы экстремального регулирования одно­ координатный поиск может производиться главным приводом, а привод подачи будет соответственным образом изменять свою скорость, поддерживая неизменной величину подачи на оборот*.

Экстремальный регулятор (рис. 50) для настройки металло­ режущего станка 1 на оптимальный режим резания содержит датчики рабочей информации 2, 3, 4. Датчик 2 контролирует стойкость режущего инструмента путем измерения температуры режущей кромки резца или радиальной составляющей силы ре­ зания. Датчик 3 контролирует скорость привода вращения шпинделя, а датчик 4 — скорость привода перемещения суппорта станка. В качестве этих датчиков могут быть использованы, например, тахогенераторы, связанные с соответствующими при­ водами. Вычислительное устройство 5 получает сигналы от дат­ чика 2 стойкости инструмента, датчика 3 скорости привода

* Корытин А. М., Шапарев Н. К. Устройство для экстремальной на­ стройки металлорежущего станка. «Бюллетень изобретений» Авт. свид.. № 332426. Кл. G 05в 11/06, 1972, № Ю, с. 185.

118

шпинделя и корректора расчета 6 . Напряжение, вырабатывае­ мое вычислительным устройством 5, пропорционально показа­ телю оптимальности работы станка, обладает экстремумом от­ носительно скорости резания и подается на сигнум-реле 7.

Релейный выход сигнум-реле 7 связан с входом логического элемента 8 , охваченного дискретной обратной связью, реализую­ щей схему совпадения. Командный сигнал логического элемента 8 управляет интегрирующим астатическим регулятором скоро­

дифференцирующим статическим регулятором скорости 14 дви­ гателя 15 привода перемещения суппорта станка 1.

В процессе работы металлорежущего станка 1 на вычисли­ тельное устройство 5 поступают напряжения Uu Uz и U3. На­ пряжение Ui пропорционально стойкости (временной) инстру­ мента и поступает с датчика 2. Напряжение Uz пропорциональ­ но скорости вращения шпинделя и вырабатывается датчиком 3. Напряжение U3 поступает с корректора расчета 6 . Его величина определяется параметрами обработки детали, типом инструмен­ та, а также исходными данными, обеспечивающими режим ра­ боты станка с максимальной производительностью или с мини­ мальной себестоимостью, или некоторый компромиссный режим работы относительно двух указанных.

Вычислительное устройство 5 вырабатывает напряжение t/4, пропорциональное показателю оптимальности и соответствую­ щее количеству металла, снимаемому с детали за период стой­ кости инструмента, отнесенному 'к условному периоду стойкости:

ОjO2

Ог + ия

Напряжение Н4 обладает экстремумом относительно скоро­ сти резания. Для нахождения местоположения рабочей точки относительно экстремума напряжение подается на сигнумреле 7, представляющее, например приборную следящую систе­

119

му, ошибка слежения которой определяет знак приращения по­ казателя оптимальности. Команда сигнум-реле 7 подается на релейный логический элемент 8 , охваченный дискретной обратной связью, реализующей схему совпадения. Если частота вращения шпинделя увеличивается или уменьшается, а знак приращения по­ казателя оптимальности положительный, значит система прибли­ жается к оптимальному режиму работы и логический элемент 8 не изменяет направление управляющего воздействия на ре­ гулятор скорости 9 двигателя 10 привода шпинделя станка 1.

Если знак приращения показателя оптимальности при уве­ личении (уменьшении) скорости вращения шпинделя отрица­ тельный, следовательно, система удаляется от точки оптималь­ ного режима работы и логический элемент 8 изменяет направ­ ление управляющего воздействия на противоположное. При этом частота вращения шпинделя начинает уменьшаться (уве­ личиваться), а знак приращения показателя оптимальности становится положительным. В процессе изменения частоты вра­ щения шпинделя изменяется напряжение Uz, поступающее на один из входов множительного блока 12 с датчика 3. На вто- • рой вход множительного блока 1 2 поступает, напряжение Uг, с задатчика И максимально допустимой величины подачи на оборот. Сигнал на выходе множительного блока 12 равен про­ изведению указанных напряжений

^8 = UJJ6.

На регулятор скорости 14 двигателя 15 привода суппорта с • алгебраического сумматора 13 подается напряжение, равное разности напряжений, снимаемых с выхода множительного бло­

ка 1 2 и датчика 4 скорости привода перемещения суппорта:

us = u,-u7.

Привод перемещения суппорта в процессе изменения частоты вращения шпинделя поддерживает неизменной величину пода­ чи на оборот, а минутная подача изменяется в соответствии с изменением частоты вращения главного привода. Датчик 4 скорости привода перемещения суппорта осуществляет отрица­ тельную обратную связь по скорости, уменьшая величину ста­ тической ошибки привода и улучшая его динамические харак­ теристики.

3. Двухкоординатные поисковые системы

Вработах[46, 47, 48] была описана двухкоординатная самона­ страивающаяся система управления, разработанная для копи­ ровально-фрезерного станка «Keller» и содержащая цифровую подсистему управления «Dyna Path» и специальный оптимиза­ тор фирмы Bendix Corporation. Фрезерный станок был модифи­ цирован путем добавления в него гидравлического регулятора ча-

120

«стоты вращения шпинделя и датчиков для измерения крутящего момента па шпинделе, температуры режущих кромс-к фрезы и уровня вибраций станка.

Структурная схема самонастраивающейся системы показана на рис. 51. Задающее устройство 1 посылает запрограммирован­ ные данные о частоте вращения шпинделя и величине подачи в

•числовую систему управления 2 , которая через следящую си­ стему 3 воздействует на привод вращения шпинделя и привод

щие износ инструмента, и ограничивающие факторы: максимальная и минимальная вели­

чины подачи на зуб фрезы, максимальная и минимальная вели­ чины скорости резания, максимальный вращающий момент на шпинделе, максимальная величина температуры резания и максимально допустимый уровень вибраций.

Вычислительное устройство посылает сигналы, пропорцио­ нальные скорости съема металла Qc и скорости износа инстру­ мента vn в оптимизатор 8 , где вырабатывается критерий само­ настройки J. Отсюда сигналы, корректирующие величину подачи и скорости вращения, поступают в блок числовой системы уп­ равления 2 через блок 9. В самонастраивающейся системе в качестве основных показателей процесса резания приняты: про­ изводительность, стойкость фрезы, чистота поверхности обра­ ботки, точность обработки. Скорость съема металла при фре­ зеровании (объемная производительность)

Сф = Bstvф,

где В — ширина фрезерования, мм; Пф — скорость фрезерования. Стойкость фрезы, как и стойкость резца, зависит от многих факторов, однако на основании экспериментальных данных уста­ новлено,-что наиболее полно корреляционная связь выявляется

121