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

ренного локального экстремума не должно оказывать влияния на процесс автоматической оптимизации режима обработки.

Автоматическая настройка на оптимальную скорость резания при фиксированных максимальных значениях глубины резания и величины подачи на оборот с одной стороны упрощает реали­ зацию системы управления и, с другой стороны, дает возмож­ ность работать с максимальной производительностью либо ми­ нимизировать затраты на обработку.

Рис. 82. Экстремальные поверхности функции J(v, tv) при обработке:

а — стали ОХНЗМФ; б — углеродистой стали

На рис. 83 показаны графики, описывающие зависимость между величиной подачи на оборот и критерием оптимальности для различных значений скорости резания при неизменной глу­ бине обработки. При точении стали ОХНЗМФ с ростом скорости кривые веерообразно поднимаются; при скорости, соответствую­ щей оптимальной, достигают крайнего положения, а затем начи­ нают при дальнейшем росте скорости опускаться. Зависимости между глубиной резания и критерием оптимальности при раз­ личных скоростях резания и фиксированном значении нодачи на оборот носят аналогичный характер и показаны на рис. 84. Поскольку стойкостные зависимости, положенные в основу рас­ чета, справедливы для правой ветви экстремальной зависимости стойкости от параметров резания, то всякое увеличение послед­

изохроны — линии равной стойкости. Разный характер располо­ жения изохрон подчеркивает особенности влияния обрабатывае­ мого материала на параметры резания. Например, изменение подачи на оборот сказывается более существенно на изменении стойкости при обработке стали ОХНЗМФ (рис. 85, а), чем при обработке углеродистой стали (рис. 85,6). В последнем случае изохроны идут почти параллельно оси ординат и период стой-

7* 171

],см]/ттн

Рис. 84. Зависимость критерия оптимальности от глубины резания при обработке-,

а — стали ОХНЗМФ; б — углеродистой стали

Рис. 85. Изохроны стойкости в плоскости (a, s) при обработке:

а — стали ОХНЗМФ.; б — углеродистой стали

кости инструмента изменяется, в основном, за счет изменения скорости резания.

критерия оптимальности

J равно 215,6 см3/мин и наступает при скорости резания 130 м/мин и подаче 1 мм/об. Представленная модель подтверж­ дает результаты анализа фазового пространства.

173

Для'определения количественных соотношений между рядом физических параметров, сопровождающих режим резания, и критерием оптимальности на ЭЦВМ был выполнен расчет, бази­ рующийся на эмпирических коэффициентах, приведенных в кни­ ге [26]. При точении стали 40 резцом с пластинкой из твердого сплава Т15К6 температура резания

Термо-э. д. с. инструмент-деталь

203

(0р + 273)0*7

Е =[52е

Критерий оптимальности рассчитывали по полученному ра­ нее выражению, при этом время смены инструмента было при­ нято равным 5 мин. Результаты расчета оформлены в виде графиков. На рис. 87 в координатах скорость резания—вели­ чина подач представлены изотермы режущей кромки инстру­ мента при обработке стали 40 с глубиной резания 1 мм. Изотер­ мы образуют семейство монотонных кривых, имеющих примерно одинаковый наклон в средней части. На рис. 88 показаны се­ мейства изохрон (линии равной временной стойкости). Характер зависимости изохрон от скорости резания и величины подачи аналогичен характеру зависимости изотерм.- Сравнение изохрон и изотерм при одинаково изменяющихся параметрах резания

174

показывает, что они, как это и следует из уравнений (54) и (55), повторяют друг друга.

Особый интерес представляют показанные на рис. 89 линии равных значений термо-э.д.с., возникающей в зоне резания. Ха­ рактер этих линий ничем не отличается от приведенных ранее семейств изотерм и изохрон. В рассматриваемом диапазоне ско­ ростей резания от 30 до 420 м/мин и величин подач от 0,1 до 1,0 мм/'об термо-э.д.с. естественной термопары инструмент — деталь изменяется от 10 до 17,5 мВ. Таким образом, чувстви­ тельность естественной термопары для рассматриваемого случая в среднем составляет 0,02 мВ-мин/м при неизменной величине подачи и 3 мВ • об/мм при неизменной скорости резания.

Для определения требуемой степени точности измерения этой термо-э.д.с. при настройке системы управления на оптимальный режим обработки рассмотрим экстремальные поверхности кри­ терия оптимальности при точении стали 40 резцом с пластинкой из твердого сплава Т15К6 с глубиной резания 1 мм, время смены инструмента равно 5 мин (рис. 90). Например, при точении с подачей 0,7 мм/об и поддержании экстремального значения кри­ терия оптимальности с точностью ±5% допустимый разброс скорости резания составляет' в процентах от оптимального при­ мерно ±12% . При этом допустимая погрешность измерения термо-э.д.с. составляет 0,7 мВ или 4,6% от оптимального зна­ чения. Проведенные на ЭЦВМ расчеты подтверждают целесо­ образность настройки системы на оптимальный режим точения по одной координате: скорости резания.

В соответствии с приведенным расчетом принят рассмотрен­ ный в третьем варианте критерий оптимальности. При этом в системе имеется одно управляющее воздействие — скорость ре-

175

зания, которой при неизменном диаметре обработки прямо про­ порциональна частота вращения двигателя главного привода. Закон регулирования запишем в следующем виде:

ствоимеетдва выхода. Напряжение на одном из выходов про­ порционально температуре режущей кромки инструмента и по­ дается на блок сравнения 11. Со второго выхода на сигнум-реле 7 подается напряжение, пропорциональное критерию оптималь­ ности и воздействует на реверсивный элемент 8, управляющий регулятором скорости 9 приводного электродвигателя 13. В ре­ гулятор скорости 9 вводятся также две команды, ограничиваю­ щие величину максимально допустимой температуры резания (блок задания 10, блок сравнения 11) и величину предельной скорости вращения шпинделя (блок задания 12). Максимально допустимая подача па оборот устанавливается непосредственно на станке с помощью регулятора подач 14.

Реализация системы может быть выполнена на базе элемен­ тов вычислительной техники, например унифицированной блоч­ ной системы регуляторов (УБСР). С помощью этих элементов можно обеспечить необходимое усиление сигналов, их суммиро­ вание, умножение и деление, требующиеся для построения вычи­ слительного устройства. В качестве привода главного движения целесообразно использовать электродвигатель постоянного тока, питающийся от тиристорного преобразователя. В этом случае

176