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

тивности, и постоянные, не изменяющиеся в процессе резания), а также оптимальные решения, описывающие закон изменения параметра. При этом под максимальными глубиной резания и величиной подачи понимают максимально допустимые значения этих величин в процессе резания.

Наиболее полно все факторы, влияющие на процесс резания, учитываются показателем эффективности обработки, соответст­ вующим восьмому режиму, когда все параметры резания будут переменными. При этом показатель эффективности представляет сложную экстремальную поверхность, обладающую экстрему­ мами относительно глубины резания t$ и величины подачи s8, находящимися за пределами наложенных ограничений, а также относительно скорости резания v8.

Анализ модели экстремальной поверхности показателя эффек­

значении глубины резания t8 = 8,0 мм и отображающей, таким образом, лишь одну точку восьмого режима, показывает, что экстремальная поверхность критерия эффективности обработки имеет более ярко выраженный экстремум в зоне больших подач, который, по мере их увеличения, сдвигается в сторону меньших скоростей резания. Максимальное значение показателя эффек­ тивности при этом равно 875 см3/мин и достигается при скорости резания 160 м/мин и наибольшей подаче. Очевидно, что пред­ ставленная экстремальная поверхность показателя эффектив­ ности обработки соответствует также седьмому режиму, для которого неизменна глубина резания.

Если рассматривать изменение показателя эффективности обработки при изменении скорости резания и фиксированном значении величины подачи, то будет получена зависимость, опи­ сывающая третий режим /з либо одну точку четвертого режима. Наконец, рассматривая изменение показателя эффективности при изменении подачи и фиксированной скорости резания, полу­ чим зависимость, характерную для оддиннадцатого режима /ц либо для одной точки двенадцатого режима.

На основании представленных показателей эффективности обработки и полученных оптимальных решений могут быть по­ строены структурные схемы автоматического управления режи­ мами резания для каждого из двенадцати вариантов. Эти структурные схемы приведены в табл. 4. Схемы отражают основ­ ные возможные варианты управления режимами резания, часть которых уже нашла применение на практике. Схемы содержат ряд повторяющихся функциональных блоков, которым присвоены одинаковые порядковые номера, что помогает легче выявить общность между рассматриваемыми структурами. Основным источником информации о режиме резания в приведенных систе­ мах является временная либо размерная стойкость инструмента, определяемая, например, с помощью датчика температуры режу-

47

П р одо л ж ен ие т аблицы 4

щей кромки или датчика радиального усилия резания. Рабочие характеристики дают наглядное представление о принципе дей­ ствия соответствующего регулятора режима резания и позво­ ляют классифицировать систему управления как самонастраи­

50

товки, влияние охлаждающей жидкости) таким образом, чтобы процесс обработки соответствовал заданной стойкости инстру­ мента Т Режим резания на станке 1 определяется приводом главного движения 2 и приводом подачи 3. Датчик стойкости инструмента 7 через вычислительно-преобразовательное уст­ ройство 8 воздействует на блок сравнения 13, получающий так­ же сигнал с блока задания стойкости 14. Сигнал с выхода бло­ ка сравнения 13 усиливается на блоке 19 и подается на вход регулятора скорости резания И, управляющего приводом глав­ ного движения 2. С помощью блока 12 задается максимально допустимая величина скорости резания. По аналогичной струк­ турной схеме построены регуляторы [35, 50], использующие в качестве датчика стойкости температуру естественной термо­ пары резец—деталь и предназначенные для торцовой обра­ ботки деталей.

При неизменных возмущающих воздействиях и торцовой обработке рассматриваемая система действует как система стабилизации скорости резания. Известно, что при неизменной температуре резания 0Р

Следовательно, при поддержании неизменной температуры резания и постоянной .величине подачи на оборот скорость ре­ зания также неизменна. Это обеспечивает повышение произво­ дительности на 30—45%.

Р е ж и м 2. Данная структурная схема в отличие от преды­ дущей учитывает изменение глубины резания в процессе обра­ ботки. Глубина резания измеряется датчиком 6. На вычисли­ тельное устройство 8 с блоков 17 и 18 вводятся поправочные коэффициенты, соответствующие глубине резания и стойкости резания. Максимально допустимое значение температуры реза­ ния Вшах, задаваемое блоком 14, сравнивается в блоке 13 с текущей величиной температуры 0*. Сигнал с блока 13, пода­ ваемый на регулятор скорости 11, ограничивает рост скорости

кости инструмента и позволяет работать с экстремальным зна­ чением показателя эффективности обработки. На вход вычисли­ тельного устройства 8 с блоков 4 и 7 подаются напряжения, пропорциональные скорости резания и стойкости инструмента соответственно. С блоков 15 и 18 вводятся поправочные коэф­ фициенты по скорости и по стойкости инструмента. Вырабаты­ ваемое вычислительным устройством 8 напряжение, пропорцио­ нальное показателю эффективности обработки /з, подается на

51

сигнум-реле 9, определяющее знак приращения и воздействую­ щее через реверсивный элемент 10 на регулятор скорости 11 [14], управляющий приводом главного движения 2. В регуля­ тор 11 так же, как и на ранее рассмотренной схеме, вводятся две команды, ограничивающие величину максимально допу­ стимой температуры резания (блок стойкости 14 и блок сравне­ ния 13) и величину предельной скорости вращения шпинделя (блок задания 12). В процессе функционирования система отыскивает экстремальное значение / 3 и поддерживает затем работу станка в зоне экстремума при смещении последнего относительно скорости резания. Величина подачи на оборот ус­ танавливается с помощью коробки подач (блок 3) максимально допустимой и в процессе обработки не изменяется. Применение данной системы особенно целесообразно при резании закален­ ных сталей и труднообрабатываемых сплавов, поскольку рабо­ чая характеристика J(v) при этом обладает более ярко выра­ женным экстремумом.

Р е ж и м 4. Структурная схема также представляет экстре­ мальную систему, но в отличие от схемы для режима 3 вычис­ лительное устройство 8 здесь учитывает и изменение глубины

представляют собой системы стабилизации и отличаются друг от друга количеством используемых каналов информации. Так, в пятой структурной схеме на вычислительное устройство 8, вырабатывающее напряжение, пропорциональное / 5, поступают сигналы с датчика величины подачи 5, датчика стойкости 7 и с блоков коррекции 16, 18 по подаче и стойкости. В шестой струк­ турной схеме на вычислительное устройство, помимо вышеука­ занных, поступают сигналы с датчика 6 и корректора 17 глу­ бины резания. Очевидно, во втором случае объем информации, получаемой о режиме обработки вычислительным устройством, больше, а реализация устройства сложней.

Р е ж и м ы 7, 8 . Поскольку рабочие характеристики режимоз 7 и 8 обладают экстремумами, структурные схемы их представ­ ляют самонастраивающиеся системы. В седьмой схеме на вы­ числительное устройство 8 поступают сигналы с датчика ско­ рости резания 4, датчика величины подачи 5, датчика стойкости инструмента 7 и с соответствующих корректирующих блоков 15, 16, 18. В восьмой схеме на вычислительное устройство 8, кроме перечисленных, поступают также сигналы с датчика 6 и корректора 17 глубины резания. Настройка станка на оптималь­ ный режим обработки осуществляется с помощью сигнум-реле 9, реверсивного элемента 10 и регулятора скорости резания 11 аналогично рассмотренной для режима 3. Известны системы с экстремальным регулятором шагового типа, обеспечивающие

52