книги из ГПНТБ / Корытин, А. М. Оптимизация управления металлорежущими станками

А. М. КОРЫТИН, Н. К. ШАПАРЕВ

Оптимизация

управления

металлорежущими

станками

М о с к в а

«МАШИНОСТРОЕНИЕ»

1 9 7 4

Предисловие

Основные задачи, стоящие перед отечественным станкострое­ нием, сводятся к повышению производительности, точности об­ работки и надежности металлорежущих, станков. Решение' этих задач достигается путем создания автоматизированных систем управления технологическими процессами. Успех широкого внед­ рения таких систем определяется в значительной степени при­ менением передовой технологии обработки, совершенных систем управления, современного автоматизированного электропривода, рациональным использованием элементов электроавтоматики.

Автоматизация режимов резания является одной из наиболее актуальных. Ее роль особенно возрастает при объединении стан­ ков в один автоматизированный комплекс, автоматическую ли­ нию, а также для станков с программным управлением. В связи с этим в последние годы находят самое широкое применение системы автоматического регулирования режимов резания, ста­ билизирующие на заданном уровне регулируемую величину, или, в частном случае, системы ограничения параметров резания, исключающие работу станка в аварийных или близких к ава­ рийным режимах.

В настоящее, время в СССР и за рубежом ведутся работы по созданию качественно новых систем автоматического управ­ ления, самонастраивающихся на оптимальный режим работы станка. Эти системы целесообразно применять в тех случаях, когда ставится задача достижения оптимального значения по­ казателя эффективности работы управляемого объекта, нахо­ дящегося под воздействием существенно изменяющихся усло­ вий. Подобная задача возникает при автоматическом выборе режима резания, который оказывает непосредственное влияние на производительность станка, износостойкость инструмента, точность обработки и качество обработанной поверхности. Авто­ матическая оптимизация режимов резания становится особенно действенной при обработке жаропрочных и закаленных сталей, сплавов и тугоплавких металллов.

Обоснованное и рациональное применение автоматизирован­ ных систем управления режимами резания, как показывает

3

Введение

Отечественное станкостроение характеризуется бурными тем­ пами развития, которые обусловлены задачами, поставленными Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 годы. Решение этих задач состоит в увеличении выпуска металлорежущих станков и в повышении их технико-экономических показателей за счет совершенствования систем управления на базе современных средств автоматизации.

Это в полной мере относится к машиностроению вообще и к станкостроению в особенности, .где непрерывно возрастают требования к повышению производительности, точности обра­ ботки и надежности в эксплуатации металлорежущих станков. Высокий технико-экономический эффект достигается путем со­ здания совершенных автоматических систем управления техно­ логическими процессами (A d y m ) и отдельными производствен­ ными механизмами.

При металлообработке таким процессом является процесс резания. Технико-экономическая эффективность автоматических линий, сложных агрегатных станков, многооперационных стан­ ков, оснащенных системами программного управления, во многом определяется эффективностью процесса резания. Это обуславливает интенсивное развитие автоматизированных сиг стем управления .(АСУ) процессами металлообработки.

Целью управления процессом резания (табл. 1) могут быть решения таких задач, как: повышение производительности об­ работки, снижение ее себестоимости, повышение точности обра­ ботки, повышение чистоты обрабатываемой поверхности, обес­ печение надежности работы, максимальное использование технологических возможностей станка, режущего инструмента, электропривода, предохранение инструмента от поломок и др.

Показатель качества АСУ может определяться одним из гГеречисленных выше факторов либо совокупностью нескольких из них. В последнем случае к режиму резания предъявляют различные, иногда противоречивые, требования и, как правило, невозможно получить решение, которое одновременно было бы лучшим для каждого требования. При этом показатель качества

5

устанавливают по компромиссному решению. Например, режимы резания, соответствующие наибольшей производительности, чаще всего не совпадают с режимами резания, соответствующими минимальной себестоимости. Уменьшение шероховатости обра­ батываемой поверхности может привести к снижению произво­ дительности. В этом, случае показатель качества АСУ с учетом

6

конкретных требований устанавливают по компромиссному ре­ шению так, чтобы технико-экономический эффект был наи­ лучшим.

Требуемый показатель качества АСУ достигается с помощью управляющих воздействий: изменения скорости привода глав­ ного движения, изменения скорости привода подачи, изменения положения инструмента относительно детали. Тем самым осу­ ществляется управление процессом резания. Привод главного движения' металлорежущих станков выполняют электрическим. Привод подачи может быть электрическим или гидравлическим.

Для получения информации о режиме резания и выработки сигналов управления, соответствующих принятому показателю качества, может осуществляться контроль следующих парамет­ ров: скорости резания, скорости привода главного движения, скорости подачи, глубины резания, момента, силы или мощности резания, температуры резания, амплитуды вибрации при реза­ нии, положения инструмента или детали, упругих деформаций в системе СПИД и др. Для реализации этих сигналов АСУ должна быть снабжена датчиками рабочей информации. В за­ висимости от назначения системы, используемых'управляющих воздействий и поставленной цели управления количество дат­ чиков рабочей информации может быть различным. При этом представленная" классификация АСУ процессами металлообра­ ботки отражает многовариантный подход и содержит известную неопределенность, поскольку из указанных элементов может быть сконструировано значительное число систем с перекрест­ ными признаками, причем невозможно установить закон пересе­ чения этих признаков.

Дальнейшая классификация автоматизированных систем управления' металлообработкой базируется на положениях тео­ рии автоматического управления и терминологии, установленной ГОСТ 17194—71.

Ав т о м а т и к а — это отрасль науки и техники, исследующая

иприменяющая теорию автоматического управления, принципы построения автоматических систем и технические средства, обра­ зующие эти автоматические системы. В условиях современного производства автоматика является средством повышения эффек­ тивности ведения технологических процессов, дает возможность увеличивать производительность труда и улучшать качество вы­ пускаемой продукции.

А в т о м а т и ч е с к и м у п р а в л е н и е м называют управ­ ление, осуществляемое без непосредственного участия человека. При этом участие человека в операциях включения автомати­ ческой системы в работу и ее наладки не учитывается.

Процесс управления охватывает один или несколько объек­ тов управления и управляющей ими системы.

А в т о м а т и ч е с к а я с и с т е м а у п р а в л е н и я (АСУ) — совокупность управляемого объекта (нескольких объектов) и ав­

7

томатического управляющего устройства (нескольких устройств), взаимодействующих между собой. Классификация АСУ может быть выполнена по различным признакам: по характеру алго­ ритма управления, по характеру алгоритма функционирования, по способности к самоприспособлению, по свойствам в устано­ вившемся режиме и др.

А л г о р и т м — это предписание, определяющее содержание и последовательность действий, приводящих к желаемому ре­ зультату. В АСУ управляющее устройство воздействует на управляемый объект. При этом под алгоритмом управления понимают совокупность предписаний, определяющих характер воздействий извне на управляемый объект для требуемого вы­ полнения технического процесса в каком-либо устройстве. По характеру алгоритма управления АСУ могут быть разделены на два класса: с разомкнутой цепью воздействий и с замкнутой цепью воздействий.

АСУ с разомкнутой цепью воздействий характеризуются тем, что в них входными воздействиями управляющего устройства являются только внешние воздействия. Эти системы функциони­ руют только на основе априорной информации о процессе. Область применения АСУ с разомкнутой цепью воздействий очень широка: сюда можно отнести большинство АСУ приводами главного движения универсальных сверлильных, шлифовальных, фрезерных и других станков.

АСУ с замкнутой цепью воздействий характеризуются тем, что в них входными воздействиями для управляющего устрой­

устройство. Эти системы содержат замкнутые цепи воздействия (обратные связи). АСУ металлообработкой могут иметь не­ сколько обратных связей, при этом главная из них осущест­ вляется путем контроля требуемого технологического параметра. В свою очередь, АСУ с замкнутой цепью воздействия могут быть разделены на автоматические системы регулирования (АСР) и автоматические системы поиска (АСП).

А в т о м а т и ч е с к о й с и с т е м о й р е г у л и р о в а н и я на­ зывают систему с замкнутой цепью воздействия, в которой управляющие воздействия вырабатываются в результате срав­ нения истинного значения управляемой величины с предписан­ ным значением. В АСР изменение регулируемых величин вызывается не только управляющими, но и возмущающими воздействиями, приложенными к управляемому объекту или управляющему устройству. Возмущающим называется такое воздействие, которое стремится нарушить алгоритм функциони­ рования. Например, в АСР частоты вращения электродвигателя главного привода станка возмущающими воздействиями будут являться: момент нагрузки, приложенный к двигателю, откло­ нение от номинального значения напряжения питания управ­

8