Разработка адаптивной системы управления режимами механической обработки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

При механической обработке деталей авиационной техники одним из актуальных вопросов является вопрос назначения рациональных технологических режимов резания и обеспечения высокой точности обработки за счет использования адаптивных систем управления [1]. Основными дефектами инструмента в процессе механической обработки являются усиленный износ и поломка режущей кромки, а также повышенная упругая деформация кромки из-за усиленной нагрузки. Данные факторы приводят к браку из-за нарушения геометрии обрабатываемых деталей. Современные методы компьютерного моделирования технологических процессов [2, 3], позволяют количественно оценить эти факторы, однако они не приемлемы для цехового технолога, от которого требуется оперативное назначение режимов с использованием нормативных документов и упрощённых схем расчёта. В этой связи актуальной является методика разработки адаптивной системы управления процессами механической обработки с учетом изменяющихся требований к изделиям, свойств обрабатываемых материалов, геометрии режущих инструментов, нестационарности условий обработки.

В работе представлена методика разработки адаптивной системы управления режимами механической обработки в зависимости от изменяющихся свойств обрабатываемых материалов и геометрии режущей кромки.

Для моделирования системы управления используют замкнутый контур, состоящий из апериодических звеньев [4]. Моделирование контура выполняют в программе Matlab, задав постоянные времени для каждого звена [5].

Для оценки переходных процессов при механической обработке используют следующие параметры:

1. Изменяемые (независимые) технологические параметры: подъём на зуб, угол заострения зуба, скорость резания, условный предел текучести материала протяжки.

2. Оцениваемые (зависимые) параметры: коэффициент запаса прочности по эквивалентным (средним) напряжениям (по теории Мизеса), коэффициент запаса прочности по максимальным касательным напряжениям (по теории Треска - Сен-Венана), величина максимального смещения вершины зуба при упругой деформации, величина износа режущего лезвия, коэффициент усадки стружки, величина шероховатости обработанной поверхности.

Эквивалентное напряжение рассчитывают в наиболее опасной точке - у основания зуба, максимальные касательные напряжения - по передней грани зуба.

Регрессионные модели оцениваемых параметров имеют вид:

- для эквивалентных напряжений у, Па (по Губеру - Мизесу):

(1)

где , , , - постоянные величины, S_z - подъем на зуб, мм/зуб; в - угол заострения, град; V - скорость резания, м/мин;

- для максимальных касательных напряжений i, Па

(2)

где , , , - постоянные величины, S_z - подъем на зуб, мм; в - угол заострения, град; V - скорость резания, м/мин;

- для статических перемещений p по вершине зуба, мм

 (3)

где , , , - постоянные величины, S_z - подъем на зуб, мм/зуб; в - угол заострения, град; V - скорость резания, м/мин;

- для коэффициентов запаса прочности К_у по эквивалентным напряжениям

(4)

где , , , - постоянные величины, S_z - подъем на зуб, мм; в - угол заострения, град; V - скорость резания, м/мин;

- для коэффициентов запаса прочности К_ф по максимальным касательным напряжениям

(5)

где , , , - постоянные величины, S_z - подъем на зуб, мм; в угол заострения, град; V - скорость резания, м/мин;

- для коэффициентов усадки стружки К_u

(6)

где , , , - постоянные величины, S_z - подъем на зуб, мм; в -угол заострения, град; V - скорость резания, м/мин;

- для величины износа h

 (7)

где , , , - постоянные величины, S_z - подъем на зуб, мм; в - угол заострения, град;V - скорость резания, м/мин;

- для шероховатости обработанной поверхности Rz

(8)

где , , , - постоянные величины, S_z - подъем на зуб, мм; в - угол заострения, град; V - скорость резания, м/мин;

Схема взаимодействия объекта управления (процесса резания и изменения напряжений в режущем инструменте) приведена на рисунке 1а. Схема элемента системы управления и график переходных процессов при регулировании эквивалентного напряжения в инструменте приведены на рисунке 1б. Схема элемента системы управления и график переходного процесса при регулировании максимального касательного напряжения в инструменте приведены на рисунке 2. Схема элемента системы управления и график переходного процесса при регулировании величины смещений режущей кромки инструмента приведены на рисунке 3. Схема элемента системы управления и график переходного процесса при регулировании величины износа режущей кромки инструмента приведены на рисунке 4. Схема элемента системы управления и график переходного процесса при регулировании коэффициента усадки стружки приведены на рисунке 5. Схема элемента системы управления и график переходного процесса при регулировании величины шероховатости обработанной поверхности приведены на рисунке 6.

а)

б)

Рисунок 1. а) Структура элемента системы управления при регулировании эквивалентного напряжения в инструменте; б) График переходного процесса при регулировании эквивалентного напряжения в инструменте.

а)

б)

Рисунок 2. а) Структура элемента системы управления при регулировании максимальных касательных напряжений в инструменте; б) График переходного процесса при регулировании максимальных касательных напряжений в инструменте

а)

б)

Рисунок 3. а) Структура элемента системы управления при регулировании величины смещений режущей кромки инструмента; б) График переходного процесса при регулировании величины смещений режущей кромки инструмента

а)

б)

Рисунок 4. а) Структура элемента системы управления при регулировании величины износа режущей кромки инструмента; б) График переходного процесса при регулировании величины износа режущей кромки инструмента

а)

б)

Рисунок 5. а) Структура элемента системы управления при регулировании коэффициента усадки стружки; б) График переходного процесса при регулировании коэффициент усадки стружки

а)

б)

Рисунок 6. а) Структура элемента системы управления при регулировании величины шероховатости обработанной поверхности; б) График переходного процесса при регулировании величины шероховатости обработанной поверхности

На первом этапе проводят компьютерное моделирование адаптивной системы управления с получением графиков устойчивых переходных процессов по регулируемым параметрам.

На втором этапе рассчитывают время t_п переходного процесса, значение перерегулирования у, значение p_i параметра на выходе. На практике переходный процесс по параметру считают приемлемым, если перерегулирование у не превышает (25ч35)%.

ВЫВОДЫ

механическая обработка управление деталь

Предложена и апробирована методика, которая позволяет подобрать параметры системы адаптивного управления значениями напряжений, коэффициентов запаса прочности, смещения зубьев протяжки под действием сил резания, коэффициента усадки стружки, износа режущей кромки, шероховатости обработанной поверхности.

С помощью метода планирования экспериментов [6] получены регрессионные модели оценочных параметров инструмента и детали в процессе протягивания и точения для условий высокопроизводительной обработки. Достоверность моделей составляет 70%.

Разработан программный комплекс на базе предложенной методики и полученных моделей, предназначенный для оперативного назначения рациональных режимов процесса протягивания и точения в цеховых условиях.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Зориктуев В. Ц., Буткин Н.С., Схиртладзе А.Г. Основы автоматизации и управления технологическими процессами в машиностроении [Текст] / В.Ц. Зориктуев, Н.С. Буткин, А.Г. Схиртладзе. - Уфа, УГАТУ, 2000.

2. Аллик Р.А., Бородянский В.И., Бурин А.Г. Системы автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов в машиностроении [Текст] / Р.А. Аллик, Бородянский В.И., Бурин А.Г и др. Под ред. Р.А. Аллика - Л.: Машиностроение, 1986.

3. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования [Текст] / И.П. Норенков, ? М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006.

4. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления [Текст] / В.А. Бесекерский, 4-е издание, ? СПб.: Изд-во Профессия, 2003.

5. Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н. Matlab 7 [Текст] / Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н., ? СПб.: Изд-во «БХВ-Петербург», 2005.

6. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976.

Размещено на Allbest.ru