УДК 681.2:538.5

СИСТЕМА АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ

Шарабура Сергей Николаевич1, Шевченко Вадим Владимирович1
1Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"

Аннотация
В работе рассмотрена система адаптивного управления процессом обработки детали на станках с «ЧПУ» в условиях «безлюдной технологии». Данная система основана на измерении сигнала ЭДС резания и силы резания. Она позволяет повысить точность обработки, качество поверхности, уменьшить износ инструмента избежать внезапным поломкам инструмента.

Ключевые слова: Адаптивное управление, износ, процесс механической обработки, процесс резания, сила резания, упругие деформации, ЭДС резания


ADAPTIVE PROCESS CONTROL MACHINING CNC

Sharabura Sergey Nikolaevich1, Shevchenko Vadim Vladimirovich1
1National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute"

Abstract
The paper considers the adaptive management process workpiece machining "NC" in a "humanless technology". This system is based on the measurement signal EMF of cutting and cutting forces. It improves accuracy, surface quality, reduce tool wear avoid sudden breakage of the tool.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Шарабура С.Н., Шевченко В.В. Система адаптивного управления процессом обработки деталей на станках с ЧПУ // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 6. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/06/34729 (дата обращения: 03.06.2017).

Вступление

В современном приборостроении значительное внимание уделяют проблеме управления процессом резания производящихся деталей. От успешного решения этой проблемы, зависит много факторов в экономической и технологической жизни приборостроительных предприятий.

Доля отказов режущего инструмента, зависимо от условий эксплуатации, может доходить до 63% от общего числа нарушений работоспособности станков с числовым программным управлением (ЧПУ). А потери времени на выявление и ликвидацию отказов режущего инструмента составляет в среднем 10% общего времени работы станков. При этом отказ инструмента на одной позиции часто обусловливает выход из строя инструментов на следующих операциях и в большинстве случаев есть основной причиной брака продукции и отказов узлов станка [1].

Для предотвращения внезапных поломок инструмента, а также для стабилизации его износа была разработана система адаптивного управления по двум параметрам: электро-движущей силе (ЭДС) резания и силе резания.

Постановка задачи

При обработке детали резанием на инструмент воздействуют факторы различной природы: механическая нагрузка, электрические токи, вибрации, химические воздействия, упругие деформации ТОС, наростообразование. Все это приводит к интенсивному износу конструктивных элементов резца и, даже, к его поломке. Что ведет к снижению точности, качества, продуктивности или к появлению брака, что несет за собой экономические убытки и большую себестоимость обрабатываемых деталей [2].

Следовательно, для улучшения параметров качества, точности, себестоимости обрабатываемых деталей стоит использовать систему адаптивного управления режущим инструментом, непосредственно в процессе обработки, что даст возможность выявлять момент предшествующий поломке инструмента, для своевременной его замены.

Система адаптивного управления процессом резания должна обладать высокой точностью информации о зоне резания и состоянии инструмента, в реальном времени отслеживать степень износа, ЭДС пары инструмент-деталь, и силе, действующей на инструмент. Система должна работать стабильно, а также с низкой вероятностью ложной оценки состояния режущего инструмента и сбоев в системе автоматизированного контроля процесса обработки детали. Реализация данной системы должна быть таковой, чтоб ее можно было применить без особых конструктивных изменений приводов станка и технологической обрабатывающей системы (ТОС) [3].

Исследования

 Процесс механообработки (ПМО) сопровождается разного рода явлениями: электрическими, адгезивными, механическими, тепловыми, диффузионными и т.д., возникновение которых вызвано взаимодействием резца с заготовкой. Эти явления в большей или меньшей степени характеризуют процесс износа инструмента, и своими величинами косвенно указывают на износ и остаточную стойкость инструмента [4].

Согласно проведенным исследованиям, наиболее подходящим по информационным параметрам, на основе которых можно судить о состоянии обрабатывающего инструмента, есть ЭДС резания и сила резания.

Исходя из этого, система адаптивного управления процессом резания основана на измерении возникающих ЭДС резания и силы резания, которые возникают в процессе обработки естественным образом.

Основным параметром для контроля  является ЭДС резания, что возникает вследствии повышения температуры в зоне резания, так как увеличение ЭДС свидетельствует об увеличении контакта инструмент-деталь (КИД), что в свою очередь говорит об увеличении износа инструмента.

Система адаптивного управления процессом обработки деталей имеет 2 контура контроля. Первый контур контроля является подсистемой быстрого аварийного отключения приводов станка, которая в случае превышения допустимой силы резания посылает команду на безопасный отвод резца из зоны резания и отключение приводов станка. Причиной резкого возрастания силы резания может быть предельный износ инструмента, наличие твердых включений в заготовке, или внезапное увеличение глубины резания при черновой обработке. Также причиной аварийной остановки может быть поломка инструмента. Все эти негативные воздействия с легкостью определяются и последствия их предотвращаются данной подсистемой, которая анализирует силу резания.

Второй контур является подсистемой оценки и прогнозирования износа инструмента на основе сигналов ЭДС резания. В процессе обработки измеряют сигналы термоэдс, и ЭДС упругих перемещений технологической системы, отделяют переменные и постоянные составляющие этих сигналов, при этом по постоянных составляющих формируют управляющие команды на смену режимов резания, а переменные превращают во взаимно коррелирующие функции и считывают величины этих функций, на основе которых формируют корректирующие команды на смену режимов резания и управляют приводами станка.

Переменные составляющие сигналов несут полную информацию о процессах, которые происходят в зоне резания. Возникновение и срыв нароста при резании, различные изменения в пленках, образующихся на поверхностях трения, неоднородность обрабатываемого материала, непосредственное охлаждение зоны резания в результате отдельных актов проникновения среды является одной из причин, определяющих колебания термоэдс пары КИД [5].

Преобразование переменных составляющих сигналов во взаимно корреляционные функции является сворачиваним сигналов, выделенных из датчиков в начальный момент, например x(t), с текущими сигналами, например, y(t), согласно выражению (1):

  ,                                                                           (1)

где e – свертывание сигналов x и y, t – временное смещение сигналов x и y, tau - параметрическая переменная свертывания сигналов.

Это позволяет с высокой степенью быстродействия по нескольким параметрам более точно контролировать процесс резания, оценивать отклонения от нормального функционирования, а также по этим отклонениям формировать корректирующие команды на управление режимами резания, например, стабилизируя величину скорости износа инструмента путем изменения режимов резания, дает возможность наиболее полно использовать возможности адаптивного управления процессом резания.

На рисунке (рис. 1) показана блок – схема устройства, реализующего предложеную систему адаптивного управления.

В соответствии с предлагаемой системой в процессе обработки измеряют сигналы термоэдс, и ЭДС упругих перемещений технологической системы с помощью датчиков 1, отделяют постоянные и переменные составляющие сигналов, измеряемых в блоке 2, который может быть выполнено в виде электронного фильтра. Постоянные составляющие подают в блок управления 3, где формируют управляющие команды на изменение режимов резания, а переменные с помощью преобразователя 4, который может быть выполнен в виде когерентного оптического процессора, превращают во взаимокоррелирующие функции, которые считываются в устройстве 5, а затем подают в блок коррекции 6, которым формируют корректирующие команды на смену режимов резания. Команда корректировки на изменение режимов резания попадает в блок управления 3, где создаются команды управления приводами станка.

Рисунок 1. Блок-схема системы адаптивного управления процессом обработки деталей на станках с ЧПУ

Рисунок 2. Алгоритм функционирования системы адаптивного управления процессом обработки деталей на станках с ЧПУ

Выводы:

Использование предлагаемого способа позволяет с высокой степенью точности по ряду параметров получить более точную информацию о скорости износа режущего инструмента в процессе обработки и тем самым наиболее полно использовать инструмент по его свойствам устойчивости, что в конечном итоге позволяет повысить производительность обработки деталей на станках с ЧПУ и снизить себестоимость обрабатываемых деталей.


Библиографический список
  1. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. – М.: Машиностроение, 1982. – 320с.
  2. Васильев С.В. ЭДС и температура резания. – Станки и инструмент, 1980, №10, с.20-22.
  3. Остафьев В.А., Тымчик Г.С., Шевченко В.В. Адаптивная система управления. – Механизация и автоматизация управления. – Киев, №1, 1983. – с.18-20.
  4. Постников С.Н. Электрические явления при трении и резании. – Горький: Волго-Вят.кн.изд-во, 1985. – 280с.
  5. Шевченко В.В. Контроль стану різального інструменту за допомогою електричних сигналів. Збірник наукових праць V науково-технічної конференції ПРИЛАДОБУДУВАННЯ: стан і перспективи, 25-26 квітня 2006 р., м. Київ, ПБФ, НТУУ «КПІ». – 2006. – с.112-113.


Все статьи автора «Seregetz»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: