Файл: И.А. Штефан Комбинированное управление процессом резания на фрезерном станке.pdf

1

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы – приобретение студентами практических навыков при анализе и синтезе систем комбинированного управления процессом резания на фрезерном станке.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основным рабочим процессом на фрезерном станке является процесс резания, заключающийся в удалении с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки с целью получения детали заданных формы, размеров и шероховатости обрабатываемых поверхностей [6].

Для осуществления процесса резания необходимо иметь два движения: главное движение резания и движение подачи. Главное движение – прямолинейное поступательное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей ско-

ростью в процессе резания. При фрезеровании главным движением является вращательное движение фрезы. Система управления при-

водом главного движения, в основном, представляет собой САР, обеспечивающую стабилизацию скорости вращения фрезы на требуемом уровне.

Движение подачи – прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которых меньше скорости главного движения резания, предназначенное для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю поверхность.

Важнейшим показателем качества обработки на фрезерном станке является точность, т.е. степень соответствия геометрических параметров обработанной детали параметрам, заданным чертежом. На точность обработки при фрезеровании влияют различные факторы, основными из которых являются: погрешности, возникающие в результате упругих деформаций технологической системы под действием сил резания и в результате деформации заготовки и других элементов оснастки при креплении заготовки; погрешности, вызываемые размерным износом инструмента, температурными деформациями технологической системы; погрешности наладки станка; погрешности, вызываемые действием остаточного напряжения в материале заготовок и готовых изделий и многие другие.

2

Для обеспечения требуемого качества обработанной поверхности необходимо в управляющей программе предусмотреть компенсацию "вредных" воздействий на процесс резания. Однако учесть все факторы при составлении управляющей программы достаточно сложно. Составление управляющей программы для фрезерного станка при решении технологической задачи ЧПУ упрощается при использовании систем адаптивного управления процессом резания [1].

В лабораторной работе моделируется система комбинированного управления процессом управления на фрезерном станке, позволяющая компенсировать отклонения глубины резания от номинального значения на качество обработки.

Функциональная схема системы комбинированного управления процессом резания на фрезерном станке приведена на рисунке.

Функциональная схема системы комбинированного управления процессом резания:

Р – регулятор; К – компенсатор; ОУ – объект управления ( процесс резания); Д – датчик обратной связи; Pz (t) – сила резания;

t3 (t) – глубина резания; S(t) – подача; u(t) – задающее воздействие, характеризующее требуемое (номинальное) значение силы резания; uд (t) – сигнал обратной связи.

Математические модели процесса резания аппроксимированы апериодическими звеньями первого порядка [1]:

- по каналу управления "подача – сила резания"

3

где c p – константа, зависящая от материала; B – ширина фрезерования; D – диаметр фрезы; So – номинальное значение подачи; t30 –

номинальное значение глубины резания.

Номинальный режим процесса резания на фрезерном станке описывают выражением

Датчик обратной связи описывают передаточной функцией

где kд – коэффициент передачи датчика.

Компенсатор предназначен для компенсации отрицательного влияния на качество работы САР отклонения глубины резания от номинальной величины t30 . Передаточная функция компенсатора разра-

ботана на основе теории модельной компенсации инерционности [3], которая определяется соотношением

где Ws−1( p) – обратная передаточная функция по каналу управления, т.е.

4

Алгоритм моделирования компенсатора, полученный по разностной схеме, описывается следующими выражениями:

где ∆t3 (i) – величина текущего отклонения глубины резания от номи-

нального значения; ∆Pz' (i) – текущее значение отклонения силы резания, обусловленное отклонением глубины резания ∆t3 (i) ; α11 , β10 , β20 , β21 – коэффициенты уравнений, определяемые по формулам:

где ∆t – шаг электретизации; ∆Sk (i) – эквивалентная величина подачи,

соответствующая отклонению глубины резания от номинального значения.

В лабораторной работе в качестве регулятора привода подачи используются типовые регуляторы [2]:

- П- регулятор с передаточной функцией

где k p – коэффициент передачи регулятора, настроечное значение которого определяется по формуле [4]:

- ПИ- регулятор с передаточной функцией

5

где коэффициент передачи k p и постоянная времени изодрома T3 опре-

3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Ознакомиться с теорией комбинированного управления процессом резания на фрезерном станке, в качестве которого выбран фрезерный станок с ЧПУ 654Ф3 [7], характеристики которого приведены в табл. 3.1.

2. Разработать алгоритм моделирования системы комбинированного управления, приняв шаг дискретизации ∆t = (0,1 −0,5)Tmin [9]. В качестве обрабатываемого материала рассматривать сталь 45 [7], которой