Об одном подходе к построению интерактивной подсистемы автоматизации умственного труда технолога при обработке металлов резанием. Часть 2

Барботько А.И.; Довгаль В.М.

УДК 621.4

ОБ ОДНОМ ПОДХОДЕ К ПОСТРОЕНИЮ ИНТЕРАКТИВНОЙ ПОДСИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ УМСТВЕННОГО ТРУДА ТЕХНОЛОГА ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ. Часть 2

1 канд. техн. наук, профессор, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности в техносфере e-mail: anivanbar@yandex.ru 2 докт. техн. наук, профессор кафедры программного обеспечения и администрирования информационных систем, e-mail: vmdovgal@yandex.ru

Курский государственный университет

В статье рассматриваются проблемы автоматизации умственного труда технолога обработки металлов резанием в ситуациях нагрева и износа инструмента, а также образования нароста на нем, кроме того, в условиях ошибок оператора-наладчика или технолога. Разрабатываются математические модели локальных процессов в рассматриваемых ситуациях и их объединение в локальную подсистему поддержки принятия решений технологом.

Ключевые слова: обработка, металл, технолог, подсистема, автоматизация, умственный, труд, инструмент, нагрев, износ, нарост.

Интенсивное развитие информационных технологий и эскалация достижений в этой области на другие сферы науки, образования и технологий в существенной степени диктуется потребностями практики в совершенствовании процессов управления в соответствии с парадигмой искусственного интеллекта в контексте автоматизации умственного технолога в процессах резания металлов [Барботько 2015]. В технологиях обработки металлов резанием существуют и определены сложные зависимости, включая скрытые, между параметрами в моделях управления и оптимизации. В предлагаемой второй части проведенных авторами данной статьи исследований детализируются локальные процессы настройки СЧПУ в условиях появления нароста на режущем инструменте и рассматриваются особенности параметров резания металлов, которые необходимо учитывать при настройке станков и разработке программных средств управления.

Изменение передней поверхности инструмента в связи появлением на ней нароста, являющееся результатом развития модели стружкообразования в зоне резания, изменения геометрии режущего клина резца, обусловлено определенными тепловыми и скоростными интервалами процесса резания подобно изменению параметров t, S, V в рассмотренных в части 1 данной статьи схемах нагрева и изнашивания инструмента при соответствующей их значимости в определенных интервалах изменений силы резания [Грановский Г.И., Грановский В.Г. 1985; Старков 1989].

Ошибки технолога, оператора, наладчика в виде неправильного назначения и установки в зоне вариаций параметров резания: X DU3; î Vs; î D3 приводят к увеличению силы резания при наросте на режущей кромке инструмента:

1. (V) DU3 V(n = const) ^t Fz{x,^;

const

2. (S) ^Т Vs ^Т S(n = const)-* T ;

3. (t) ^T D3 ^T t(двойное) ^T Fz(,

где - диаметр изделия; D3 - диаметр заготовки; V - скорость резания; S -подача, t - глубина резания; Pz(x,y~) - составляющие силы резания; n - частота вращения вала.

Анализ приведенных причин изменения как бы независимых между собой факторов, принимаемых в начале процесса резания на этапе его настройки, их разделение на зависимые и независимые во многих случаях может быть затруднительным и потребовать дорогостоящих исследований видов функциональных зависимостей параметров или коэффициентов корреляции между ними. В связи с этим целесообразно реализовать зависимости между параметрами модели в неявном виде с помощью обучаемых нейросетевых структур [Круглов, Борисов 2002; Медведев, Потемкин 2002; Рутковская и соавт. 2004], достаточно апробированных в практике аппроксимации функций.

В структуре подсистемы автоматизации умственного труда технолога прияты следующие специфические особенности.

1. Влияние скорости на силу неотделимо от воздействия других факторов: t и S, поэтому оно рассматривается только с учетом этих факторов.

2. Изменение составляющих силы резания F происходит под действием изменения t, S, V, но не наоборот.

3. Изменение опорных для t, S, V независимых величин факторов n, БЗ, Vs определяется только за счет изменения условий функционирования технологической системы и каждого из факторов в ней. Например, изменение фактора n возможно только за счет изменения кинематической схемы технологического оборудования.

4. Управляемая связь между факторами входов t, S и V и параметрами выхода процесса резания должна содержать, с одной стороны, формы четкого выделения уровня выхода, а с другой - интервалы допустимых управляющих сигналов на проведение изменений в системе необходимого входного опорного фактора.

5. Параметры сила резания F и скорость резания V определяются из условий разрушения срезаемого слоя, что позволяет устанавливать затраты энергии на срезание и удаление некоторого объема материала в процессе резания.

Поэтому ставить вопрос об управлении скоростью резания за счет изменения силы резания [Емельянов и соавт. 2012] не представляется достаточно обоснованным, противоречит логике управления и математически некорректно.

Если бы рабочая часть режущего инструмента не имела специфической формы, необходимых элементов на режущих и формообразующих кромках в совокупности с кинематикой и скоростью их перемещения, то нельзя было бы добиться в процессе резания формообразования обработанной поверхности и ее различных параметров: например, диаметра изделия Биз и управляемых отклонений от его номинального значения, шероховатости и погрешностей поверхностного слоя. Именно в проявлении совокупности этих кинематических причин технологии формообразования приоритетная роль принадлежит скорости перемещения точек режущих кромок. Однако скорость резания не обусловливается силой резания, как указывается в приведенной монографии. Для выбора скорости в системе резания имеются другие подсистемы - например, стойкости инструмента, производительности, себестоимости обработки, кинематики процесса резания и формообразования обработанной поверхности. Именно они, а не сила резания определят требуемую технологией скорость.

Барботько А. И., Довгаль В. М. Об одном подходе к построению интерактивной подсистемы автоматизации умственного труда технолога

при обработке металлов резанием. Часть 2

Однако в указанной работе приведено высказывание: «Если текущее значение силы резания Р и диаметра обрабатываемой поверхности ё детали меньше расчетного, то резец должен перемещаться с большей скоростью резания, в противном случае резец будет перемещаться с меньшей скоростью резания» [Емельянов и соавт. 2012: 97].

Анализ приведенного высказывания показывает, что:

1) очевидно, в нем речь идет не об обрабатываемой, а об обработанной поверхности (в теории резания они не являются синонимами);

2) из всех названных факторов - сила резания, диаметр изделия и скорость резания - наибольшее значение для технолога имеет диаметр обработанной поверхности. И если его величина уменьшилась, то это изменение может перевести изделие в брак, и никакими увеличениями скорости (манипуляциями со скоростью) резания, то есть даже изменением частоты вращения вала, этот брак исправлен не может быть, даже если предположить, что какими-то виртуальными манипуляциями при этом будет достигнуто прежнее значение скорости и силы резания;

3) в заданной технологической ситуации необходимо постоянно измерять диаметр обработанной поверхности и при отклонениях вносить коррекцию в настройку инструментальной системы, достигая заданного исходного значения диаметра. Тогда и скорость и силы будут на уровне расчетных, при условии, что не будет дополнительных изменений, например, глубины резания, за счет диаметра заготовки или изменения других факторов, учитываемых в поправочных коэффициентах силы резания, например, твердости и состояния поверхностного слоя заготовки;

4) изменение скорости в этой ситуации приведет лишь к тому, что будут производиться негодные детали (при попытке поддерживать скорость резания на одном уровне), и это не приведет к стабилизации силы резания, так как, кроме скорости, не нее влияют еще и другие факторы, да и такое управление не имеет технологического смысла [Старков 1989].

Таким образом, предложенный авторами монографии [Емельянов 2012] путь обеспечения устойчивого значения силы резания за счет изменения скорости резания и соответственно за счет изменения частоты вращения вала приемлем только в том случае, если величина диаметра обработки остается стабильной и не она является целью технологической операции. А если диаметр обработки имеет существенное значение, то полученная информация об изменении силы резания может служить указанием прежде всего на то, что изменился диаметр обработки и, следовательно, есть необходимость изменения настройки станка, с тем чтобы диаметр обработки оставался стабильным при условии определенной нестабильности других переменных факторов, в том числе и физико-механических свойств обрабатываемого материала, сечения среза и скорости резания [Грановский Г.И., Грановский В.Г. 1985; Старков 1989].

Структура подсистемы поддержки умственной деятельности технолога, определяющего параметры настройки, состоит из следующих взаимосвязанных функциональных компонент:

• блока предварительной обработки исходных данных, включающего в свой состав программные средства обнаружения скрытых функциональных зависимостей и корреляционного анализа параметров модели, а также программную реализацию метода группового учета аргументов и выявления хаотических составляющих параметров модели обработки металлов резанием;

• блока базы знаний, состоящего из базы данных и базы правил нечеткого логического вывода в условиях лингвистической неопределенности с учетом приведенных выше по тексту специфических особенностей;

• блока программной реализации алгоритмов нечеткого логического вывода (логическая машина) на основе нейросетевых технологий;

• блока программных средств оценки адекватности модели по всем ее выходным параметрам.

Необходимые алгоритмические и программные средства разработаны в МайаЬ [Медведев 2002]; в частности, для переменных, имеющих функциональные зависимости, алгоритм приведен в работе Д. Рутковской с соавторами [2004], а программа реализации нечеткого вывода представлена в Свидетельстве № 2015618497 [2015], в котором алгоритм распознавания образов без изменений может быть использован в системах управления технологией резания металлов.

Библиографический список

Барботько А. И., Довгаль В. М. Об одном подходе к построению интерактивной подсистемы автоматизации умственного труда технолога при обработке металлов резанием. Ч. 1 // Auditorium. Электронный журнал Курского государственного университета. 2015. 2(6). URL: auditorium.kursksu.ru/pdf/006-007.pdf (дата обращения: 15.01.2016).

Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: учеб. для вузов. М.: Высш. школа, 1985. 304 с.

Емельянов С.Г., Титов В.С. и др. Автоматизированные нечетко-логические системы управления. М.:ИНФА-М, 2012. 176 с.

Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. 2-е изд., стереотип. М.: Горячая линия - Телеком, 2002. 382 с.

Медведев В.С., Потемкин В.Г. Нейронные сети. MATLAB 6 / под общ. ред. В.Г. Потемкина. М.: ДИАЛОГ. МИФИ, 2002. 496 с.

Рутковская Д., Пилиньский М., Рутковский Л. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы. М., 2004. 452 с.

Свидетельство о регистрации программ для ЭВМ № 2015618497 / В. М. Довгаль, К. В. Прокопов Программа для реализации нечеткого логического вывода для распознавания образов - дата государственной регистрации 11.08.2015.

Старков В. К. Обработка резанием: управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение,1989. 296 с.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Барботько А.И., Довгаль В.М.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Барботько А.И., Довгаль В.М.