CC BY
93
УДК 621.91.02
АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РЕЗАНИЯ ПО ТЕМПЕРАТУРНОМУ КРИТЕРИЮ
В. С. Сальников, Хоанг Ван Чи
Рассмотрены вопросы повышения производительности и стойкости режущего инструмента при обработке резанием за счёт температурного критерия. Приведены выбор и обоснование критериев оптимизации режимов резания по температурному критерию. На основании предложенного алгоритма оптимального управления, предположена структурная схема системы управления, обеспечивающая достижение максимальной производительности в процессе резания при сохранении заданной стойкости инструмента.
Ключевые слова: резание, температура, управление, режим.
В процессе резания не малая часть энергии расточается из-за того, что преобразуется в тепловую энергию. В настоящее время, потребность использования труднообрабатываемых материалов постоянно повышается. Теплопроводность труднообрабатываемых материалов, как правило, существенно ниже теплопроводности обычных конструкционных материалов. Это приводит к повышению температуры в зоне резания. По основании исследования В.Ф. Безъязычного, Т.Д. Кожиной, В. А. Козлова,
Б.А. Кравченко, А.Д. Макарова, В.С. Мухина, С.С. Силина, В.К. Старкова, А.М. Сулимы показано, что температура резания влияет на износ, стойкость инструмента, шероховатость обрабатываемой детали.
Температура в зоне резания зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режимов резания, геометрических параметров режущего инструмента и применяемой смазочноохлаждающей жидкости [1,2,3].
Установлено, что наиболее рациональным показателем эффективности является температурный критерий.
Целью работы является повышение производительности и стойкости режущего инструмента по температурному критерию.
Любой метод оптимизации режимов резания и способ управления режимом резания предполагают использовать на металлорежущих станках, оснащённых системой ЧПУ, дополнительных программных и аппаратных средств, расширяющих её функциональные возможности на решение класса задач оперативного управления.
На основании проведённого анализа критериев оптимизации режимов резании по температурному критерию, получаем закон управления [4,
5]:
pDn < CVKV
1000
СрК^ЧХр (яЬпр+1)
р р________________
6.103(Пр+2) С^^ <вдоп
£ N л
ст і
опВН ^ СрК/р^рпр (кП)ПрКз
£
61
1.35,0.77,
1000п
(1)
34с^3^U.//(Sin6^)0.8 > СрК/р^р
ътф
С помощью метода линейного программирования [6], получена область допустимых режимов резания, которая представлена на рис. 1.
Рис. 1. Графическое решение задачи
Оптимальный режим резания определяется следующим образом:
X ОПТ
по = е 1 , об / мин
ОПТ
є- . (2)
я =---------, мм / мин
о 100
где: X и XО - координаты точки, которые удовлетворяют всем условиям закона управления и максимальной производительности (п * 5 ® тах).
На полученное значение оказывает влияние большое число невы-численных факторов, таких, как степень износа инструмента, разброс характеристики обработанного материала, изменение параметров технических систем и другие. Это говорит о статистическом полученном решении. Для получения адекватности решения в каждом конкретном случае необходимо привести обучение системы с целью корректировки параметров модели.
Для обеспечения оптимального режима резания по температурному критерию алгоритм управления должен описывать следующие основные режимы работы системы: «Ввод и анализ исходных данных»; «Работа с базой данных»; «Обучение»; «Работа».
Режим «Ввод и анализ исходных данных» предназначен для ввода и анализа исходных данных перед началом обработки. К исходным данным относятся материал обрабатываемых деталей, геометрия инструмента, режимы резания, жёсткость технологической системы, параметр качества обработанной поверхности, который необходимо обеспечить, и его требуемое значение решения подобной задачи.
Режим «Работа с базой данных» служит для сохранения и накопления информации об обработанных материалах, условиях обработки и соответствующих им полученных решений. То есть для каждого обрабатываемого материала и для каждого из условий обработки в базе данных имеется своё решение. Если соответствующего решения нет, то система автоматически переходит в режим «Обучение».
Задачами режима «Обучение» являются постановка эксперимента и получение математической модели. Для этого на станке обрабатывается пробная деталь - образец. Причём инструмент, его геометрия, материал образца и глубина резания должны быть такие же, как и при обработке последующей партии деталей. Образец разбивается на участки, затем каждый из них автоматически обрабатывается с заданными режимами резания, и контролируются параметры качества обработанной поверхности. Контроль параметра качества обработанной поверхности осуществляется в процессе обработки системой автоматически.
Данные о входных и выходных параметрах процесса резания заносятся автоматически в ЭВМ, производится их статистическая обработка и получается математическая модель.
Полученная математическая модель и данные о ней запоминаются в
174
базе данных и используются в дальнейшем. При изменении инструмента, его геометрии, материала деталей, глубины резания и т.п. необходимо будет опять провести самообучение системы.
В режиме «Работа» осуществляется адаптивное управление технологической системой по заданному температурному критерию. Система управления осуществляет приём измерительной информации с датчиков температуры, её анализ и на основе анализа принимает решение об управлении технологической системой. Для управления технологической системой используется закон управления. На рис. 2. показан алгоритм работы системы.
Рис. 2. Алгоритм системы управления режимами резания по температурному ограничению
Исходными данными для разработки структурной схемы системы оптимального управления режимами резания являются: 1) требования к системе оптимального управления режимами резания; 2) перечень управляющих воздействий; 3) перечень управляемых параметров; 4) технические характеристики применяемого оборудования.
Разрабатываемая система оптимального управления режимами резания должна обеспечивать: 1) постановку и проведение активного эксперимента; 2) математическую обработку и анализ полученных данных от датчиков для корректировки математической модели; 3) хранение и использование полученных результатов для управления процессом резания; 4) адаптивное управление процессом резания на основе математических моделей, полученных при самообучении.
Для построения системы оптимального управления режимами резания УЧПУ станка должно удовлетворять определённым требованиям:
1) наличие устройства ввода аналоговой информации для связи с датчиками температуры, через которое можно управлять станком, т.е. изменять во время его работы такие параметры, как подача и скорость резания;
2) открытость программы логики станка. Это означает, что пользователь имеет право самостоятельно разрабатывать блоки программного обеспечения для управления подачей и скоростью резания от ПЭВМ.
На основании вышеизложенного структура системы оптимального управления режимами резания будет иметь вид, представленный на рис. 3.
I
ПЭВМ
КС
УЧПУ
-► тс
1*8232
Нагрузка
привода
и=(в,У)
Рис. 3. Структура системы оптимального управления режимами
резания
Алгоритм работы (А) системы реализуется в виде программного обеспечения, записанного в память устройства управления, в качестве которого используется ПЭВМ. Исполнительным устройством системы является технологическая система (ТС), управляемая устройством управления,
176
обычно это УЧПУ. Связь ПЭВМ и УЧПУ осуществляется через контроллер сопряжения (КС), подключаемый к ПЭВМ по последовательному интерфейсу RS 232. Управляющими воздействиями U для ТС являются скорость резания V и величина подачи S.
Выводы
1. На основании анализа процессов резания показано, что наиболее рациональным показателей эффективности является температура.
2. В результате проведённых исследований предложено использование метода линейного программирования для оптимального управления процессом резания.
3. На основании предложенного алгоритма оптимального управления представлена структурная схема системы управления, обеспечивающая достижение максимальной производительности в процессе резания при сохранении заданной стойкости инструмента.
Список литературы
1. Силин С. С. Метод подобия при резании материалов. М.: Машиностроение, 1979. 152 с.
2. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981.
3. Резников А.Н., Резников Л. А. Тепловые процессы в технологических системах. М.: Машиностроение, 1990. 288 с.
4. Старков В.К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение, 1989. 296с.
5. Силин С. С. Теоретическое определение параметров процесса резания // Производительная обработка и технологическая надёжность деталей машин: межвузовский сб. научных трудов / Ярославский политехнический институт, 1977. №6. С. 3-16.
6. Расчёт на ЭВМ оптимальных режимов резания: метод. указания/ сост. В.И. Пилинский, В.В. Щипанов. Тольятти, 1990. 34 с.
Сальников В. С., д-р техн. наук, проф., tst@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хоанг Ван Чи, магистр, hc.mrcool@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE PROCESSES OF CUTTING CONDITIONS FOR TEMPERATURE CRITERIA
Salnikov V. S., Hoang Van Chi
The article is dealt with questions of improvement the cutting tool’s performance and durability, during the cutting process at the expense of temperature criterion. The choice and basic criterion of optimization the cutting regimes by temperature criteria are given. Based on the proposed procedure of optimal control, suggested a structural scheme of the control system that provides the attainment of maximum productivity in cutting process.
Key words: Cutting, temperature, control, regime.
Salnikov V.S., Doctor of Engineering, professor, tst a tsii.tiila.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Hoang Van Chi, master, hc.mrcool agmail.com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 676.029
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
А.С. Дударев
Представлены требования и показатели качества обработанной поверхности полимерных композиционных материалов при сверлении, разрезке и фрезеровании.
Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, сверление, фрезерование, разрезка, шероховатость.
Качество поверхности ракетно-космической техники (РКТ) играет исключительно важную роль в обеспечении высоких эксплуатационных показателей изделий.
В процессе изготовления изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на его поверхности возникают неровности: в слоях материала изменяются структура и химический состав, а также физикохимические и эксплуатационные свойства изделий [5].
Одним их важнейших составляющих качества поверхности является её шероховатость, которая в настоящее время нормируется ГОСТ 2514282 [2] и ГОСТ 2789-73 [1]. Указанные ГОСТы распространяются на различные материалы, однако специфика свойств ПКМ в них не учтена, поэтому исследование качества поверхности ПКМ, в частности их шероховатости после механической обработки, имеет большое практическое значение.
При рассмотрении ПКМ, обладающих специфическими свойствами в первую очередь из-за своей структуры, анизотропности, наличия арми-
