CC BY
33
ными показателями. Это подтверждено полученным актом внедрения из организации Самаркандшахаргаз».
Список литературы
1. Ионин А.А. Газоснабжение. - М.: Стройиздат, 1989 - 439с.
2. Комина, Г. П., Прошутинский, А. О. Гидравлический расчет и проектирование газопроводов. СПбГАСУ. - СПб., 2010. - 148с.
3. Баясанов Д.Б. Системы газоснабжения. -М: Стройиздат, 2007. 404 с.
4. Ходжаев Т.Т., Каримов Ф.Р. Математические модели функционирования систем управления (добыча и транспорт газа). - Самарканд., "Зарафшон", 993, 93 с.
5.СНиП 42-01-2002. М: ЦИТП Госстроя России, 2003. - 54 с.
6. Sh. T. Khodzhaev, N. V. Gostev, T. T. Khodzhaev. Software development complex of automation calculating and assessing indicators functioning of the gas supply networks. VIII-ая Всемирная научная конференция, 25-27 ноября, 2014г.,Ташкент, ТГТУ, с.356-361.
УДК 621.9.015, 681.513.63, 621.941.01
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКИХ ВАЛОВ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ Чигиринский Юлий Львович, д.т.н., доцент (e-mail: [email protected]) Волгоградский государственный технический университет,
г.Волгоград, Россия Нестеренко Павел Сергеевич, аспирант (e-mail: [email protected]) Волгоградский государственный технический университет,
г. Волгоград, Россия
Представлены схемы систем адаптивного управления процессом токарной обработки нежестких деталей, применение которых позволит повысить эффективность обработки. Определены области применения и проанализированы достоинства и недостатки каждой системы.
Ключевые слова: эффективность обработки, нежесткий вал, сила резания, управление траекторией движения режущего инструмента, система адаптивного управления.
При обработке нежестких валов токарная обработка, на сегодняшний день, остается наиболее трудоемкой операцией и, за счет эффекта технологической наследственности, во многом предопределяет результаты последующей финишной обработки. В процессе обработки под воздействием силы резания элементы технологической системы смещаются из ненагру-женного состояния, вызывая тем самым взаимное смещение инструмента и заготовки (изменение фактической глубины резания), приводящее к появлению погрешности обработки. Величина данного вида погрешности зависит от величины податливости 8i технологической системы и величины
действующей радиальной составляющей силы резания РУ. При обработке нежестких валов, в силу их высокой податливости, величина данного вида погрешности достигает 80 - 90% от общей погрешности обработки [8].
Кроме того, следует отметить, что вследствие неравномерности податливости системы в процессе обработки изменяется глубина резания t, величина которой, как известно из теории резания, непосредственно влияет на силу Ру.
Для снижения данного вида погрешности была разработана и запатентована система адаптивного управления патент № 2533617 [5]. При установке его на работу с радиальной составляющей силы РУ оно производит автоматическую стабилизацию глубины резания исходя из величины силы РУ (рис. 1).
5 =const
Рис.1. Схема устройства автоматического управления процессом токарной обработки: 1 - базовый корпус; 2 - резцедержатель суппорта; 3 - направляющие качения; 4 - резцедержатель; 5 - резец; 6 - упругий элемент датчика силы; 7 - электромагнит; 8 - ограничительный винт; Я - тензорези-
сторная проволока.
Устройство полностью автономно и может быть установлено на универсальных токарных станках в качестве одноконтурной системы автоматического управления без дополнительных затрат на их модернизацию, а также на станках, оснащенных автоматическими системами управления, в качестве первого быстродействующего контура системы,. Применение данного устройства позволит повысить точность и качество обрабатываемых точе-
нием поверхностей за счет мгновенной стабилизации силы РУ и глубины резания ? .
Однако, в силу того, что на величину силы РУ оказывают влияния колебания величины припуска на обработку, и твердости обрабатываемой заготовки, как по диаметру вала, так и по его длине (случайные возмущающие воздействия), данное устройство будет достаточно эффективно работать только в условиях постоянства припуска, т. е. при получистовой и чистовой обработке. В связи с этим была поставлена задача разработки адаптивной системы эффективно работающей в условиях воздействия случайных возмущающих воздействий.
В статье [7] был предложен способ повышения точности токарной обработки за счет управления траекторией движения режущего инструмента, который предполагает коррекцию траектории движения инструмента путем смещения его в радиальном направлении на величину отжатия элементов системы, при одновременной силовой стабилизации процесса резания. На основании данного метода разработана принципиальная схема системы адаптивного управления (рис. 2). Данная система является двухконтурной.
Первый контур направлен на снижение влияния непостоянства податливости элементов системы за счет управления траекторией, т. е. на обеспечение постоянства произведения Ру(е,)-е,. В процессе обработки данные о продольном положении режущего инструмента с датчика перемещений ДП передаются в блок формирования управляющего сигнала БУ2, где, в соответствии с заложенным математическим аппаратом, определяется величина отжатия элементов технологической системы в данном положении инструмента и формируется управляющий сигнал sП о величине необходимого смещение инструмента в радиальном направлении, который подается на привод поперечной подачи ПП2.
Для случая обработки нежесткого гладкого вала в центрах в качестве математического аппарата необходимого для определения величины отжа-тия элементов технологической системы в соответствии с данными [7] может быть использована следующая математическая зависимость:
AD = 2 •
P,
1 + Ср • ^
• HB" • Kp • (s3 + ^)
у 0
1 + Ср • ^
■v"p • HB" • K„
х'
-+-
1
3 • E • J1 • L2 E • J2
" L3 - x3 ^ '
3
J
1-
x
2
+
22 x ] x
1 - L J + F^
- 2 • x •(L - x )•
Y
fL2 - x2 ^ '
2
x-
x
2 Л \
L
+ ^суп +
(1)
JJ
J
Второй контур предназначен для снижения влияния случайных возмущающих воздействий (колебания величины припуска на обработку, и твердости обрабатываемой заготовки) на эффективность токарной обработки за счет силовой стабилизации процесса резания. В процессе обработки резец воспринимает силу резания и передает усилие, равное величи-
"
р
v
X
X
не радиальной составляющей силы РУ, на датчик силы ДС. Электрический сигнал о величине РУ поступает из датчика силы в устройство сравнения задающего устройства ЗУ. Также на устройство сравнения из блока памяти БП поступает сигнал соответствующий номинальному значению радиальной составляющей силы резания РУ0, в результате чего вырабатывается сигнал рассогласования АРУ, который с учетом знака передается в блок формирования управляющего сигнала БУ1. Исходя из сигнала рассогласования в блоке управления по известным формулам происходит перерасчет величины продольной подачи 5* и на привод продольной подачи ПП1 поступает соответствующий управляющий сигнал.
Стоит отметить то, что используя модели расчета РУ, предлагаемые различными машиностроительными справочниками, можно получить весьма противоречивые данные. Так, например, при расчете по традиционным методикам [4], согласно [6], ошибка в величине силы резания достигает 200 % и более, что обуславливает необходимость создания уточненных математических моделей описывающих закономерность формирования радиальной составляющей РУ при конкретных условиях обработки. Построение математической модели можно производить по методике, описанной в работе [3].
Так как параметры режима резания, особенно подача, оказывает существенное влияние на шероховатость поверхности, регулирование величины подачи должно производиться в диапазоне, при котором величина получаемой шероховатости не будет выходить за пределы допустимого значения.
профиль заготовки
траектория движения инструмент а
Рис.2. Принципиальная схема системы адаптивного управления траекторией движения режущим инструментом.
Существует ряд математических зависимостей, описывающих формирование шероховатости поверхности для разных сталей с учетом режимных параметров. Так, например, в работе Н. Б. Демкина и Э. В. Рыжова [2] при-
ведена частная формула для чистового точения закаленной стали ХВГ резцом из композита 10 (гексанита-Р):
^ 0,69
Яа = 4,4 • ^
.0,01 7^0,15 0,4
t • V • Г
(2)
Исходя из этого, ограничение по подаче примет вид:
S = 0,69
Ra_ • t0'01 • V015 • г0'4
4'4 (3)
Следует отметить, что, согласно формуле (2), ограничения (3) могут быть назначены только для конкретных условий обработки. Данное обстоятельство, а также тот факт, что зависимость предложена для стали одной марки, не обеспечивает возможности её широкого применения и обуславливает необходимость построения математической модели рекомендованной для широкого круга марок сталей в более широком диапазоне режимных параметров.
Что касается характеристик поверхностного слоя то, при токарной обработке с использованием предлагаемой адаптивной системы управления, происходит стабилизация величины внутренних напряжений, а также глубины и степени наклепа. Так, согласно данным, приведенным в работе Б. С. Балакшина [1], при обработке заготовок при скорости резания 100 м/мин и подаче 0,21 мм/об с колебанием припуска от 1 до 3 мм на сторону на участках с глубиной резания 1 мм величина внутренних напряжений составляет 362,2 Н/мм2, а ее колебания на участках с разным припуском составляет 58,8-117,6 Н/мм . При обработке деталей с использованием систем адаптивного управления, стабилизирующих силовой режим обработки за счет изменения подачи, величина внутренних напряжений в поверхностном слое деталей при тех же условиях обработки становится практически постоянной и равной 362,2 Н/мм2 с отклонением в некоторых деталях на 9,8-29,4 Н/мм . Кроме того, при управлении процессом резания, следует ожидать формирования структуры поверхностного слоя, более равномерной по сравнению с обычной обработкой. Исходя из этого, применение предлагаемой системы управления позволяет не только стабилизировать соответствующие характеристики качества поверхностного слоя, но и, при наличии достоверных математических моделей, установкой надлежащего силового режима обеспечить необходимые их значения.
Таким образом, применение предлагаемой системы управления существенно повышает эффективность обработки, в частности, точность, качество и, в результате снижения трудоемкости последующих операций, производительность технологического процесса в целом.
Список литературы
1. Балакшин, Б. С. Адаптивное управление станками / Б. С. Балакшин. - М : Машиностроение, 1973. - 688 с.
2. Демкин, Н. Б. Качество поверхности и контакт деталей машин / Н. Б. Демкин, Э. В. Рыжов. - М.: Машиностроение, 1981. - 244 с.
3. Математическая модель формирования осевой составляющей силы резания при точении стали 20ХН / П. С. Нестеренко, А. А. Бондарев, А. Р. Ингеманссон, Д. В. Крайнев, Ю. Л. Чигиринский // Сборник научных трудов SWorld. Вып. 1 : [матер. междунар. науч.-практ. конф. «Современные направления теоретических и прикладных исследований '2014», Одесса, 18-30 марта 2014 г.]. - 2014. - Т. 9 "Технические науки". -C. 9-14.
4. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 2 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М : Машиностроение, 1985. - 656 с.
5. Пат. 2533617 РФ, МПК B32B1/00. Устройство для токарной обработки нежёстких деталей / П.С. Нестеренко, В.К. Голованов; ВолгГТУ. - 2014.
6. Плотников А. Л. Управление режимами резания на токарных станках с ЧПУ: монография. ВолгГТУ. Волгоград: Политехник, 2003. 184 с.
7. Повышение точности токарной обработки нежестких валов за счет управления упругими деформациями технологической системы [Электронный ресурс] : доклад / П. С. Нестеренко, Ю. Л. Чигиринский // Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2015 : матер. Интернет-конф., 618 октября 2015 г. / Проект SWorld. - С. 1-7. - Режим доступа : http:// http://www.sworld.com.ua/index.php/ru/technical-sciences-315/machines-and-mechanical-engineering-315/26367-315-178.
8. Подпоркин, В. Г. Обработка нежёстких деталей. - М. ; Л. : Машгиз, 1959. - 208 с.
Tchigirinsky Julius L., engineering doctor, associate professor
Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia
Nesterenko Pavel S., postgraduate student
Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia
IMPROVING THE EFFICIENCY OF TURNING OF NON-RIGID SHAFTS THROUGH THE USE OF ADAPTIV CONNTROL SYSTEMS
Abstract. This article describes the schemes of adaptive control systems of turning of nonrigid parts, the application of which will improve the efficiency of processing. Scopes are defined, advantages and shortcomings were analyzed of each system.
Keywords: effectiveness of processing, non-rigid shaft, cutting force, control the trajectory of the cutting tool, adaptive control system.
СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Якубжанова Дилфуза Кадировна, старший преподаватель Самаркандский филиал Ташкентского университета информационных технологий
Современный этап развития информационных систем и технологий обусловлен насущными требованиями совершенствования концепций управления техническими системами различных отраслей народного хозяйства. В этом плане, вопросам и проблемам оснащения сельскохозяйственной отрасли современной, надежной и высокопроизводительной техникой, отвечающей мировым требованиям и стандартам уделяется серьезное внимание.
