Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

 

 

 

УДК 62-52:621.9.06

АНАЛОГО-ЦИФРОВИЙ РЕГУЛЯТОР РЕЖИМУ МЕТАЛООБРОБКИ

ДЛЯ ВЕРСТАТІВ З ЧИСЛОВИМ ПРОГРАМНИМ КЕРУВАННЯМ

Водічев В.А.

Підвищення продуктивності чорнової обробки на верстатах фрезерної, свердлильної токарної та інших груп забезпечують системи, які стабілізують потужність обробки [1]. Пристрої числового програмного керування (ПЧПК) класів CNC i PCNC принципово мають можливості вирішувати програмним шляхом задачі керування режимом металообробки для стабілізації потужності різання. Але більшість ПЧПК, як тих, що тривалий час застосовуються у промисловості, так і нових зразків, не оснащені відповідним програмним забезпеченням. Розробка додаткових програмних модулів і узгодження їх з базовим програмним забезпеченням ПЧПК для користувачів верстатів є задачею занадто складною. Задача стабілізації потужності різання ще більше ускладнюється в умовах динамічної нестабільності деяких процесів обробки, для яких в усталеному режимі при незмінних величинах керуючих і збурюючих дій потужність різання не є постійною, а має постійну і періодичну складові. Наприклад, при обробці фрезеруванням це може бути обумовлене биттям зубів фрези [2]. Для керування режимами цих видів обробки на верстатах з ПЧПК доцільним є використання спеціалізованого аналого-цифрового регулятора (АЦР), який забезпечує підтримку потужності різання не на заданому рівні, а у заданих межах.

 Метою статті є аналіз роботи АЦР, дослідження на математичній моделі і діючому верстаті системи керування з АЦР і ПЧПК, яка підтримує потужність різання в заданих межах в умовах динамічної нестабільності процесу обробки.

 Функціональна схема системи керування металообробним верстатом з ПЧПК при застосуванні АЦР наведена на рис.1.

ПЧПК відповідно програмі обробки деталі формує напруги завдання швидкостей uзг, uзωх, uзωу електроприводів головного руху ПГР і подач ППХ і ППУ по координатах x i y відповідно. Окрім цих керуючих дій на процес обробки (ПО) діють також збурення (ЗБ), основними з яких є зміна глибини та ширини обробки, стану інструменту, тощо. Поточне значення потужності різання Рz контролює датчик потужності (ДП), сформована ним напруга uдп надходить на АЦР. Останній формує цифровий код К, чисельне значення якого визначає величину швидкості подачі в відсотках від заданої у програмі обробки, що записана в ПЧПК. Кожен ПЧПК має коректор швидкості подачі, який може використовуватись оператором для втручання в хід технологічного процесу. Опитування стану коректору відбувається програмним шляхом. При зміні чисельного значення коду, який формується коректором, на одиницю ПЧПК змінює швидкість подачі на 10% від значення, що вказане у програмі обробки деталі. АЦР дозволяє формувати цей код автоматично при зміні умов обробки.

 

 

 

В АЦР (рис.2) на перші входи компараторів К1 і К2 надходить напруга uдп. На других входах компараторів встановлено напруги u1 і u2, що визначають відповідно нижню Р1 та верхню Р2 межі діапазону, у якому потрібно підтримувати цю потужність різання

 

                                                                                          

 

де Кдп – коефіцієнт передачі датчика потужності різання.

 

Генератор тактових імпульсів (ГТІ) формує прямокутні імпульси напруги uг. Якщо uдп<u1, то на виході компаратора К1 встановлюється сигнал логічної одиниці і імпульси uг надходять на вхід складання лічильника СТ2, чисельне значення коду на виході якого зростає. При досягненні кодом значення 1010, сигнал логічного нуля udc1 з виходу 10 дешифратору DC запирає логічний елемент D1. Відповідно цьому значенню коду ПЧПК встановлює швидкість подачі виконавчого органу верстата, яка дорівнює 100 % від заданої в програмі обробки. Якщо під дією збурень потужність обробки зростає і напруга uдп перевищує значення u2, то сигнал логічної одиниці виникає на виході компаратора К2. Імпульси uг надходять на вхід віднімання лічильника СТ2 і чисельне значення коду на його виході і швидкість подачі зменшуються доти, доки не буде виконуватись нерівність uдп<u2. При досягненні кодом мінімального значення 0001, яке відповідає швидкості подачі 10% від вказаної в програмі, сигнал логічного нуля udc2 з виходу 1 дешифратору DC запирає логічний елемент D2. Коли напруга uдп знаходиться у заданих межах u1<uдп<u2, чисельне значення коду на виході лічильника СТ2 не змінюється, на виходах компараторів встановлюються сигнали логічного нуля, а обробка відбувається з постійною швидкістю подачі. Якщо під дією збурень у процесі обробки потужність різання виходить за задані межі Р1 < Pz < Р2, то імпульси uг знов надходять на один з входів лічильника СТ2, що викликає зміну коду на його виході і відповідну зміну швидкості подачі.

Для дослідження системи керування фрезерним верстатом з ПЧПК і з аналого-цифровим регулятором розроблена математична модель, яка відображається структурною схемою (рис. 3).

 

Рис.3 Структурна схема системи керування процесом металообробки з АЦР

 

До складу об’єкта керування входять процес обробки і датчик потужності різання. У якості електропривода подачі застосовано комплектний електропривод постійного струму типу ЕШІМ1. Математичні моделі цих елементів системи докладно описані у [3,4]. У моделі процесу обробки додатково до викладеного у [3,4] враховано потужність холостого ходу Ро і гармонійну складову потужності різання з амплітудою Рм і частотою, що пропорційна частоті обертання фрези n. Дія компараторів змодельована за допомогою суматора і нелінійної ланки з релейною характеристикою і зоною нечутливості. Напруга uз визначає задане середнє значення потужності різання, а величина зони нечутливості – межі, у яких ця потужність має підтримуватись.

ГТІ, логічні елементи, двійковий лічильник і дешифратор представлено на схемі за допомогою інтегратора зі сталою часу Ти , нелінійної ланки з насиченням, імпульсного елемента з періодом дискретності Т1, що дорівнює періоду імпульсів ГТІ, і екстраполятора нульового порядку. Коректор швидкості подачі ПЧПУ представлено на схемі блоком множення, на який надходить сигнал завдання швидкості подачі uзs. Квантування сигналів керування електроприводом подачі за часом і рівнем враховано за допомогою імпульсного елемента з періодом дискретності Т2, що дорівнює таймерному інтервалу ПЧПК, і екстраполятора нульового порядку. У ланцюзі технологічного зворотного зв’язку використано додатково ланку реального диференціювання зі сталими часу Тк і Кк Тк . Її застосування дозволяє зменшити перерегулювання потужності у перехідних процесах, але при наявності періодичної складової потужності різання коефіцієнт Кк обирається невеликим і вплив зворотного зв’язку за похідною потужності є незначним.

 Дослідження процесів у системі керування режимом металообробки з АЦР і ПЧПК проведено на моделі за допомогою програми Simulink програмного пакету Matlab для випадку обробки торцевою фрезою з пластинами з твердого сплаву поверхні корпусної деталі з сірого чавуну. Схема Simulink-моделі відповідає структурній схемі, що наведена на рис.3 Одержані на моделі графіки залежностей потужності різання Рz, швидкості подачі S і глибини фрезерування tp від часу обробки t (рис.4) ілюструють роботу системи в умовах зміни збурюючої дії, якою є зміна глибини обробки, і динамічної нестабільності процесу, яка обумовлена биттям зубів фрези.

 

Рис. 4 Графіки процесів у системі керування режимом металообробки

 

При глибині обробки 1мм потужність різання не перевищує верхньої межі встановленого діапазону потужності і обробка відбувається з максимальною швидкістю подачі, що вказана у програмі ПЧПУ. При збільшенні глибини обробки до 1,2 мм а пізніше до 1,8 мм швидкість подачі зменшується, при зменшенні глибини обробки швидкість подачі збільшується. При цьому потужність різання підтримується у заданих межах.

Експериментальне дослідження системи з АЦР проведено на свердлильно-фрезерному верстаті моделі 2550ОС1000МФ4 з ПЧПК моделі 2Р32М. Умови обробки є аналогічними до прийнятих під час математичного моделювання системи. На верстаті застосовано електропривод головного руху типу „Кемтор”, і електроприводи подач по всіх координатах типу „Кемрон”. У якості сигналу зворотного зв’язку за потужністю обробки використано напругу, що пропорційна силі струму якоря двигуна головного руху. На експериментальній осцилограмі (рис.5) наведені залежності потужності різання Pz і швидкості подачі стола верстата S по координаті Х від часу обробки t.

Рис. 5 Експериментальна осцилограма роботи системи

 

Порівняння результатів математичного моделювання системи і її експериментального дослідження свідчить, що розроблена математична модель в цілому вірно відображує процеси, що мають місце у системі керування режимом металообробки. Така модель може бути використана для попередньої оцінки якості регулювання у системах з АЦР, що застосовуються на інших верстатах при обробці різних металів різними інструментами. Під час експериментального дослідження системи встановлено, що при фрезеруванні корпусної деталі з використанням АЦР тривалість обробки скорочується на 25 – 27 % у порівнянні з обробкою при постійній швидкості подачі, що обрана за технологічними довідниками. Проведені дослідження дозволяють рекомендувати АЦР для застосування на верстатах фрезерної та інших груп з ПЧПК для підвищення їх продуктивності за рахунок скорочення тривалості обробки.

 

The metal cutting process control system with analog-digital regulator for machine-tool with computer numerical control are considered. The results of mathematical modeling and experimental investigations of the system are presented.

 

1.                   Шапарев Н.К. Расчет автоматизированных электроприводов систем управления металлообработкой. – К.: Лыбидь,1992. – 272 с.

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

3.                   Водічев В.А. Синтез і дослідження статичної системи стабілізації потужності різання металообробного верстата // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы: Научн.- техн. журнал. – Херсон: Изд. ХГТУ, 2002. – № 1 (10) – С. 104 – 110.

4.                   Водічев В.А. Нелінійна система управління рухом подачі верстата для підвищення продуктивності металообробки // Електромашинобудування та електрообладнання: Міжвід. наук.-техн. збірник. – Київ: Техніка. – 2001. – Вип. 57. – C. 20–25.

 

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Современные технические средства, комплексы и системы

Краснов В.А., Прохорович А.В., Шутов С.В., Деменский А.Н. Анализ флуктуаций размера растущего кристалла (на примере легированных монокристаллов кремния, вытягиваемых из расплава по методу Чохральского)

Завальнюк И.П. Управление высокопроизводительной экструзией неоднородных материалов

Долина В.Г., Писаренко А.В. Синтез складної багатовимірної системи управління випарною станцією на основі рефрактометричних вимірювань

Стопакевич А.А., Тодорцев Ю.К. Анализ современного состояния систем управления брагоректификационными установками спиртового производства

Поливода В.В. Современные компьютерные технологии в АСУ на хлебоприёмном предприятии

Ладанюк А.П., Українець А.І., Кишенько В.Д. Управління автоматизованими технологічними комплексами харчових виробництв на основі сценарного підходу

Ковриго Ю.М., Фоменко Б.В. Врахування обмежень для підвищення якості функціонування систем регулювання енергоблоків ТЕС і АЕС

Евдокимов А.В., Китаев А.В., Агбомассу В.Л. Исследование причин, определяющих вращение рамки с током в магнитном поле после воздействия на нее внешнего импульса

Аппазов Э.С. Применение твердых растворов InGaN в фотовольтаике

Кузнєцов Ю.М., Дмитрієв Д.О. Програмно математичний апарат керування виконавчим органом багатокоординатних верстатів нових компоновок

Черевко О.И., Ефремов Ю.И., Одарченко А.М., Одарченко Д.М, Агафонова Ю.Ю. Теоретическое обоснование перспективного биконического резонатора для СВЧ-устройств при переработке растительного сырья

Хобин В.А. Бабиков А.Ю. Системы экстремального управления молотковыми дробилками с функцией гарантированного соблюдения тепловых режимов их электродвигателей.

Стадниченко В.Н. Исследование влияния изменения эксплуатационных нагрузок на свойства металлокерамических слоёв полученных с использованием трибовосстанавливающих составов

Ісаєв Е.А., Наговський Д.А., Чернецька І.Е. До вибору факторів, що характеризують окомкування тонкоподрібнених залізорудних матеріалів

Федоровский К.Ю., Лунев А.А. Теплоотдача погружного пластинчатого теплообменника системы охлаждения энергоустановок морских технических средств

Федоровский К.Ю., Владецкий Д.О. Интенсификация теплоотвода замкнутых систем охлаждения энергоустановок морских технических средств.

Пономарьов Я.Ю., Ладанюк А.П., Іващук В.В. Досвід використання нечітких регуляторів в системі атоматизації випарної установки.

Левченко А.А., Кравчук О.И. Эквивалентный макромодуль процесса технического обслуживания радиотехнических средств.

Іволгіна Т.О. Енергетичний підхід до аналізу стійкості руху вимірювальної головки координатно-вимірювальної машини

Ладанюк А.П., Кишенько В.Д., Ладанюк О.А. Системна задача управління біотехнологічними процесами.

Тернова Т.І. Алгоритм оцінювання деформацій рапорту періодичних об'єктів

Рожков С.А., Федотова О.Н. Алгоритм обучения системы распознавания автоматической системы разбраковки тканей

Пупена О.М, Ельперін І.В, Ладанюк А.П. Особливості проектування комп’ютерно-інтегрованих систем управління

Квасніков В.П., Кочеткова О.В. Проектування координатно–вимірювальної машини на нейронних мережах

Водічев В.А., Мухаммед М.А. Дослідження системи стабілізації потужності різання металообробного верстата з фази-регулятором

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И., Самойлов Н.А. Методика испытания термофотовольтаических преобразователей

Хобин В.А. Повышение качества формирования смесей средствами интеллектуализации алгоритмов управления порционным дозированием

Терновая Т.И. Автоматическая система разбраковки тканей с печатным рисунком методом компенсации информационных потоков

Рожков С.А., Бражник Д.А. Использование нейросетевых структур для построения систем распознавания образов

Місюра М.Д., Кишенько В.Д. Математичні моделі технологічних процесів пивоварного виробництва як об’єктів автоматизації

Ладанюк А.П., Власенко Л.О. Автоматизоване управління бізнес-процесами в комп’ютерно-інтегрованих структурах підприємства

Жукова Н.В., Литвинов В.І. Вирішення проблеми погодженого руху валків з неоднаковими катаючими діаметрами профілезгинальних станів

Денисова А.Е., Тодорцев Ю.К., Максименко И.Н. К вопросу об автоматизации интегрированной установки теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии

Бессараб В.И. Компьютеризированная система управления водоотливным хозяйством угольных шахт по критерию минимума энергозатрат

Хобин В.А. Регулятор переменной структуры для объектов технологического типа

Тонконогий В.М. Трехконтурная АСУ нанесением ионно-плазменного покрытия на режущий инструмент.

Колесникова Е.В., Кострова Г.В. Формирование базы данных АСУТП дуговой сталеплавильной печи.

Водічев В.А. Автоматизована система керування швидкостями робочих рухів то-карного верстата для підвищення ефективності обробки торцевих поверхонь.

Бергер Е.Г., Дмитрієв Д.О., Бергер Є.Е., Діневич Г.Ю. Синтез строфоїдографів за методом параметричних сімей.

Бабак В.П., В.Н. Стадніченко, О.Г. Приймаков Прогнозування надійності, дов-говічності та витривалості авіаційних матеріалів

Бабак В.П., Стадниченко В.Н., Приймаков О.Г., Токарчук В.В. Прогнозування витривалості авіаційних матеріалів .

Куцак Р.С. Використання методу координатного еталону в задачах автоматизації контролю якості тканини.

Попруга А.Г. Усовершенствование электрических нагревателей по критерию экономии энергии.

Пашковский А.А., Далечин А.Ю. Система регистрации спектров фотолюминес-ценции

Никольский В.В., Цюпко Ю.М. Применение пьезоэлектрических датчиков в сис-теме кондиционирования воздуха судовых систем микроклимата.

Крапивко Г.И., Хлопёнова И.А. Повышение коэффициента полезного действия кремниевых фотоэлектронных преобразователей методом лазерной гравировки.

Кихтенко Д.А. Управление шаговыми двигателями в микрошаговом режиме, оп-тимизация управления.

Горохов В.А. Автоматизированная транспортно-складская система в текстильной и легкой промышленности.

Водічев В.А. Система стабілізації потужності різання фрезерного верстата з взаємозв'язаним керуванням швидкостями робочих рухів.

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И. Испытание фотоэлектрических преобразователей в условиях экстремальных температурных колебаний.

Худяев А.А. К проблеме повышения точности воспроизведенияв классе многоканальных воспроизводящих систем с эталонной настройкой каналов.

Тверезовський В.С., Бараненко Р.В. Принцип побудови елементів вимірювальних систем, представлених цифровими програмно керованими давачами.

Никольский В.В., Сандлер А.К. Моделирование процессов в вискозиметре с пьезоэлектрическим приводом.

Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Курак В.В. Использование метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава для формирования наноразмерных структур InSb в матрице GaSb.

Блинов Э.И., Кравцов В.И., Кравцов А.В., Недбайло А.Н. Управление гибкими протяженными объектами направленными силовыми воздействиями.