Синтез адаптивной системы управления процессом токарной обработки (стр. 1 из 4)

Содержание

Введение

1 Исходные данные

2 Анализ процесса резания как ОУ

3 Определение структуры основного контура системы

4 Разработка структурной схемы САР

5 Анализ устойчивости скорректированной системы

6 Построение АдСУ

Заключение

Введение

В процессе обработки в зоне резания возникает повышенная температура, оказывающая существенное влияние на стойкость инструмента

,

где

, – показатель степени и коэффициент, зависящие от материалов инструмента, заготовки, а также вида обработки; – температура резания, °С.

Затупление инструмента, поступление более интенсивного охлаждения, изменение твердости детали, изменение скорости резания немедленно оказывают влияние на температуру резания. Если при обработке температура резания даже незначительно превысит максимально допустимое значение для данного инструмента, то происходит повышенный износ последнего, завершающийся, как говорят, «тепловой посадкой инструмента». Наиболее сильно на температуру резания влияет скорость, несколько меньше – величина подачи и еще меньше – глубина резания. Связь между температурой резания и перечисленными параметрами может быть описана эмпирической степенной зависимостью

По температуре (термо-ЭДС) резания можно судить о скорости износа инструмента. Для различных сочетаний инструмента и материала детали существуют температуры, при которых скорость износа инструмента оказывается оптимальной с точки зрения себестоимости обработки, либо производительности обработки. Для измерения этой температуры и управления процессом обработки наибольшее распространение нашел метод естественной термопары, образованной инструментом и деталью. Развиваемая естественной термопарой термо-ЭДС позволяет построить АСУ ТП, поддерживающую заданный температурный режим с точностью 2...3 %. Для успешного построения системы стабилизации температуры резания (СТР) необходимо, чтобы конструкция станка не шунтировала эту термо-ЭДС, резец был бы изолирован от массы станка, а твердосплавный резец охлаждался смазывающе-охлаждающей жидкостью (СОЖ) для того, чтобы «холодный» участок пластины имел температуру окружающей среды и были сведены к минимуму температурные погрешности измерений.

Измерение температуры в зоне контакта в процессе резания

Измерение осуществляется с помощью метода естественной термопары. Термоэлементом в данном случае является материал резца и детали. А горячим спаем является зона контакта резца с заготовкой.

РТС

,

Достоинства метода: конструктивно прост, может применяться для различных видом режущего инструмента и оборудования, удобен для САУ процессом резания.

Недостатки: необходимость градуировки для каждого сочетания резца и детали, метод не дает распределение температур на передней и задней поверхности, а только средне-интегральную температуру.

1 Исходные данные

Режим резания				Условиерезания	Допуск натемпературурезания –
, м/мм	, мм/об	, мм	, мм
45	0,11	1,7	1,3

Двигатель 2ПН180LУХЛ4:

мощность, кВт – 10

напряжение, В – 220

частота вращения, об/мин номинальная – 1000

максимальная – 3000

КПД, % – 82,5

сопротивление обмотки при 15 0С, Ом якоря – 0,168

добавочных полюсов – 0,11

возбуждения – 72,5/20,1

индуктивность цепи якоря, мГн – 5,6

ПЭ: звено 1

с

звено 2

с

ДУ:

с

ПУ:

с

Оптимальная температура в зоне резания обеспечивает минимум интенсивности изнашивания режущего инструмента. При точении жаропрочного сплава ХН77ТЮР резцом ВК6М с параметрами заточки

мм; ; ; оптимальная температура составляет C. Температура в зоне резания для данной пары «инструмент-деталь» определяется выражением:

, (1).

Колебание напряжения в сети может вызывать отклонение расчетных значений скорости вращения шпинделя

и скорости вращения двигателя механизма подачи на ( ) заданного расчетного значения, в результате чего температура в зоне резания может отклоняться от расчетной. Кроме того, изменение величины припуска в пределах так же может вызывать отклонение температуры в зоне резания. Для поддержания температуры в зоне резания на уровне с заданной точностью изменяем V, регулируя скорость вращения двигателя шпинделя , при неизменном задании , однако при этом величина S колеблется из-за напряжения сети на ( ) заданного.

2 Анализ процесса резания как ОУ

Анализ процесса резания как объекта управления осуществляется в несколько этапов.

Определение состава выходных координат ОУ. В качестве выходной координаты можно принять температуру в зоне резания, параметры стружки, силу резания, износ инструмента, уровень шероховатости обработанной поверхности и т.д.

Выбор выходной координаты, количественно определяющей качество хода ПР. В качестве выходной координаты примем температуру в зоне резания, т.к. при оптимальной температуре резания происходит минимальный износ инструмента, что обеспечивает высокое качество ПР.

Выполнение математического описания ОУ. Уравнение

, (1) определяет связь между выходной координатой и воздействиями , , .

Определение ограничений, в условии которых должен производиться ПР. Таким ограничением является скорость, которая может регулироваться только вниз от номинальной, т.е. уменьшаем входную координату ПР.

Определение состава управляющих координат. На ОУ оказывают влияние скорость резания

, глубина резания , подача .

Выбор управляющей координаты, оказывающей самое эффективное воздействие на выходную координату. Из уравнения (1) следует, что эффективнее всего на температуру воздействует скорость резания (0,384>0,132>0,098), поэтому

– управляющая координата.