Адаптивные системы управления

При обработке заготовок на станках с ЧПУ уровень оптимальности принятых режимов ре­зания зависит от того, насколько точно началь­ная информация характеризует действительные условия протекания обработки и насколько изменяются исходные параметры, принятые при расчете и составлении управляющей программы (припуск, твердость обрабатываемого материала, жесткость техно­логической системы и др.).

В действительности условия процесса обра­ботки изменяются во времени случайным обра­зом по следующим причинам:

а) непрерывно изменяются режущие свойства инструментов, которые невозможно точно опре­делить в данный момент времени;

б) неопределенны свойства всей технологической системы (упругие и температурные деформации, вибрации);

в) для каждой заготовки из обрабатываемой партии имеется разброс припусков, твердости, структуры металла и др.

Адаптивные (самоприспособляющиеся) сис­темы управления обеспечивают автоматичес­кое приспособление процесса обработки заго­товки к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям. Это приспособление осуществляется на основе информации, полу­чаемой системой управления непосредственно в процессе обработки заготовок.

Адаптивные системы управления делят на две группы – системы предельного и оптимального управления.

Адаптивные системы предельного управления обеспечивают постоянное значение заданных па­раметров процесса резания при действии раз­личных возмущений (рис. 1.7).

Наибольшее применение получили адаптив­ные системы предельного управления, в которых регулируемой величиной является только пода­ча S.

Предельные значения параметров, которые задаются данной системе при управлении обра­боткой, определяют на основе предваритель­ного исследования процесса обработки.

Рис. 1.7. Адаптивная система предельного управления

Адаптивные системы оптимального управле­ния (рис. 1.8) при обработке заготовок осу­ществляют автоматический поиск и автома­тически поддерживают такое сочетание скорос­ти резания V и подачи S, которое обеспечивает экстремальное значение целевой функции H об­работки (точность, производительность или се­бестоимость обработки) при наличии техничес­ких ограничений и действии возмущающих воздействий (колебаний припуска, твердости материала заготовки, режущих свойств инст­румента и др.). Техническими ограничениями являются максимальные и минимальные значе­ния параметров, допустимые на данном станке (Smax, Smin, nшп max, nшп min, максимально допустимая глубина резания, уровень вибрации и др.).



Рис. 1.8. Адаптивная система оптимального управления

Основой для построения адаптивных систем управления является математическая модель управляемого процесса обработки, аналитичес­ки задающая систему технических ограниче­ний области поиска оптимальных режимов ре­зания и выражающая зависимость критерия оптимальности от параметров процесса обра­ботки.

Измеряемыми параметрами, характеризую­щими процесс обработки, могут быть сила ре­зания, вибрации, температура в зоне реза­ния, крутящий момент на шпинделе, мощность приводного двигателя и др.

Наиболее информативным показателем про­цесса резания является изменение силы реза­ния, которое обусловлено совместным влиянием изменения припуска на обработку, колебания твердости обрабатываемого материала, затупле­ние режущего инструменту и др.

Индексация станков с ЧПУ

Индексация станков с ЧПУ осуществляется в следующем порядке.

К основному обозначению станка добавляются буквенные индексы
(табл. 2.1). Кроме того, в обозначении станка могут присутствовать индексы, указывающие на конструктивные особенности станка, связанные с автоматической сменой инструмента:

Р –станок снабжен револьверной головкой для закрепления инструмента;

М −станок снабжен инструментальным магазином.

Таблица 2.1

Примеры обозначений систем ПУ в моделях станков

Системы ПУ Условное обозначение систем с ПУ в мод. станка Примеры станков с ПУ
Модель Наименование
Цифровая индикация положения рабочих органов Ф1 6560Ф1 Фрезерный станок с устройством цифровой индикации
3Е711ВФ1 Плоскошлифовальный станок высокой точности с цифровой индикацией и преднабором координат подач
Позиционные системы ЧПУ Ф2 2Н55Ф2 Радиально-сверлильный станок с позиционной системой ЧПУ
2А622Ф2 Горизонтально-расточной станок с позиционной системой ЧПУ
Контурные системы ЧПУ Ф3 16К20Ф3 Токарный станок с контурной системой ЧПУ
6Р11Ф3 Фрезерный станок с контурной системой ЧПУ
Комбинированные системы ЧПУ Ф4 53А20Ф4 Зуборезный полуавтомат с комбинированной системой ЧПУ
243ВФ4 Сверлильно-фрезерно-расточной станок высокой точности с комбинированной системой ЧПУ
Цикловые системы Ц 171Ц Токарный многорезцовокопировальный полуавтомат с цикловой системой ЧПУ
Оперативные системы управления Т 16К20Т1 Токарный станок с оперативной системой управления

Модели УЧПУ



В современных станках с ЧПУ в соответствии с классами УЧПУ применяют системы различных типов (моделей), количество которых достаточно многочисленно и разнообразно. В обозначениях отдель­ных моделей в настоящее время нет особенно четких правил, хотя в начальный период становления УЧПУ была принята определенная система.

Структура обозначения.Обозначение типа УЧПУ состоит из не­скольких элементов. Буква означает тип системы: П − позиционная; Н − непрерывная (контурная): У − универсальная или контурно-по­зиционная; цифра впереди букв означает модификацию системы; пер­вая цифра за буквой – общее число управляемых по программе коор­динат, вторая цифра за буквой – число одновременно управляемых координат, третья цифра за буквой – тип привода:
1 − шаговый; 2 − следящий или следяще-регулируемый. Например, рассмотрим обозна­чение УЧПУ типа Н22-1. Это значит, что система непрерывная (Н), с двумя управляемыми координатами (число 2), две одновременно управляе­мых координат (число 2), система предназначена для управле­ния приводом с шаговыми двигателями. УЧПУ модели Н55-1 используется для станков с шаговым типом двигателя, обеспечивая одновре­менное управление по пяти координатам.

Практика, однако, показала, что разработчики далеко не всегда придерживались указанного правила обозначения и многие модели имеют кодовые обозначения, например «Размер 4» и др. Буквы в та­ком обозначении чаще всего указывают модификацию системы.

Характеристики моделей.Современные модели УЧПУ оценива­ются рядом характеристик, определяющих наличие у системы тех или иных эксплуатационных, функциональных и сервисных возможностей. Среди основных можно назвать следующие характеристики УЧПУ как устройства управления станками:

1. Число программируемых координат; тип системы.

2. Число одновременно управляемых координат.

3. Дискретность задания координат, мм.

4. Линейная интерполяция (на плоскости).

5. Круговая интерполяция (на плоскости).

6. Объемная линейная интерполяция.

7. Винтовая интерполяция.

8. Смещение начала (нуля) отсчета (программируемое).

9. Зеркальная отработка программы.

10. Отработка программы в масштабах.

11. Коррекция размеров инструмента и элементов станка.

12. Индикация положения.

13. Инди­кация функций.

14. Дисплей, индикация кадра (кадров).

15. Возможность управления от внешней ЭВМ.

16. Абсолютный способ задания размеров.

17. Способ задания размеров в приращениях.

18. На­личие смещения нуля с пульта системы.

19. Наличие постоянных циклов.

20. Наличие системы редактирования УП.

21. Наличие выхода на другой внешний носитель.

22. Способ задания переме­щений функциями (параметры).

23. Ручной ввод программы.

24. Ввод программы от перфоленты, магнитной ленты, магнитного диска.

25. Максимальная скорость привода (быстрота перемещений), мм/мин.

26. Предельная скорость рабочей подачи, мм/мин.

27. Данные памяти ЭВМ, используемой в УЧПУ.

28. Системы диагностики и самодиагно­стики.

29. Расширение функции языка программирования.

30. Наличие диалогового режима.

31. Возможности адекватного управления.

32. Вариантность и блочность построения системы.

33. Тип управляемого привода.

34. Защитные функции.

35. Вводы-выводы (интерфейс и др.).

36. Габаритные размеры, масса.

37. Конструктивные особенности.

Функциональные особенности моделей УЧПУ разных поколе­ний.УЧПУ различают по поколениям в зависимости от использован­ной элементной базы.

1. Устройства первого поколения были выполнены на реле и элемен­тах с низкими частотными параметрами, они характеризуются ограни­ченными функциональными возможностями. К этой группе относятся УЧПУ отечественного производства типов «Координата Р-68», «Кон­тур 4МИ», «Контур 2П», «Контур ЗП», «Контур 2ПТ-71», «Контур 2ПТ-71/3».

2. Устройства второго поколения были выполнены на элек­тронных элементах с более высокими частотными характеристиками и обладали сравнительно широкими функциональными возможностями. К этой группе УЧПУ относятся «Координата С-70», «Координата С-70/3», П32-3, П32-ЗА, П32-ЗВ, агрегатированные устройства Н33-1, Н33-2, У33-1, У22-1 и ЭМ-907А.

3. Устройства третьего поколения выполнены на базе интегральных элементов, они характеризуются широкими функциональными воз­можностями, некоторые из них приспособлены для решения специаль­ных задач. Устройства Н22-1М, Н33-1М, Н33-2М, Н55-1, Н55-2 явля­ются первыми устройствами контурного и комбинированного управле­ния третьего поколения, они были построены на интегральных схемах и предназначены для токарных и фрезерных станков с авто­матической сменой инструментов.

4. УЧПУ четвертого и пятого поколений уже были выполнены на основе ЭВМ. Строились эти сис­темы, как правило, по агрегатно-блочному принципу и оснащены раз­личными дополнительными узлами: блоками технологических команд; устройствами коррекции радиуса, длины и положения инструмента, скорости подач, скорости резания, индикации перемещений; устройст­вами для нарезания резьб; блоками контроля и останова, как на рабо­чих, так и на холостых ходах и др.

В связи с большим расширением технологических возможностей УЧПУ практически стерлась грань между контурными и позиционны­ми видами ЧПУ и произошел переход к универсальным (контурно-по­зиционным) устройствам. Увеличилось число управляемых координат станка, причем взаимосвязь их в работе может быть одновременной и последовательной в любых комбинациях.

К отечественным системам класса СNС (или близким к этому классу) относятся УЧПУ 2У22, 2Р22, 2У32-61, 2С42, 2М42, 2М43-22, 2С85, 2Р32, 2Р32М, 2С85-63, «Электроника НЦ80-31». Все они относятся к УЧПУ четвертого и пятого поколений.

УЧПУ зарубежных фирм достаточно широко ис­пользуются с различными отечественными станками. В своих новых моделях зарубежные фирмы достаточно далеко ушли вперед (особенно по функциональным возможностям) от систем класса СNС пятого поколения.

Конструктивно УЧПУ реализуют по разному. Чаще всего это устрой­ство устанавливается к станку как отдельный элемент в виде шкафа (стойка) с различными панелями и целевыми устройствами на лицевой стороне. Некоторые УЧПУ монтируют как подвесные пульты управления станком или встраивают в какой-либо агрегат станка с выводом панели в необходимую сторону.

Задачи ЧПУ

Устройство ЧПУ является управляющим по отношению к станку. В то же время оно само является объектом управления при взаимодействии с окружающей средой, в качестве которой выступает оператор, ЭВМ верхнего уровня и т.д. Если рассматривать с этих позиций задачи, которые оно должно решать, то можно выделить следующие задачи:

Геометрическая задача – взаимодействие УЧПУ со станком для управления формообразованием детали. Решение данной задачи заключается в отображении геометрической информации чертежа в совокупность таких движений рабочих органов станка, которые материализуют чертеж в изделие.

Логическая задача заключается в управлении дискретной электроавтоматикой, т.е. автоматизацией на станке вспомогательных операций (зажим инструмента, смена инструмента и т.д.).

Технологическая задача заключается в управлении рабочим процессом и достижении требуемого качества обработки деталей с меньшими затратами.

Терминальная задача заключается во взаимодействии УЧПУ с окружающей средой.

Геометрическая задача

Сущность геометрической задачи можно определить следующим образом: отобразить геометрическую информацию чертежа в совокупность таких формообразующих движений станка, которые материализуют чертеж в конечном изделии. Каждый станок имеет свой комплект электроприводов, расположенных согласно системе координат. Электроприводы расположены таким образом, чтобы обеспечить обработку деталей соответствующего класса, т.е. перемещения инструмента (или заготовки) вдоль направляющих.

Например, на станках токарной группы профиль детали формируется перемещением инструмента в одной плоскости, поэтому станки данной группы оснащены комплектом из двух приводов, осуществляющих перемещения инструмента вдоль продольных и поперечных направляющих.

Пример: Выборка колодца (рис. 4.1) по контуру производится на вертикально-фрезерном станке. Обработка контура обеспечивается совокупным движением детали по осям X и Y, закрепленной на столе станка. Вертикальное перемещение инструмента по оси Z отсутствует.

Обработка контура 1 производится фрезой 3, перемещаемой по траектории 4, эквидистантнойк заданному контуру.

Разделим траекторию фрезы на элементарные участки, в качестве которых используются прямая и окружность (дуга окружности). В данном примере таких участков будет шесть: 1─2; 2 ─ 3; 3 ─ 4; 4 ─ 5; 5 ─ 6; 6 ─ 1. Точки 1 – 6 называются опорными или узловыми. Существует несколько определений опорных точек: два наиболее понятные из них: опорные точки − это точки, размещенные на стыке элементарных участков, опорные точки − это точки, в которых происходит изменение уравнения, описывающего линию.

Можно сказать, что программа управления станком для обработки дан-
ного профиля будет состоять из отдельных фрагментов – кадров, каждый из которых содержит информацию, необходимую для обработки одного элементарного участка.

Рис. 4.1. Обработка контура на вертикально-фрезерном станке


8255655449711903.html
8255688766957002.html
    PR.RU™