ENGLISH      RUSSIAN

         Основною метою машинобудівного виробництва є випуск продукції необхідної кількості, з параметрами якості, що задовільнюють потреби споживачів і з мінімально необхідними витратами на її виробництво. Відповідно до цього, сучасне машинобудування характеризується широким використанням принципа концентрації операцій.

        В умовах одиничного, дрібносерійного, середньосерійного виробництва авоматизація робочого цикла означає використання гнучкої автоматизації при використанні усіх основних та додаткових переходів по виготовленню різних деталей. Вирішення цих задач забезпечується шляхом використання верстатів з ЧПК, багатоцільових верстатових модулів, які використовуються в складі ГВС и використання спеціальних систем, що забезпечують реалізацію гнучкої та безлюдної технології.

        При використанні гнучких виробничих систем виникають деякі труднощі з використанням повного ресурсу інструменту. В ГВС рівень режимів різання є заниженим на 60-70% відносно нормативних, у припущенні, що більш низькі швидкість різання і подача гарантують больш стабільну роботу інструменту. В дійсності, на знижених режимах різання разброс стійкості інструменту – до 200%. Тому маємо зменшувати разраховане значення періода стійкості, щоб гарантувати заданий ресурс роботи інструменту до його зміни.

        За даними МСТАНКІН період стійкості інструменту для верстатів з ЧПУ є приблизно рівним 10-12 хв (а рекомендований за справочною літературою – 30-60 хв). Це призводить до частої зміни працездатних інструментів.

        Друга проблема – це широкий разброс припусків, що залишаються на механічну обробку, в зв’язку з зношенням обладнання на заготовильних роботах.

        Це призводить до зміни режимів різання, і, відповідно, до швидкішого зношення інструменту та системи в цілому. Крім того, відмови інструменту є причиною більш ніж 50% порушення працездатності верстатів з ЧПК.

        При автоматизованій обробці перспективним напрямком є об’єднання зовнішньої та внутрішньої оптимізації.

        Зовнішня оптимізація – це попередній розрахунок параметрів обробки: марки інструментального матеріалу, конструктивно-геометричних параметрів інструмента, моделей верстату, вимог до його технічного стану, розділення припуску на переходи і т.д.

        Внутрішня оптимізація – це корекція керованих параметрів у процесі різання з метою мінімізації негативного впливу обурюючих факторів для досягнення максимальної продуктивності, точності та якості поверхні.

        В умовах автоматично переналагоджуваного виробництва неможливо заздалегідь на стадії програмування визначити оптимальні режими різання з урахуванням сукупної дії ряда випадкових та систематично діючих факторов. Тому керування режимами обробки, і, як приклад, керування подачею S і швидкістю різання V, необхідно втілювати безпосередньо на верстаті з урахуванням стану технологічної системи і характеру процесу різання.

        Задля уникнення цих роблем при автоматизованій обробці перспективним напрямком є використання адаптивних систем керування, що дозволяє об’єднати зовнішню і внутрішню оптимізацію і впливати вихідними параметрами режимів різання на зміну цих величин.

        Метою моєї магистерської дисертації є розробка методів для підвищення ефективності обробки деталей машин на верстатах з ЧПК. Таке підвищення дозволить не тільки підвищити стійкість ріжучого інструменту в 2-3 рази, але й знизити динамічне навантаження, підвищити продуктивність верстатів з ЧПК за рахунок використання раціональних режимів різання.

        Задачами моєї магістерської дисертації є.

            В дослідницькій частині:

1. Аналіз зміни сил різання при зміні режимів обробки.
2. Встановлення розділення припуску поковок.
3. Розрахунок конструктивних параметрів та навантаження упругого елементу сенсора.

            В конструкторській частині:

1. Проектування оправки з гідропластом, яка використовується при виготовленні деталі типу «стакан» – датчика для адаптивної системи.
2. Проектування засобу, який використовується на фрезерній з ЧПК операції для виготовлення деталі типу «стакан».

         Значний вклад у дослідження систем адаптивного керування привнесли наступні вчені: Західов А. Я., Аюпов Р.Х., Солодовніков В. В., Старков В. К., Болтян А. В., Горобець І. А., Соломенцев Ю. М., Воловельская С. Н., Жилин А. І., Куліш С. А., Сивий В. Б., Вентцель О. С., Овчаров Л. А. та багато інших.

        Однією з актуальних задач сучасного машинобудування є розробка і створення адаптивних приладів керування устаткуванням з ЧПК, при цьому адаптивний прилад керування має враховувати стан технологічної системи, характер процесу обробки та інші вихідні параметри, які впливають на вибір режимів різання механічної обробки. Однак, тому що на процес обробки впливає велика кількість факторів, то заздалегідь важко ввести в програму обробки заготовки раціональні режими різання.

        Оперативне керування процесом виробництва полягає в напрацюванні керуючих дій, які сприяють його проектуванню. Характерна особливість вказаного процесу – нестабільність і часті технологічні зупинки, що визиваються великою кількістью обурень і відхиленнями режимів роботи. Це диктує необхідність розробки опимальної СК з урахуванням зміни режимів роботи устаткування та квазістаціонарності самого процесу. АСК з необхідними фіксованими параметрами налаштувань не забезпечує якісного, а іноді и стійкого керування складною технологією, тому, використовуючи закони керування, які функціонують в залежності від поточних параметрів технологічного процесу, потрібно створити АСК на базі принципів адаптивного керування.

        Параметри налаштувань СК необхідно періодично коригувати методами адаптивного налаштування.

        Структура системи управління пропонується двохрівневою. На нижньому ступені виконується автоматичне керування по схемі, яка сама налагоджується, на верхньому – оптимальне керування за допомогою математичних моделей кінетики і статики.

        Розглянемо принцип налаштування параметрів СК, яка сама налагоджується (Рис. 1) методом алгоритмічної адаптації. Технологічний процес спільно з СК задається у вигляді еталонної моделі інтеграла звертки, де імпульсна перехідна функція (ІПФ) обчислюється розв’язанням диференційного рівняння з урахуванням відповідних початкових умов. Операція інтегрування виступає в якості своєрідного згладжуючого фільтру високочастотних поміх z(t) у складі вихідного сигналу. Рівняння для h(t) визначається з загальної передатної функції об’єкта СК, тому у структуру виразів для a_i та b_i входять параметри, які характеризують цю систему.

        Далі з урахуванням потрібного запаса стійкості та інших динамічних властивостей залучаються стандартні методи оцінки оптимальних параметрів в рівняннях для ІПФa_i=a_i⁰ , b_i=b_i⁰.

        Таким чином, еталонна модель у вигляді інтегралу звертки з використанням рівнянь для ІПФ дозволяє за любого змінення вектору вхідних змінних обчислити вхідну змінну на основі принципу суперпозиції та згладжування високочастотної поміхи z(t) .

        Задля неперевного керування режимами різання в процесі механічної обробки заготовки на верстаті з ЧПК пропонується наступна функціональна схема адаптивного пристрою керування (АПК) (мал. 1).

        Важливою задачею АПК є визначення миттєвих зусиль різання при обробці заготовки.

        Змінення сили різання при рівності інших параметрів визначаємо як

        де – коливання припуску заготовки;

         – коливання поверхні заготовки.

         З наведених двох факторів найбільше впливає на зміну зусилля різання коливання припуску. Найбільшу актуальність це питання має при чорновій обробці на токарних верстатах з ЧПК.

         де КВ – коригуючий вплив,

         ВДК –вихідні дані для контролю,

         ВДП – вихідні дані для прийняття рішення,

         ПД – програми для діагностування,

         ПК – програми для контролю,

         ДК – датчик контролю,

         РД – результати діагностування,

         РК – результати контролю,

         СПУ – система програмного керування верстатом.

1) збирання інформації;
2) її оцінка та виявлення відхилень від норми, що встановлена вихідними даними;
3) прийняття рішення та вироблення коригуючого впливу, що ліквідує винайдені відхилення;
4) введення коригуючого впливу (впливів).
         Важливим питанням при створенні адаптивних систем є вибір джерел інформації. Джерела інформації багато в чому визначають статичну характеристику системи та впливають на ефективність системи керування. Пряме відхилення розміру динамічного налаштування, тобто вимір відхилень між ріжучими кромками інструменту та базами, що визначають положення заготовки, висуває певні труднощі. Тому використовують непрямі методи вимірення, що ґрунтуються на виміренні упругих зсувів в окремих зтиках або спеціальних вбудованих динамометричних приладах.

         Зміна сили різання за всіх інших незмінних параметрів визначається коливаннями припуску заготовки і твердості поверхні матеріалу заготовки. З цих двох факторів найбільший вплив має коливання припуску заготовки. Особливо це буде проявлятися при операціях чорнової обробки (тобто операціях обробки вхідної заготовки ).

         В результаті МСТАНКІН встановлені рівняння статичних характеристик припуску штамповок, які отримані на молотах та пресах. Для поковок, що отримані вільною ковкою, не встановлено закону коливання припуску. В той же час на заводах одиничного, дрібносерійного, середньосерійного виробництва, до яких відносяться заводи гірничого машиобудування, найбільш поширеним способом отримання вхідних заготовок є метод вільної ковки. Тому, для визначення закона розподілу коливання припуску заготовок, що отримані вільною ковкою, були проведені вимірення діаметральних розмірів поковки типу «вал-шестерня», які виготовляються ВАТ «Ясиноватський машинобудівний завод».

        В результаті аналізу отриманих даних встановлено, що коливання припуску заготовки є випадковим значенням, розподіленим за законом Вейбула (в цьому випадку критерій Романовського менше трьох).

         Плотності розподілу коливань припуску заготовки описуються виразами:

         для діаметра 67 мм:

         для діаметра 108,5 мм:

         Так як ми розглядаємо процес чорнової обробки, критерієм якого є максимальна продуктивність, то будемо використовувати адаптивну систему граничного регулювання – підтримання в процесі обробки зусилля різання , де P_zпр – гранично допустиме зусилля. Відповідно до рекомендацій Старкова В. К., при коливаннях припуску заготовки від його середнього значення до 20% доцільно змінювати подачу на 20-25% , а швидкість різання на 10%. З урахуванням цього, а також розділу частоти обертання шпинделя на діапазони, в якості змінної керування приймаємо подачу. Тоді закoн змінення продольної подачіS:

         де C_v – постійна швидкості різання,

         t – глибина різання,

         v – швидкість різання,

         a, x, x, n, d, y, m – показники ступеню.

         Закон зміни продольної подачі:

        При тангенційній составній сили різання

        отримаємо S=C_p f(t), де

        Вплив зміни подачі на шорохуватість поверхні описується виразом:

        де – це обмеження подачі.

        Оскільки в адаптивному притрої необхідно враховувати миттєве значення сил різання, то в якості сенсорного пристрою використовуватимемо спеціальний тензометричнй перетворювач, що є втулкою, на поверхнях якої закріплені тензорезистори.

        У пропонуємій конструкції сенсорні пристрої слугують опорами підшипникам вала інструментальної револьверної головки токарного з ЧПК верстата.

        Конструктивні параметри тензометричного пристрою (мал. 2), які дозволять проводити замір зусиль описуються залежністю:

        де δ – товщина стінки втулки,

         R – корпус кільця,

        W_u – момент супротиву згину.

        Але

        де D, d – середний та найбільший діаметри проточок вимірювального кільця.

        З іншого боку:

        де M_u – згинаючий момент,

        [σ]_u – напруження згину, дозволене за чутливістю тензорезисторів. Розв’язавши нелінійне рівняння третього ступеня, винайдемо значення конструктивного параметру δ. Так, для верстата моделі 16К20Ф3 при використанні моделі підшипника №46215 ГОСТ 831-54 δ зі сталі 30ХГСА ГОСТ 4543-74 дорівнює 2 мм.

        Далі ми розробляємо комплект технологічної документації для деталі типу «стакан» та проектуємо пристрій для фрезерної з ЧПК операції технологічного процесу отримання даної деталі.

        Таким чином, розроблена методика дозволяє, враховуючи дійсні миттєві значення сил різання, підвищити продуктивність верстатів з ЧПК за рахунок використання раціональних режимів різання та розрахувати конструктивні параметри тензометричних пристроїв керування праметрами режимів станка.

ENGLISH      RUSSIAN