Фазовая траектория движения пиноли головки для сверления глубоких отверстий
Процесс сверления глубоких отверстий малого диаметра характеризуется изменяющимися во времени динамическими характеристиками и прежде всего силами, действующими на инструмент. Одновременно на силовые параметры накладываются существенные ограничения, которые определяются двумя обстоятельствами:
1. Прочность сверла ограничена, и поэтому сумма циклических сил (лежащих за пределами полосы пропускания системы управления) и интегральных (лежащих в пределах ее полосы пропускания системы управления и следовательно потенциально компенсируемых) не должны превышать некоторого предельного значения.
2. Точность поддержания оси определяется: симметричностью приложения сил к режущим кромкам сверла и отсутствием осевого давления, при котором инструмент теряет осевую устойчивость.
Указанные обстоятельства приводят к необходимости управления этим процессом путем варьирования скорости подачи, или путем обеспечения вывода инструмента из зоны резания при достижении значений силовых параметров, близких к критическим.
Фазовая траектория движения пиноли головки для сверления глубоких отверстий
При создании алгоритма управления приходится также анализировать свойства оборудования под углом зрения неопределенности изменения текущих координат управляемой системы, и эта неопределенность связана со многими случайными факторами, зависящими от текущих значений координат системы.
В работе ставится задача синтеза алгоритма управления, обеспечивающего обработку по критерию максимальной производительности, что в терминах синтеза системы управления аналогично синтезу системы, оптимальной по быстродействию при удовлетворении заданной вероятности обработки без отказа.
На рисунке приведена общая фазовая траектория движения режущего инструмента вдоль оси обрабатываемого отверстия, которая показывает, что решение проблемы оптимального управления сводится к решению трех задач:
1. Минимизация времени, необходимого на вывод инструмента из зоны резания, его подвод к зоне резания и переключение на рабочее движение. При этом необходимо обеспечить заданную вероятность подхода инструмента к рабочей поверхности со скоростью, не превышающей предельно допустимых значений.
2. Оптимизация рабочих заглублений по критерию максимально допустимой скорости подачи при удовлетворении значениям указанных выше сил, не превышающих предельно допустимые значения, из условий прочности инструмента.
3. Определение координат переключения каждого цикла заглубления по критерию минимального времени обработки одной или партии деталей.
Решение первой задачи основано на построении стахостической модели со случайно изменяющимися параметрами, которые задают множество случайных траекторий перехода на рабочее перемещение. Последнее формирует эллипс рассеяния и позволяет определить координаты переключения и скорость вспомогательных перемещений, обеспечивающие 95%-ную вероятность подхода к обрабатываемой поверхности при скоростях не превышающих предельно допустимых значений.
Решение второй задачи осуществляется на основе неклассической вариационной задачи по критерию максимального быстродействия, что соответствует максимальной производительности. Ограничения на координаты состояния управляемой системы определяются на основе рассмотрения отображений допустимых вариаций координат состояния процесса резания в пространстве координат состояния управляемой системы. При этом функция управления формируется на основе варьирования скорости подачи и частоты вращения шпинделя.
Решение 3-й задачи осуществляется на основе разработанного алгоритма вычисления координат переключения циклов обработки по критерию минимального времени изготовления партии деталей.
Система реализована на основе однокристальной микроЭВМ типа PIC16C84. Все алгоритмы отработаны на специализированном стенде, представляющем собой управляемую силовую головку для сверления глубоких отверстий, объединенную с ПЭВМ IBM PC AT. В качестве интерфейса использованы: оптический цифровой датчик перемещения, устройство для измерения крутящего момента, а также встроенный в шпиндельный подшипник пьезоэлектрический датчик виброускорения.
Автор: Назаренко Дмитрий Владимирович
аспирант, факультет "Автоматизация и информатика", кафедра "Автоматизация производственных процессов", Донской государственный технический университет.
Руководитель: Заковоротный Вилор Лаврентьевич, д.т.н., професор, зав. кафедрой "Автоматизация производственных процессов", факультет "Автоматизация и информатика", Донской государственный технический университет.
Телефон: (863-2) 38-17-51
Адрес для переписки: 344010, Ростов-на-Дону, пл.Гагарина, 1, ДГТУ, каф. АПП
Секция новых информационных технологий и систем управления.
