Введение к работе
Актуальность проблемы. Обработка резанием является одним из
амых распространенных и производительных видов металлообработки рактически во всех отраслях машиностроения. Механическая обработка ротекает при непрерывном изменении параметров процесса резания, зменякл-ся в широких пределах глубина и ширина резания, свойства Зрабатываемого материала и состояние режущего инструмента. Так как эжимы резания назначаются исходя из самых неблагоприятных условий эработки, то эти изменения приводят к занижению режима резания и, зх следствие, к недоиспользованию возможностей станка и инсгру-гнта.
Одним из путей повышения эффективности и использования гталлорежущих станков, является создание и внедрение систем ЧПУ, тгимизирующих процессы резания в целом одновременной оптимизацией ;жима резания и контурного управления.
Оптимизация режима резания предполагает получение действитель->й информации об объекте управления и решения проблемы реализации ггимального режима обработки в системе управления.
Оптимизация контурного управления в смысле достижения цссималъного значения добротности воспроизведения траектории D
рамках традиционной структурно - алгоритмической организации, іляющейся в целом разомкнутой в силу автономности решения задач іделирования траекторрии и отслеживания программных координат іиводами подач, осуществляется за счет повышения динамических ойств приводов подач и совершенствования алгоритмов работы тройства ЧПУ. Однако это требует значительного наращивания [числительных ресурсов управления.
Решение этих задач возможно при создании мультиструктурных мкнутых систем, в которых каждому режиму ее работы ставится соответствие такая структурно-алгоритмическая организация, при торой полностью и наилучшим образом используктся аппаратные едства, информационные, энергетические и вычислительные ресурсы, личителъная особенность таких систем - использование действи-льных координат исполнительного органа не для организации капьной обратной связи и отслеживания составляющих движения ис. 1), а для обеспечения единой обратной связи, охватывающей гройство управления и приводы подач (рис. 2), и организации гггуров управления контурной скоростью и регулирования траектории.
Настоящая диссертационная работа является развитием этого
направления применительно к управлению процессом резания в целом, включая взаимозависимое регулированиее не только приводов подач, но и привода главного движения.
Цель работы. Настоящая работа посвящена проблеме повышения
производительности и динамической точности металлорежущих станков с ЧПУ путем совершенствования структурно-алгоритмической организации системы ЧПУ. Для достижения указанной цели была принята следующая программа :
анализ методов управления процессом резания на станках с ЧПУ, обеспечивающих оптимальное взаимодействие приводов подач (подсистема формообразования) и главного движения (подсистема стружко-отделения);
анализ методов контурного управления на станках с ЧПУ и путей повышения добротности воспроизведения траектории;
синтез алгоритмов управления с учетом динамики процесса резания;
выбор аппаратных и программных средств для практической реализации разработанных алгоритмов управления;
исследование разработанной системы взаимосвязанного управления приводами подач и главного движения металлорежущего станка методами имитационного моделирования.
Методы исследования. В процессе выполнения исследований
и разработок использованы методы : теории линейных и нелинейных систем автоматического управления, оптимального управления, математического моделирования на ЭВМ. Научная новизна.
I. Предложены принципы структурно-алгоритмической организации
замкнутых контурных систем взаимосвязанного управления приводами
подач и главного движения металлорежущего станка, позволяющие
повысить точность и производительность металлообработки без
увеличения информационных, энергетических и вычислительных ресурсов
управления.
II. Выявлены системные (эмергентные) свойства замкнутых
структур взаимосвязанного управления приводами подач и главного
движения станков с ЧПУ, знание которых позволяет по возможности
наилучшим (оптимальным) образом использовать выделенные ресурсы
управления в смысле достижения максимальных значений добротностей
воспроизведения траекторий при обработке резанием на станках с ЧПУ.
Практическая ценность. I. Предложенные алгоритмы статической
и динамической оптимизации процесса резания, рекомендации по практической целесообразности того или другого вида алгоритма, метод анализа и синтеза систем, оптимизирующих процесс резания.
>
I
Интерполятор
G(t) с
U(x,b)
->
Приводы координат
~Р>
(х , у . Z )
п п п
Р - регулятор УП - управляющая програкка
Рис. 1.
уп\
Интерполятор
UU)
Приводы координат
;=>
Рис. 2.
разработанная структурно-алгоритмическая организация системы ЧПУ могут быть использованы при создании систем адаптивного и оптимального управления разными металлообрабатывающими станками.
II. Разработаны имитационная модель и прикладное программное обеспечение, позволяющее проводить сравнительные исследования необходимых затрат всех видов ресурсов управления при решении задач контурного движения и металлообработки на станках с ЧПУ.
На защиту выносятся следующие научные положения.
1. Предложен принцип структурно-алгоритмической организации,
позволяющий повысить добротность D системы ЧПУ и варировать
контурную скорость v независимо от вида воспроизводимой траектории
внутри любого кадра управляющей программы.
2. Предложена структура главного привода, позволяющего
бесступенчато и непрерывно в широких пределах оптимальным образом
изменять скорость резания v при постоянстве мощности резания.
-
Превращение системы ЧПУ в полностью консервативную, замыканием глобальной обратной связи, объединяющей подсистемы формообразования и стружкоогделения, и использование внутренней информации о ее состоянии для оптимизации управления.
-
Разработана стратегия и тактика оптимизации с учетом ограниченности энергетических, информационных и вычислительных ресурсов на основе перевода системы из глобального в локальный оптимум с использованием обобщенных видов статической и динамической оптимизации.
-
Получены результаты исследования свойств замкнутых систем контурного управления, оптимизирующих процессы резания, знание которых позволяет в каждом конктертном случае так организовать систему, чтобы наилучшим образом использовались выделенные ресурсы управления.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на .-
Общереспубликанской научно-технической конференции "Приме-менение мини и микро ЭВМ". Прага., 7-9 июня 1988 г.;
Общереспубликанской научно-технической конференции с международным участием "Применение мини и микро ЭВМ". Прага, 19 - 21 июня 1990 г.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ.
Структура диссертации. Содержание диссертационной работы
їложено на 208 страницах, включая 4 таблицы, 27 страниц рисунков, і страницы приложений и список цитируемой литературы из 110 шменований.
