Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор использования тонкостенных элементов при проектировании авиационно-космической и другой техники 9
1.1. Применение тонкостенных деталей при изготовлении авиационно-космической и другой техники 9
1.1.1. Классификация деталей и их поверхностей 11
1.1.2. Металлы и сплавы применяемых при изготовлении тонкостенных деталей 12
1.2. Технологические проблемы изготовления тонкостенных деталей летательных аппаратов 18
1.2.1. Методы обеспечения заданной точности 18
1.2.2. Определяющие факторы влияющие на точность обработки тонкостенных деталей 22
1.2.3. Основные методы определения и прогнозирования точности обработки 25
1.3. Обеспечение требований точности при автоматизированной токарной обработке тонкостенных деталей 30
1.3.1 Методы расчета суммарной погрешности размерной обработки 30
1.3.2 Применение положений теории имитационного моделирования при формировании погрешности обработки 32
1.4 Применение методик расчета погрешностей для автоматизированной токарной обработки тонкостенных деталей 33
1.4.1 Методики расчета погрешностей от упругих деформаций с использованиейм положений теориии упругости 33
1.4.2 Методики расчета сумарной погрешностей с использованием метода конечных элементов 36
Выводы 38
Глава 2. Определение погрешностей автоматизированной обработки тонкостенных деталей 40
2.1. Погрешности обработки тонкостенных деталей — тел вращения, вызываемые деформациями технологической системы под влиянием сил резания 40
2.2. Погрешности установки и закрепления тонкостенных заготовок колец при обработке 41
2.3. Погрешности обработки, вызываемые податливостью технологической системы и интенсификацией износа формообразующего инструмента. 52
2.4. Погрешности обработки, возникающие в результате температурных деформаций технологической системы 59
2.5. Повышенные силы резания при обработке тонкостенных деталей из высокопрочных сплавов 61
Выводы 63
Глава 3. Методики расчета погрешностей размерной обработки тонкостенных деталей летательных аппаратов 64
3.1. Основные этапы использования методик расчета погрешностей от прогиба под действием силы резания 64
3.2. Выбор метода определения прогиба под действием силы резания при токарной на станках с ЧПУ 64
3.3. Определение погрешности обработки с использованием положений теории моментных оболочек 65
3.3.1. Общие положения метода оценки прогибов деталей в условиях размерной обработки с применением теории упругости 65
3.3.2. Определение граничных условий для конечного элемента тонкостенных деталей 75
3.4. Технологические особенности метода расчета погрешностей от действия силы резания с использованием положений теории моментных оболочек 78
3.4.1 Влияние упрочненного слоя на величину погрешности автоматизированной обработки 78
3.4.2 Влияние ступенчатой поверхности при снятии припуска на суммарную погрешность автоматизированной обработки 81
3.5. Расчет прогибов от действия сил резания с применением положений теории моментных оболочек 83
3.5.1 Решения расчета прогибов для оболочек с цилиндрической образующей 83
3.5.2 Решения расчета прогибов для оболочек с конической образующей 86
3.5.3. Решения расчета прогибов для оболочек с ребрами 89
3.5.4. Решения расчета прогибов для оболочек с переменной толщинной 89
3.5.5. Решения расчета прогибов для оболочек при различных схемах закрепления детали 90
3.4. Расчет погрешностей от действия силы резания на основе метода конечных элементов (МКЭ) 94
Выводы 109
Глава 4. Управление погрешностями размерной обработки при автоматизированной обработке тонкостенных деталей 110
4.1. Основные принципы управления погрешностями автоматизированной токарной обработки 110
4.2. Применение положений теории автоматизированного управления для прогнозирования погрешностей размерной автоматизированной токарной обработки деталей ЛА 111
4.2.1. Принцип управления по возмущению (разомкнутые системы автоматизированного управления).: 111
4.2.3. Управление величиной износа с использованием принципа управления по отклонению (замкнутые САУ) 115
4.3. Применение положений теории множеств при автоматизации проектирования процессов автоматизированной токарной обработки .119
Выводы 125
Глава 5. Результаты опытно экспериментальных работ, перспективы развития выполненных решений и рекомендации по промышленному применению 126
5.1 Цель и этапы проведения экспериментальных исследований... 127
5.2 Разработка и подготовка стенда к экспериментальным исследованиям 127
5.2.1 Разработка экспериментального стенда 127
5.2.2 Оценка отклонений и настройка экспериментального стенда... 132
5.2.3. Разработка конструкции устройства контроля настройки инструмента и анализа величины его износа 132
5.3 Оценка достоверности методики расчета сумарной погрешности обработки тонкостенных деталей из высокопрочных сплавов 138
5.3.1 Оценка достоверности метода моментных цилиндрических оболочек при прогнозировании суммарной погрешности размерной обработки 138
5.3.2 Оценка достоверности метода расчеты размерного износа формообразующего инструмента при обработке тонкостенных деталей 145
5.4 Рекомендации по промышленному использованию результатов работы 146
5.5 Перспективы развития выполненных решений 148
Выводы 148
Выводы и результаты работы 148
Библиографический список 150
Приложение
- Технологические проблемы изготовления тонкостенных деталей летательных аппаратов
- Погрешности установки и закрепления тонкостенных заготовок колец при обработке
- Выбор метода определения прогиба под действием силы резания при токарной на станках с ЧПУ
- Применение положений теории автоматизированного управления для прогнозирования погрешностей размерной автоматизированной токарной обработки деталей ЛА
Введение к работе
Актуальность темы. При проектировании механизмов и узлов во всех отраслях машиностроения отмечается увеличение номенклатуры тонкостенных деталей. Эта тенденция вызвана объективными причинами: уменьшением общей массы, эргономичности, а иногда невозможностью обеспечения заданных эксплуатационных характеристик применением деталей с более высокой массой и габаритами. Реализация таких требований обеспечивается за счет постоянного совершенствования методов и средств проектирования, подготовки методов технологических воздействий.
Одними из наиболее характерных представителей тонкостенных деталей, применение которых вызвано в первую очередь обеспечением заданных эксплуатационных характеристик, в частности снижение массы, являются детали двигателей летательных аппаратов. Преимущественно, это тела вращения, обечайки, диски и т.д. Эти детали имеют разнообразную конфигурацию, конструктивные особенности, размеры, требования к точности и качеству поверхностей. Они изготавливаются, в зависимости от условий работы, из самых разнообразных материалов: от полимеров до жаропрочных и твердых сплавов. При этом к названным деталям предъявляют повышенные требования по точности и состоянию поверхностного слоя.
Размерная обработка таких деталей на технологических операциях точения, шлифования и других связана с прогибом обрабатываемых поверхностей под действием сил резания и закрепления с последующим формированием связанных с этим погрешностей обработки. Указанное наиболее характерно для обработки деталей силовых установок летательных аппаратов, материалом которых является высоко- и особопрочные материалы с низкой обрабатываемостью. Важно оценить возможные погрешности обработки на стадии технологической подготовки производства.
Анализ литературных источников показал, что основными методами прогнозирования погрешностей автоматизированной обработки является теория упругости и метод конечных элементов. Рядом авторов приводится статистический расчет по данным методикам. Используемые в настоящее время методики расчета трудоемки и неточны.
Необходим поиск новых перспективных способов прогнозирования погрешностей возникающих под действием сил резания и закрепления. Поэтому проблема прогнозирования погрешностей при автоматизированной обработке тонкостенных деталей является актуальной в научном и прикладном аспектах.
Перспективным решением проблемы прогнозирования погрешностей может стать использование метода моментных цилиндрических оболочек и имитационного моделирования. Преимущества данных методов очевидны: простота математического описания, точность расчета, высокая степень автоматизации.
Поэтому в научном плане актуальным является изучение метода моментных цилиндрических оболочек, имитационного моделирования при расчете погрешностей от прогибов под действие сил резания и закрепления. Необходимо установить оптимальные режимы обработки и схему закрепления детали, при которых погрешности становятся минимальными.
Цель работы заключается в разработка методик обеспечения заданных требований точности при автоматизированной обработке тонкостенных деталей с использованием метода цилиндрических моментных оболочек и метода имитационного моделирования.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучение влияния силы резания и схем закрепления на точность обработки.
2. Исследование влияния размерного износа инструмента на изменение величины силы резания и точность обработки.
3. Определение оптимальных режимов резания при автоматизированной обработки тонкостенных деталей для уменьшения величины износа инструмента и прогиба детали под действием силы резания.
4. Определение погрешностей обработки тонкостенных деталей с использование положений теории моментных цилиндрических оболочек для различных схем закрепления и форм деталей.
5. Прогнозирования погрешностей размерной автоматизированной обработки тонкостенных деталей с использованием положений теории автоматизированного управления.
6. Разработка алгоритма автоматизированного расчета суммарной погрешности обработки тонкостенных деталей с использований метода имитационного моделирования GPSS.
Методы исследований.
Цель работы и сформулированные задачи исследования обусловливают использование комплекса экспериментальных и расчетных методов.
Обработка образцов сплава ВТ1 и сталей 38Х2МЮА, 45Х14Н14В2М проводилась на токарном станке с ЧПУ HAAS SL-20 при различных режимах и схемах закрепления детали.
Скорость размерного износа инструмента в процессе обработки определялась с использованием датчика УНИ-1т (конструкцию и принцип работы которого разработал автор). Для определения размерного износа использовались резцы с механическим креплением пластин SECO, Sandvik, Iscar и др. С целью подтверждения результатов проводились измерение размерного износа с использованием измерительной машины DMG VIO 210 Microset с точностью измерений ±0,005 мм.
Определения прогибов возникающих под действием сил резания и закрепления проводилось на токарном станке с ЧПУ HAAS SL-20 с использованием гибкого магнитного штатива Mitytoyo 7019B и цифровой измерительной головки Mitytoyo Dimatic ID-F c обратной связью. Для подтверждения результатов исследований образцы подвергались контролю на координатно-измерительной машине КИМ-750 с точностью измерений ±0,001мм. Математический анализ и имитация обработки проводился в программе APMWinMachine 9.6.
Научная новизна:
1. На основе положений моментных цилиндрических оболочек и метода конечных элементов разработана математическая модель прогнозирования погрешностями размерной автоматизированной обработки нежестких деталей ЛА переменной толщины, в том числе оребренных.
2. Выявлены закономерности и разработаны алгоритмы управления погрешностями путем автоматизированного регулирования технологических условий обработки на основе положений теории автоматизированного управления.
3. С использованием языка имитационного моделирования GPSS разработаны модели управления погрешностями на стадии технологической подготовки производства и непосредственно во время обработки нежесткой детали на станке с ЧПУ.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Метод расчета суммарной погрешности возникающих при обработке тонкостенных деталей с использованием положений теории моментных цилиндрических оболочек и метода конечных элементов.
2. Способ прогнозирования погрешностей размерной автоматизированной обработки с использованием имитационного моделирования.
3. Способ автоматизированного управления погрешностями, возникающие при обработке тонкостенных деталей, с использованием теории автоматизированного управления.
4. Методы и средства по снижению влияния погрешностей на точность обработки.
Практическая значимость полученных результатов:
1. Разработан метод расчета погрешности возникающей от прогиба под действием силы резания для тонкостенных деталей с различными схемами закрепления.
2. Разработан метод расчета погрешности возникающей в процессе закрепления тонкостенной детали на токарном станке с ЧПУ.
3. Разработаны рекомендации по снижению влияния сил резания и закрепления на обеспечения точности автоматизированной токарной обработки тонкостенных деталей
4. Разработанные рекомендации прошли апробацию при изготовлении корпуса привода солнечной батареи спутника на ОАО «Сибирские приборы и системы» и позволила уменьшить влияние износа формообразующего инструмента и сил резания на точность обработки и качество поверхности.
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «XXXIII Гагаринские чтения и XXXIV Гагаринские чтения» (г.Москва, апрель 2007 и 2008г., Сборник трудов, ч.5, 2007 и ч.5 2008), на III Международной научно-технической конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, модернизация и эксплуатация» (г.Омск, 2006); Всероссийская научно-техническая конференция «Наука. Промышленность. Оборона» 2006 (Сборник статей); в журнале «Омский научный Вестник (г.Омск, 2009, принято в печати); на расширенном заседании кафедры “Технология машиностроения” ГОУ ВПО “Омский государственный технический университет” в 2009г.; на семинаре кафедр ОмГТУ «Металлорежущие станки и инструменты» , “Технология машиностроения” и «Авиа- и ракетостроение» в 2009г..
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 работы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования материалов диссертаций.
Объем и структура диссертации. Конструктивно диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных литературных источников (120 наименований). Диссертация содержит 157 страниц основного текста, включая 35 таблиц и 63 рисунка, приложения на 63 страницах. Всего 220 страниц.
Технологические проблемы изготовления тонкостенных деталей летательных аппаратов
Точность обработки может быть обеспечена различными технологическими методами [60]. В условиях единичного производства точность обеспечивается индивидуальной выверкой устанавливаемых на станок заготовок и последовательным снятием стружки пробными проходами, сопровождаемыми пробными промерами. При этом заданный размер получается методом последовательного приближения [118]. Точность обработки этим методом напрямую зависит от квалификации рабочего.
В условиях серийного и массового производства точность обеспечивается методом автоматического получения размеров на предварительно настроенном станке. В этом случае индивидуальная выверка заготовок отпадает, так как их установку осуществляют в специальные приспособления на заранее выбранные базовые поверхности. При достаточно большой партии заготовок этот метод более производителен, так как обработка ведется за один проход, а затраты времени на предварительную настройку станка увеличивают время обработки одной детали на малую величину.
Точность обработки не зависит от квалификации рабочего, но зависит от квалификации наладчика, так как последнему приходится периодически производить настройку станка при смене затупившегося инструмента, а при малых допусках на обработку выполнять поднастройку станка за время стойкости инструмента или выполнять настойку на станке с использованием датчика коррекции износа инструмента либо вне стенка на измерительной машине (Рис. 1.2). Примерами автоматического получения размеров при обработке могут служить: обработка на обрабатывающих центрах, многорезцовое обтачивание, тонкое растачивание и другие виды однопроходной обработки. Проверка качества обрабатываемых деталей производится выборочно, методами статистического контроля (называемого также в литературе предупредительным, летучим, скользящим), а при более сложных видах обработки — методом стопроцентного (операционного) контроля.
В обоих рассмотренных методах на точность влияет субъективный фактор. При первом методе это влияние сказывается индивидуально в процессе обработки каждой детали, при втором методе — на партию деталей, снимаемых со станка между его настройками или поднастроиками на заданный размер.
Влияние субъективного фактора на точность обработки устраняется применением методов, связанных с использованием мерных режущих инструментов (развертки, протяжки, фасонные фрезы, калибровочные резцы для канавок и пр.). Если говорить о точности выполнения диаметральных размеров отверстий, то она в данном случае не зависит ни от квалификации станочника, ни от квалификации наладчика, так как при смене инструмента не происходит изменения «настроечного» размера.
В условиях мелко- и среднесерийного производства многими заводами применяется несколько отличный метод получения заданных размеров. Он заключается в том, что при обработке каждой детали режущий инструмент устанавливается в исходное положение по лимбу, а обработка ведется за один проход. Нужное деление лимба определяется пробной обработкой первой детали или по эталону. В данном случае на точность обработки влияют субъективные факторы двух видов: один из них связан с погрешностью установки необходимого деления лимба (погрешность настройки), другой — с повторяющейся для каждой детали погрешностью установки режущего инструмента по найденному делению лимба, которая зависит от квалификации станочника.
При обработке деталей на автоматических станках и автоматических линиях в последнее время начинает применяться другой, более прогрессивный метод обеспечения заданной точности, который был предложен А.Н. Гавриловым и освещен в работах А.П. Соколовского. Он заключается в том, что в станок встраивается измерительное и регулирующее устройство, которое в случае выхода обрабатываемой детали из поля допуска автоматически подналаживает (корректирует) систему на заданный размер. При таком методе обработки все Детали получаются годными. Влияние субъективного фактора здесь исключено, если не считать погрешностей регулировки. Эта величина в виде некоторой константы относится ко всей партии деталей, снимаемых со станка между регулировками, выполняемыми подналадчиком (Рис. 1.3). Устройства, работающие по указанной схеме, часто называют устройствами с обратной связью, так как измерительное устройство, проверяющее обработанную деталь, дает команду на рабочий орган станка в случае выхода выполняемого размера за установленные пределы. Устройства данного типа характерны для станков, выполняющих обработку за один проход (тонкое и чистовое растачивание, торцовое фрезерование и т. п.).
Для станков, выполняющих обработку за несколько проходов (наружное круглое и внутреннее шлифование), более характерно использование устройств, производящих измерение на ходу. При достижении заданного размера эти устройства автоматически выключают подачу станка.
В настоящее время имеется большое количество подобных систем, известных под названием средств активного контроля. Их внедрение в производство дает возможность повысить точность и производительность обработки.
Погрешности установки и закрепления тонкостенных заготовок колец при обработке
Начало исследованиям жесткости технологической системы было положено К.В. Вотиновым в 1936 г. В последующее время исследование жесткости проводились в ЭНИМСе, Московском станкостроительном институте, МВТУ им. Баумана и др. Эти работы сыграли большую роль в познании явлений упругих отжатий элементов технологической системы и позволили наметить пути повышения точности и производительности обработки. Точность обработки зависит на прямую от жесткости технологической системы. А. П. Соколовский в своих трудах дает определение жесткости технологической системы [4]: «Жесткостью технологической системы называют отношение составляющей усилия, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности Ру, к смещению лезвия инструмента относительно детали, отчитываемому в том же направлении у». Согласно приведенному определению, жесткость J определиться из соотношения: Аналогичным образом можно найти жесткости различных элементов (звеньев) технологической системы. Зависимость упругих отжатий технологической системы от приложенной силы редко выражается законом прямой, рис. 2.1, и получаются экспериментально. Рис. 2.1.
Нагрузочные и разгрузочные ветви кривых при замерах жесткости узлов станка. При наличии выпуклой или вогнутой характеристик можно говорить о средней и истинной жесткости для каждого элемента технологической системы. Если точкам (рис. 2.1) характеризует величину сил, до которой нагружается данный узел в процессе его работы, то средняя жесткость будет равна отношению отрезка AN к отрезку NO, т. е. равна тангенсу угла наклона а линии ОА к оси абсцисс: NO Истинная жесткость для каждого текущего момента нагружения будет характеризоваться тангенсом угла наклона касательной в данной точке кривой к оси абсцисс. Для точки А} истинная жесткость Jucm = tgax. Для упрощения технологических расчетов целесообразно пользоваться средней жесткостью, беря точку А за среднее значение силы, возникающее в процессе обработки на данном станке. Учитывая, что суммарная погрешность обработки является следствием влияния ряда факторов, погрешность такого допущения будет сравнительно мала 5-7%. Жесткость какого-либо узла не является вполне постоянной, стабильной величиной. При повторных испытаниях, производимых через некоторое время, формы кривых не совпадают и значения жесткостей часто отличаются более чем на 5—10%. Такое колебание жесткости является следствием того, что состояние и условия работы станка непостоянны. На изменение жесткости оказывают влияние: зазоры в сопряжениях, степень затяжки, качество обработки и износ сопряженных поверхностей, температурные условия и другие факторы. При износе станка жесткость его основных узлов заметно снижается. Влияние перечисленных причин трудно регламентировать в узких пределах. Поэтому известное колебание жесткостей элементов и технологической системы в целом неизбежно. Принимая жесткость узлов и других звеньев технологической системы за постоянную среднюю величину, значительно облегчаются расчеты упругих перемещений технологической системы. Для упрощения расчетов часто оперируют с другой характеристикой — податливостью технологической системы. Под податливостью понимают величину, обратную жесткости
Выбор метода определения прогиба под действием силы резания при токарной на станках с ЧПУ
Применительно к рассматриваемой задаче, возможно применение трех методов определения прогиба под действием силы резания: - метода теории безмоментных оболочек; - метода теории моментных оболочек; - метода конечных элементов. При определении критериев подобия по первому варианту, на основе метода безмоментных цилиндрических оболочек [55,68,80,88], необходимо точное математическое описание рассматриваемого явления или процесса. Применительно к рассматриваемой задаче, имеющиеся варианты математического описания не в полной мере учитывают все условия размерной обработки. Математический аппарат, применяемый при оценке погрешностей обработки, получен в большинстве случаев эмпирическим путем и применительно к новым условиям обработки требует дополнительной доработки [52,72] рамках поставленной задачи определение прогибов под действием силы резания на основе метода безмоментных оболочек вызывает определенные трудности, основными из которых являются: - недостаточно данных для назначения условий обработки для деталей с криволинейной образующей; - недостаточно полно разработан математический аппарат расчета погрешностей обработки для объектов с ребрами; - при использовании безмоментой теории системе становиться неопределимой применительно к задачам работы, т.к. сумма всех усилий равна нулю. С учетом изложенного можно отметить, что для решения поставленной задачи метод теории безмоментных оболочек имеет ограниченное применение. В достаточном объеме возможностей метода теории моментных оболочек и МЭК достаточно для определения прогиба детали под действием силы резания.
С учетом разной терминологии применяемой в справочных материалах, нормативах, а также с учетом терминологии применяемой в теории упругости оболочкой принято называть тело, заключенное между двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми, именуемое в дальнейшем толщиной оболочки h, мало по сравнению с прочими его размерами. Совокупность точек, равноотстоящих от образующих оболочку поверхностей, называется срединной поверхностью. В зависимости толщины оболочки делят на толстые и тонкие. К тонким оболочкам обычно относят такие, у которых отношение h/R l/20 (R—минимальный радиус кривизны срединной поверхности). Следует, однако, отметить, что величина эта носит не абсолютный, а условно-ориентировочный характер [53]. Оболочки делят также на замкнутые и незамкнутые. Замкнутые - это такие оболочки, которые не имеют иных границ, кроме основных образующих поверхностей. Если кроме указанных поверхностей оболочка имеет и граничный контур, то ее называют незамкнутой или открытой. Такую оболочку можно рассматривать как часть замкнутой.
Среди незамкнутых выделяют особый класс оболочек, которые называются пологими. Пологие оболочки имеют сравнительно небольшой подъем, поэтому геометрию их поверхности можно без особой погрешности отождествить с геометрией на ПЛОСКОСТИ. : Замкнутые оболочки, в свою очередь, также можно классифицировать по различным признакам [24]. Остановимся на наиболее важном случае — оболочках вращения. Оболочкой вращения называется оболочка, срединная поверхность которой получается от вращения некоторой плоской кривой вокруг оси, лежащей в ее плоскости и не пересекающей эту кривую. Частный весьма распространенный случай оболочек вращения — цилиндрические оболочки. Широкое использование оболочки в инженерных сооружениях обусловлено ее легкостью и высокой прочностью. Конструкция, изготовленная в виде оболочки, при прочих равных условиях экономичнее пластинчатой. Сфера применения конструкций в виде оболочек чрезвычайно широка. Среди них в первую очередь нужно назвать авиа- и ракетостроение, химическое машиностроение, строительство. Использование оболочек в таких быстропрогрессирующих областях, как авиа- и судостроение, обусловило развитие методов их расчета. В настоящее время теория тонких оболочек развита довольно широко. В основе технической (прикладной) теории оболочек лежат допущения (гипотезы) Кирхгофа — Лава. Приняв эти допущения, можно перейти от трехмерной (пространственной) задачи теории упругости к двумерной задаче о равновесии и деформации срединной поверхности. Следует отметить, что эта теория приближенная и не может быть преобразована в точную. Суть гипотез Кирхгофа — Лава [5] сводится к следующему: 1. Прямолинейный элемент, нормальный к срединной поверхности до деформации, после деформации останется прямолинейным и нормальным к деформированной срединной поверхности, сохранив при этом свою длину. Эта гипотеза носит название гипотезы прямых нормалей. 2. Нормальные напряжения на площадках, параллельных средин ной поверхности, пренебрежимо малы по сравнению с соответствующими напряжениями на площадках, нормальных к той же поверхности. Гипотезу можно трактовать как условие ненадавливаемости слоев, параллельных срединной поверхности. Это, в свою очередь, позволяет говорить (с известной степенью приближения) о том, что такие слои находятся в плоском напряженном состоянии. Приведем некоторые сведения из теории поверхностей. Они понадобятся нам в дальнейшем. Нормальным сечением в некоторой точке А (рис.3.1.) называется плоская кривая 1—1, получаемая от пересечения рассматриваемой поверхности с плоскостью У, проходящей через нормаль N к поверхности в этой точке. Линией кривизны поверхности называется линия, имеющая в каждой своей точке главное направление.
Применение положений теории автоматизированного управления для прогнозирования погрешностей размерной автоматизированной токарной обработки деталей ЛА
Принцип управления по возмущению состоит в том, что для уменьшения или устранения отклонения sy(t) управляемой величины от требуемого значения, вызываемого возмущающим воздействием Py(t), измеряется это воздействие и в результате его преобразования вырабатывается управляющее воздействие Ch(t), которое, будучи приложено ко входу объекта У О, вызывает компенсирующее отклонение s y(t) управляемой величины противоположного знака по сравнению с отклонением є (t). Для полной компенсации влияния возмущающего воздействия отклонение є у (t) в каждый момент времени должно быть равно по значению и противоположно по знаку отклонению єу (t), вызываемому возмущающим воздействием Ру (t).
Измерение возмущающего воздействия Py(t) осуществляется с помощью измерительного элемента ИЭ (рис.4.1), а его преобразование — с помощью преобразователя П. Измерительный элемент и преобразователь образуют связь по возмущению [66].
Выходное воздействие связи по возмущению (компенсирующее воздействие) в сумматоре 1 складывается с задающим воздействием a (t), определяющим требуемое значение управляемой величины. Задающее воздействие вырабатывается в задающем устройстве ЗУ. Суммарное воздействие (і) с помощью усилителя-преобразователя УП усиливается по мощности до величины, необходимой для получения требуемого режима работы. В общем случае наряду с усилением Е (і) производится дополнительное его преобразование. Сформированное таким образом управляющее воздействие є у (t) с выхода УП поступает на вход объекта и через его канал управления КУ компенсирует влияние возмущающего воздействия, вызывая противоположную реакцию объекта по сравнению с реакцией, вызываемой возмущающим воздействием через канал возмущения объекта [85].
Связь по возмущению и усилитель-преобразователь образуют автоматическое управляющее устройство (АУУ) (регулятор). АУУ, измеряя и преобразуя возмущающее воздействие Ру (t) в соответствии с заложенным алгоритмом управления «вырабатывает» управляющее воздействие є у (t). Для
САУ с принципом управления по возмущению алгоритм управления имеет общий вид є у (t) = f [Ру (t)], т. е. управляющее воздействие является функцией возмущающего воздействия.
На рис. 4.1. показано, что в САУ с принципом управления по возмущению имеются два канала влияния возмущающего воздействия Ру (і) на управляемую величину Ay(t): канал возмущения KB объекта, являющийся естественным каналом влияния возмущающего воздействия, и канал, образованный связью по возмущению, усилителем-преобразователем и каналом управления КУ объекта — искусственно созданный компенсационный канал. Таким образом, САУ с принципом управления по возмущению являются двухканальными системами и в них для компенсации влияния возмущающего воздействия через один (естественный) канал используется влияние того же самого возмущающего воздействия через второй, искусственно созданный компенсационный канал [70].
В системах с принципом управления по возмущению для формирования управляющего воздействия используется непосредственная информация о возмущающем воздействии (т. е. информация о причине, вызывающей отклонение). Поэтому в этих системах возможна полная компенсация влияния возмущающего воздействия на управляемую величину, т. е. возможно достижение инвариантности (независимости) управляемой величины относительно данного возмущающего воздействия.
Рассмотренным способом можно компенсировать влияние каждого из возмущающих воздействий в отдельности. Однако на практике обычно не удается компенсировать влияние всех возмущающих воздействий, так как значительная часть воздействий не поддается измерению и при компенсации всех возмущающих воздействий получается сложная система. На практике компенсируются лишь основные возмущающие воздействия, наиболее резко влияющие на управляемую величину. При автоматизированной токарной? обработке возмущающим воздействием» является сила резания и сила закрепления.
Система с принципом управления по- возмущению является разомкнутой САУ. В ней процесс управления не зависит от результатов (управляемая величина не измеряется и не производится, никаких действий, если она не соответствует требуемому значению) и наблюдается только прямое воздействие.
Из приведенной характеристики САУ с принципом управления по возмущению видно, что они обладают следующими достоинствами: 1) позволяют полностью компенсировать возмущающие воздействия, т. е. в этих системах возможно достижение инвариантности управляемой величины относительно возмущающих воздействий; 2) в них, как в разомкнутых системах, не возникает проблемы устойчивости. САУ с принципом управления по возмущению имеет следующие недостатки: 1) они устраняют влияние лишь основных возмущающих воздействий, по которым созданы компенсационные каналы; появляется отклонение управляемой величины от требуемого значения с изменением второстепенных возмущающих воздействий, по которым нет компенсационных каналов; 2) в этих системах, как в разомкнутых, появляются отклонения управляемой величины с изменением характеристик объекта и элементов» системы [14]; 3) применение принципа управления по возмущению ограничено объектами, характеристики которых можно определить.
