Системы адаптивного управления

Процесс обработки на металлорежущих станках характеризуется значительными колебаниями параметров заготовок, изменением свойств упругой системы станка в рабочем пространстве, параметров срезаемой стружки, геометрии резания и т.д. Колебание твердости заготовок (НВ) вызывается неравномерностью твердости исходного материала, особенностью заготовительных операций (образование литейной корки с включением большой твердости, возникновение поверхностного слоя повышенной твердости при ковке, штамповке и т.п.), а также процессом термообработки. Экспериментальные исследования показывают, что колебание твердости в пределах одной заготовки составляют 10-15%, а в пределах партии однотипных заготовок до 40%.

Погрешность заготовки (неравномерность припуска h) на данной операции или переходе определяется методом ее получения или погрешностью обработки на предыдущей операции. Например, в условиях единичного и мелкосерийного производства допускаемые отклонения на размеры отливок в разовые формы из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов, регламентируемые по ГОСТ, составляют 2-6 мм для заготовок средних размеров и 10-12 мм для крупногабаритных заготовок.

Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы. Во время обработки на станок действует множество факторов (возмущений) как случайных, так и систематических, которые, во-первых, не позволяют обеспечить оптимальные режимы резания, во-вторых, приводят к изменениям силы резания и, как следствие, к колебаниям между режущей кромкой и технологическими базами, что влечет за собой появление погрешности обработки (погрешность размера, формы и шероховатость). В-третьих, приводят к поломке инструмента, детали или элементов станка.

Отсюда естественной является необходимость оснащения станка таким устройством, которое реагировало бы на изменение возмущающих факторов и вносило коррективы в работу в соответствии с поставленной целью, т.е. приспосабливало (адаптировало) станок к этим изменениям. Такие устройства получили название систем адаптивного управления (САУ) [3,4].

Классификация систем адаптивного управления. В настоящее время под системой адаптивного управления металлорежущего станка понимают комплекс технических и программных средств, обеспечивающих автоматическое управление процессом обработки в соответствии с поставленной целью. В зависимости от того, что является предметом управления (регулирования) САУ в станкостроении принято подразделять на технологические и геометрические. Технологические САУ управляют технологическими параметрами, в основном, режимами резания; геометрические – точностью обработки. Кроме того, выделяют комбинированные САУ, управляющие как технологическими, так и геометрическими параметрами.

В зависимости от используемого принципа управления САУ как технологические, так и геометрические подразделяются на предельные, оптимальные и самообучающиеся (интеллектуальные). Адаптивные системы предельного управления в свою очередь подразделяются на системы стабилизации следящие и системы программного регулирования. Системы стабилизации, как это можно заметить из названия, предназначены для поддержания какого-либо параметра на заданном уровне: мощности резания, крутящего момента, силы резания, скорости резания, координаты положения инструмента и т.д. Следящие системы предназначены для управления положением детали или инструмента с целью компенсации упругих деформаций системы СПИД, погрешности кинематических цепей и т.п.

Самообучающиеся системы имеют возможность использовать предыдущий опыт для коррекции закона управления. Если целью управления является достижение оптимального значения выбранного критерия, то такие САУ называют системами оптимального управления. В зависимости от алгоритма обеспечения оптимальности выбранного критерия, системы оптимального управления подразделяют на поисковые и беспоисковые (функциональные).