Необходимость использования адаптивных систем в механообработке

Лекция 13. Адаптивные системы автоматического управления

Адаптивные системы управления строятся в основном на база станков с ЧПУ с замкнутой системой управления.

Перспективность развития и внедрения адаптивных систем управления в механообработке обусловлена следующими основными факторами.

а) Необходимость автоматизации мелкосерийного производства, особенностью которого является большая номенклатура обрабатываемых деталей и, как следствие этого, весьма большое разнообразие обрабатываемых материалов, режимов резания, припусков на обработку, твердости материалов заготовок и др.

б) Необходимость обработки заготовок из новых труднообрабатываемых материалов, по которым нет проверенных данных по режимам резания.

в) Необходимость повышения точности обработки деталей с компенсацией влияния на нее случайных факторов (колебания припусков, твердости и др.).

г) Необходимость выполнения сложных видов обработки с обеспечением требуемого качества обработки и экономичным расходом режущего инструмента (например, сверление отверстий диаметром до трех миллиметров в деталях из жаропрочной стали).

д) Упрощение процесса программирования и др.

При обработке на станках с обычными системами автоматического управления, в том числе и с ЧПУ, уровень оптимальности принятых режимов резания зависит от того, насколько точно начальная информация характеризует действительные условия протекания процесса обработки и насколько остаются неизменными исходные параметры, принятые при расчете и составлении управляющих программ (величины припусков, твердость обрабатываемого материала, жесткость технологической системы и др.).

В действительности параметры процесса обработки не постоянны. Поэтому традиционно методы назначения режимов резания основаны на приближенных представлениях о процессах резания и ожидаемых значениях его параметров.

Используемые методики и нормативные материалы не учитывают полностью всего многообразия технологических способов получения заготовок, а также состояния технологической системы. Поэтому назначаемые режимы резания несколько занижаются для снижения износа режущего инструмента и его расхода, а также предохранения от аварийных ситуаций. С другой стороны, обработка с постоянными режимами резания при указанном выше разбросе исходных параметров обработки, приводит к значительным колебаниям силы резания. Это наряду с изменением жесткости технологической системы приводит к значительным колебаниям последней, и как следствие, к погрешностям обработки деталей.

Случайный характер изменения припуска и твердости материала заготовки изменяет скорость износа режущего инструмента и приводит к отклонению его фактической стойкости от заданной.

Указанные выше факторы уменьшают производительность, увеличивают разброс показателей качества обработки.

Адаптивные системы управления обеспечивают автоматическое приспособление режимов обработки деталей по определенному критерию к изменяющимся условиям обработки, осуществляемое на основе информации, получаемой непосредственно в процессе обработки детали.

В этих системах кроме обратной связи по положению рабочего органа используется ряд обратных связей, учитывающих качественное и количественное изменение параметров процесса обработки и состояния элементов технологической системы из-за колебания припуска, твердости заготовки и других случайных факторов.

На основе получаемой информации о текущем состоянии процесса обработки адаптивная САУ, увеличивая или уменьшая съем металла с заготовки путем соответствующего изменения скорости резания и подачи, поддерживает постоянным какой-либо заданный параметр процесса обработки (например, силу резания) или обеспечивает оптимальных значений таких критериев, как точность обработки, производительность или себестоимость.

Применение адаптивных САУ позволяет решить такие задачи, как повышение производительности обработки на черновых операциях, точности обработки деталей по размеру и форме и ее стабильности, повышение качества обработанной поверхности, повышение стойкости режущего инструмента, снижение себестоимости обработки, защита станка от повреждений и режущего инструмента от поломок и др.

Широкому внедрению адаптивных систем препятствуют: недостаточные знания математических зависимостей, описывающих управляемые процессы резания и отсутствие надежных измерительных средств.

Адаптивные системы классифицируются по различным признакам, среди которых можно выделить системы по способности приспособления: без приспособления и самоприспосабливающиеся. Среди самоприспосабливающихся систем можно выделить системы: самоподностраивающиеся, самоалгортимизующиеся, самоорганизующиеся и самообучающиеся.

Мы рассмотрим самоподностраивающиеся системы среди которых можно выделить адаптивные системы предельного управления и адаптивные системы оптимального управления.