Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. цель и задачи диссертационной работы 8
1.1. Эффективность использования многоцелевых станков при обработке корпусных деталей в ГПС 8
1.2. Обзор и анализ существующих средств и методов контроля режущего инструмента на МЦС в ГПС 18
1.3. Цель и задачи диссертационной работы 38
Глава 2. Исследование технологических особенностей эксплуатации режущего инструмента при переменных условиях обработки различных корпусных деталей на МЦС в ГПС 41
2.1. Влияние состояния режущего инструмента на структуру отказов МЦС в ГПС 41
2.2. Случайный характер износа и стойкости режущего инструмента 50
2.3. Особенности износа режущего инструмента при работе с переменными за период стойкости режимами резания 55
2.4. Необходимость применения комплексного контроля состояния режущего инструмента в условиях переменного резания. Вектор технологической работоспособности 63
2.5. Выводы 69
Глава 3. Оценка технологической работоспособности режущего инструмента при обработке корпусных деталей на МЦС в ГПС по комплексному критерию 71
3.1. Оценка состояния режущего инструмента по технологическому критерию при обработке корпусных деталей на многоцелевых станках в ГПС 71
3.2. Методики оценки состояния режущего инструмента по временному критерию в условиях нестационарного резания на МЦС в ГПС 79
3.3. Автоматический учет времени работы режущего инструмента на многоцелевых станках в условиях переменного резания 87
3.4. Оценка состояния режущего инструмента путем учета времени его работы с помощью ЭВМ 95
3.5. Использование информационных характеристик приводов МЦС для оценки режущей способности инструмента 106
3.6. Определение предельно допустимых значений силовых параметров приводов МЦС 120
3.7. Выводы 129
Глава 4. Адаптивное управление стойкостью режущего инструмента на МЦС в ГПС и определение целесообразных моментов его замены 130
4.1. Обоснование необходимости применения адаптивного управления стойкостью режущего инструмента при обработке корпусных деталей на МЦС в ГПС 130
4.2. Адаптивное управление временной компонентой вектора технологической работоспособности режущего инструмента при обработке на МЦС в ГПС 135
4.3. Адаптивное управление силовой компонентой вектора технологической работоспособности режущего инструмента при обработке на МЦС в ГПС 147
4.4. Информационные связи, используемые при оценке состояния режущего инструмента и определении момента его замены на МЦС в ГПС 153
4.5. Выводы 162
Глава 5. Определение эффективности использования МЦС в ГПС с применением системы автоматической оценки режущего инструмента 163
Общие выводы по работе 168
Список литературы 171
Приложение 178
- Обзор и анализ существующих средств и методов контроля режущего инструмента на МЦС в ГПС
- Особенности износа режущего инструмента при работе с переменными за период стойкости режимами резания
- Методики оценки состояния режущего инструмента по временному критерию в условиях нестационарного резания на МЦС в ГПС
- Адаптивное управление временной компонентой вектора технологической работоспособности режущего инструмента при обработке на МЦС в ГПС
Введение к работе
Будущее развитие машиностроительного производства направлено на его дальнейшую автоматизацию. Автоматизация машиностроения в условиях серийного и мелкосерийного производства корпусных деталей предполагает создание гибких производственных систем (ГПС), работающих в условиях безлюдной технологии. ГПС компонуются на базе автоматизированных станочных модулей, основой которых служат многоцелевые станки (МЦС).
Современные МЦС - это сложное и соответственно очень дорогое оборудование. Поэтому необходимо максимально эффективно использовать МЦС в ГПС. Максимальная эффективность функционирования МЦС, а соответственно и ГПС в целом, достигается за счет сведения к минимуму времени простоев МЦС, повышения режимов обработки на МЦС и обеспечения их работы в режиме безлюдной технологии.
Высокая доля отказов МЦС в ГПС вследствие выхода из строя режущего инструмента не позволяет эффективно использовать многоцелевые станки и ставит задачу контроля и определения достоверных моментов замены режущего инструмента в ранг наиболее актуальных задач автоматизированного производства.
Поэтому в условиях безлюдной, многономенклатурной обработки корпусных деталей на МЦС в ГПС необходим надежный контроль состояния применяемого режущего инструмента и определение достоверных моментов его замены. Это позволит минимизировать время простоев МЦС, вести обработку с
максимально возможными режимами резания и реализовать безлюдную технологию.
Анализ литературных и производственных данных, а также рекламных и выставочных материалов показывает, что исследованиями и разработкой систем контроля за состоянием режущего инструмента на МЦС интенсивно занимаются во всех промышленно развитых странах. Работы в этой области ведутся крупными и хорошо известными фирмами, среди которых можно отметить Sandvik Coromant Engineering (Швеция), Promess (Германия), Mitsui Seiki Kogyo (Япония), Marposs (Италия), Cincinnati Milacron (США), Renishow Electrical (Германия) и другие.
В нашей стране вопросами исследования и создания систем контроля состояния режущего инструмента в автоматизированном производстве занимаются ведущие в данной области организации, такие как МГТУ "СТАНКИН", АО "ЭНИМС", "ВНИИинструмент", "НИИМАШ" и другие.
Следует подчеркнуть, что развитие исследований в рассматриваемой области было бы не возможно без разработки научно-практических основ, в создание которых большой вклад внесли такие ученые, как СМ. Палей, Г.Л. Хает, СВ. Васильев, В.А. Синопальников, В.А. Тимирязев и другие.
Диссертационная работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Московского государственного технологического университета "СТАНКИН".
Цель работы. Повышение эффективности функционирования МЦС в ГПС при обработке корпусных деталей путем разработки и использования комплексной системы автоматической оценки состояния режущего инструмента и определения моментов его целесообразной замены.
Методы исследования. Работа выполнена на основе фундаментальных положений технологии машиностроения, теории резания металлов и теории адаптивного управления технологическими процессами.
Научная новизна работы заключается в выявлении связей, определяющих технологическую работоспособность режущего инструмента и момент его замены при многономенклатурном производстве корпусных деталей на МЦС. Она включает:
установление связей между состоянием режущего инструмента и структурой отказов технологической системы;
выявление технологических особенностей эксплуатации режущего инструмента при обработке корпусных деталей на МЦС;
разработка методики и алгоритмов автоматической оценки состояния режущего инструмента по комплексу критериев, включая технологический, временной и силовой.
постановка и решение задачи определения целесообразных моментов замены режущего инструмента путем адаптивного управления стойкостью инструмента.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
предложена методика автоматической оценки состояния режущего инструмента, основанная на получении необходимой технологической информации о фактическом времени работы каждого инструмента из управляющей программы МЦС;
разработана принципиальная схема и предложен алгоритм комплексной системы автоматической оценки технологической работоспособности режущего инструмента по трем критериям с использованием ЭВМ;
- разработана принципиальная схема системы адаптивного
управления стойкостью применяемого режущего инструмента на
МЦС;
- результаты работы являются основой для создания
комплексных систем автоматической оценки состояния режущего
инструмента и определения целесообразных моментов его земены,
что позволит значительно повысить эффективность использования
МЦС в ГПС.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и были одобрены на Всероссийском открытом конкурсе научных работ молодых ученых "Технология и качество авиационной техники", Москва, МАИ, 1999г и на заседаниях кафедры "Технология машиностроения" Московского государственного технологического университета "СТАНКИН".
Публикации. По материалам диссертации опубликованы две печатные работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 65 наименований и 2 приложений. Общий объем диссертации 193 страницы, из них 126 страниц основного текста и 49 иллюстраций на 42 страницах.
Обзор и анализ существующих средств и методов контроля режущего инструмента на МЦС в ГПС
Для контроля состояния режущего инструмента могут быть использованы различные способы, в том числе основанные на использовании прямых и косвенных методов измерения. При прямом контроле измеряется непосредственно величина износа, при косвенном - величина параметра, легко поддающегося измерению и связанного с износом определенной корреляционной зависимостью. Контролировать состояние режущего инструмента возможно как непосредственно в процессе резания, так и после его окончания. Процесс измерения может быть основан на использовании оптических, электрических, механических, акустических, пневматических, индуктивных и других устройств. Измерение диагностических сигналов может быть контактным и бесконтактным [16].
Ряд специалистов занимаются исследованием возможности использования в качестве диагностического признака износа инструмента уровня звукового давления и явления акустической эмиссии [16]. Установлено, что интенсивность этих процессов связана с величиной износа инструментов, что позволяет использовать их в качестве диагностических признаков износа [16].
Известны методы контроля износа инструментов, основанные на измерении температуры сходящей стружки [17]. Температура стружки может быть измерена, например, с помощью германиевых фотодиодов, работающих в инфракрасной волновой области.
Информацию об износе инструмента из зоны резания можно получить путем измерения ЭДС резания, генерируемой в зоне скользящего контакта инструмента с обрабатываемой деталью. Как показали исследования [18], ЭДС резания является одним из наиболее стабильных сигналов присущих процессу металлообработки. ЭДС резания может быть измерена в режиме как постоянного, так и переменного тока. Как показали исследования [18], на величину ЭДС резания не оказывает влияния температура заготовки, что позволяет использовать ЭДС резания в качестве диагностического признака износа режущего инструмента в широком диапазоне изменения режимов резания, характеризующимся различным нагревом обрабатываемой детали.
Возможны различные варианты использования ЭДС резания в качестве диагностического признака износа инструментов. Например, об износе инструмента можно судить по абсолютной величине постоянной составляющей ЭДС резания [18]. При контроле износа инструмента по ЭДС резания на частотах, отличных от нуля, выделяется спектр частот, на которых осуществляются измерения. О величине износа режущего инструмента судят либо по абсолютным значениям полученных величин, либо по некоторому факториалу, определяемому по формуле, связывающей эти величины по заданному алгоритму.
Известны способы контроля износа инструментов, основанные на измерении электрического сопротивления зоны скользящего контакта режущего инструмента с обрабатываемой деталью [16]. Эти способы основаны на пропускании электрического тока через зону резания, с одновременным измерением падения напряжения на электрическом сопротивлении, встроенном в эту цепь. С ростом износа инструмента изменяется площадь контакта последнего с обрабатываемой деталью, что вызывает изменение регистрируемого электрического сопротивления.
Однако, как показано в работе [19], виброакустические методы контроля величины износа инструмента находятся еще в стадии эксперимента. При сверлении и других видах обработки осевым режущим инструментом измерение температуры сходящей стружки существующими методами невозможно, так как режущие кромки находятся внутри обрабатываемого отверстия. Измерение ЭДС резания и электрического сопротивления зоны скользящего контакта инструмента с обрабатываемой деталью в этом случае не может быть произведено с достаточной точностью, так как выходящая из отверстия стружка замыкает цепь измерения ЭДС.
Поэтому наибольшее распространение получили способы оценки износа инструментов, основанные на использовании в качестве диагностических признаков износа приращений составляющих силы резания или потребляемой электрической мощности привода станка [20].
Одними из наиболее простых устройств для контроля состояния режущего инструмента на МЦС являются устройства, в которых использованы датчики, реагирующие на мощность, затрачиваемую при резании [16]. Принцип работы таких датчиков основан на регистрации текущих параметров приводных электродвигателей МЦС. Установка таких датчиков не требует существенной модернизации узлов или приводов МЦС. Датчики не вносят искажений в процесс обработки и не изменяют технические характеристики многоцелевого станка. Одним из таких диагностических устройств является устройство "Monitor-Model А", разработанное фирмой Fanuc (Япония) [21]. Измерительные преобразователи устройства регистрируют потребляемую из сети приводами МЦС электрическую мощность. Эти преобразователи обычно устанавливаются на электродвигателе привода главного движения МЦС. Устройство работает в двух режимах. В первом режиме задается эталонный процесс изменения диагностического сигнала, характерного для резания исправным инструментом. Задание эталонного процесса производится при обработке одной детали из партии, при этом, в блоке памяти устройства запоминается изменение нагрузочного тока в электродвигателе привода МЦС. Во втором режиме измеряются текущие значения нагрузочного тока и сравниваются с эталонными при обработке всей партии деталей. Алгоритм функционирования устройства "Monitor-Model А" представлен на рис 1.2. При изменении рабочей нагрузки в электродвигателе привода одновременно с нарушениями работоспособности режущего инструмента можно контролировать несоответствие физико-механических свойств материала обработываемой детали и неправильность ее установки.
Эффективность использования устройства "Monitor-Model А" зависит от вида и размеров инструмента, мощности электродвигателей приводов МЦС, механизма передачи крутящего момента от электродвигателя привода, материала обрабатываемой детали, режимов резания и других параметров Вероятность обнаружения данной системой отказов сверл диаметром более 5мм и метчиков диаметром более 6мм - 70%.
Особенности износа режущего инструмента при работе с переменными за период стойкости режимами резания
Рассмотренные ранее в параграфе 2.2 зависимости " — J \1 ) получены при постоянных за период стойкости инструмента условиях резания, в частности режимах обработки. Для таких условий разработаны все действующие нормативы режимов резания и расчетные формулы для их определения. Но как показывает практика, значительная часть режущего инструмента эксплуатируется в переменных за период стойкости условиях резания. В таких условиях работает инструмент при обработке корпусных деталей на многоцелевых станках в ГПС. При работе в таких условиях износ режущего инструмента имеет существенные особенности. Проведенные исследования [30] показывают, что при переменных условиях эксплуатации инструмент переходит к резанию в новых условиях с приобретенной им в предшествующих, иных условиях работы, так называемой эксплуатационной (технологической) наследственностью. Например, с разупрочненным инструментальным материалом в вершине режущего клина или с расположением очага износа, неблагоприятно изменяющим для новых условий геометрию инструмента. Рассмотрим влияние переменных режимов на износ режущего инструмента и его стойкость на примере проходных резцов из быстрорежущей стали Р6М5 [10]. Для них проведены эксперименты, при обработке стали 40Х на подачах 0.084 и 0.32 мм/об и получены зависимости скорость V - стойкость Т, представленные на рисунке 2.9. В следующей серии экспериментов резцы той же партии работали определенные периоды времени в пределах одного периода стойкости на разных режимах, Так, в опыте №1 (протокол испытаний таб. 2.1.) резец после резания в течение одной минуты на режиме №1 переводился на минуту работы по режиму №2. Далее режимы №1 и №2 чередовались до полного затупления резца. Общая стойкость резца до полного затупления составляла в среднем 9 минут, в то время как стойкость до полного затупления, как видно из графиков (рис. 2.9), на каждом из принятых режимов при постоянных условиях работы была равна 52 минутам. Соответственно, стойкость при резании с переменными режимами снижалась более чем в 5 раз. Такие исследования [10], но с другими скоростями резания были проведены в опытах №2 и №3. Из опытов №1 №3 видно, что снижение стойкости тем больше, чем выше скорость в каждом из используемых режимов. Опыты №4 и №5 показали, что перевод работы резца с режима, соответствующего большей подаче (0.34 мм/об), на режим с малой подачей, приводит к интенсивному износу по задней поверхности и быстрому затуплению резца.
Объяснить снижение стойкости при работе на режиме №1 (опыты №4 и №5) можно тем, что минимальная температура "3 в вершине режущего клина, у задней поверхности достигает значений температуры разупрочнения быстрорежущей стали. Уже в первые минуты работы режущие инструмента снижается твердость и прочность стали в режущем клине, но резец еще долго остается работоспособным на этом режиме, так как задняя поверхность защищена активным наростом. Поэтому активному изнашиванию подвергается передняя поверхность [27]. При переводе работы резца с режима №1 на режим №2, нарост на задней поверхности не образуется. Но, несмотря на то, что температура у задней поверхности &3 ниже температуры разупрочнения быстрорежущей стали, интенсивно развивается износ на задней поверхности, так как она плохо сопротивляется изнашиванию вследствие разупрочнения материала на режиме №1. Поэтому быстро наступает катастрофическое затупление резца. Таким образом, причиной снижения стойкости режущего инструмента при работе в переменных за период стойкости условиях обработки, принятых в опытах №1....№5, является интенсивное изнашивание на режиме малой подачи вследствие неблагоприятной эксплуатационной наследственности (разупрочнение быстрорежущей стали на предыдущем режиме). Перевод работы резца в опыте №6 с режима с малой подачей на режим с большой подачей не вызывает снижения общей стойкости режущего инструмента по сравнению со стойкостью, соответствующей каждому режиму.
Общая стойкость даже возрастает. Это объясняется тем, что при работе резца на режиме №1 температура "3 недостаточно высока, чтобы изменить сопротивляемость быстрорежущей стали процессам ползучести и динамической рекристаллизации, которые являются причиной полного затупления на режиме №2 [31]. Помимо эксплуатационной наследственности, проявляющейся в изменении свойств инструментального материала, на интенсивность процесса изнашивания и стойкость при переменных режимах обработки заметное влияние оказывает топография износа. Как показывают проведенные исследования [10], каждому режиму резания соответствует своя форма и расположение очагов износа. Например, при развитой лунке износа на передней поверхности режущий инструмент переходит на новый режим работы как бы с измененной формой передней поверхности. Из теории резания известно, что форма передней поверхности напрямую влияет на стойкость режущего инструмента [25]. Как показывают экспериментальные данные [27], значительное влияние на стойкость режущего инструмента может оказать различие значений допускаемого износа на разных режимах резания даже при одном критерии затупления инструмента. В работе [30] рассматривается случай работы быстрорежущих сверл на двух режимах резания. На рисунке 2.10 показано, что каждому режиму соответствует своя величина допускаемого износа по уголку "у, хотя стойкость до катастрофического износа была примерно одинаковой. Из рисунка видно, что при принятом допускаемом износе "у =0,9мм при работе на одном из режимов наступает катастрофический износ (точка 2), а на другом режиме сверла вполне работоспособны (точка 1), могут работать до более высоких значений предельного износа (точка 3).
Методики оценки состояния режущего инструмента по временному критерию в условиях нестационарного резания на МЦС в ГПС
Оценка состояния режущего инструмента и определение момента его замены по временному критерию предполагает использование инструмента до тех пор, пока реальное время работы инструмента не достигнет значения равного его расчетной временной стойкости. Учет времени работы режущего инструмента производится автоматически, с помощью ЭВМ, на основе информации, получаемой из управляющей программы ЧПУ многоцелевого станка. Для определения расчетной стойкости режущего инструмента в условиях переменного резания, в частности, определения его остаточной стойкости в настоящее время существуют лишь две методики. Одна из этих методик разработана в МГТУ "СТАНЮШ" на кафедре "Технология машиностроения" [35]. Эта методика основана на том, что при различных значениях расчетной стойкости 1 j = J \у j,V j) износ инструмента на его исполнительных поверхностях к концу периода стойкости имеет одинаковое значение. Расчетный период стойкости Tj для каждого из сочетаний режимов резания принимается за П(Тj) = \00% . в свою очередь период стойкости TQj оставшийся после окончания обработки партии деталей определенного типа-размера также отображается в процентах Щ-Loj) от расчетного периода стойкости. С этой целью используется зависимость:
Индекс означает порядковый номер технологического перехода при обработке однотипных деталей с определенными режимами обработки. Расчет периода стойкости для обработки новых деталей с учетом предшествующих технологических переходов выполняется по формуле: где -"(Уоу -і/ - выраженный в процентах период стойкости режущего инструмента, оставшийся после выполнения предшествующего перехода.
Применение режущего инструмента продолжается до тех пор, пока выраженный в процентах период оставшейся стойкости инструмента -"(/оу/ не достигнет нулевого значения:
Вторая методика по определению остаточного ресурса стойкости режущего инструмента разработана под руководством профессора Г.Л. Хаета [32]. В общем случае задача формулируется следующим образом. Инструмент в технологической системе работает в нестационарном режиме: кусочно-непрерывном (копировальная обработка), непрерывном (отрезка, подрезка торцов) или ступенчатом (точение ступенчатых валов, многопроходная обработка), в кусочно-непрерывном режиме (обработка на МЦС в ГПС). То есть в наиболее общем случае инструмент работает в течение времени Т\ с обобщенной (учитывающей толщину и ширину срезаемого слоя, неравномерность припуска, свойства обрабатываемого материала, уровень вибрации технологической системы и т.д.) нагрузкой \, изменяющейся по известному закону \ = - i KJ) . Затем в течение - с нагрузкой 2 = "2w и т- Д- "/ = "»W, гДе 1=1,2,3, ,п (п - общее число ступеней нагружения). В непрерывном режиме п=1, в ступенчатом \ = \vO=const;, то есть нагрузка в течение ступени постоянна. При этом требуется найти распределение наработки до отказа на каждой из ступеней нагружения, если известны её распределения при эксплуатации инструмента на стационарных режимах і?"2 -)"!5-?"й .
Практический интерес представляет упрощенная ситуация, когда известен номер ступени, на которой происходит отказ. Инструмент безотказно проработал (п-1) ступеней с известным временем и нагрузкой на каждой ступени. На n-ой ступени инструмент работает до отказа. Требуется найти распределение наработки до отказа или хотя бы среднюю наработку на п-ой ступени Тп при известных временах на каждой ступени 7г и средних наработках при стационарных режимах - / = Aw /. в такой постановке задача сводится к нахождению остаточной наработки инструмента, что нас в данном случае и интересует.
В векторе обобщенной нагрузки S, как правило, удается выделить доминирующий фактор. Зачастую в качестве такого фактора может быть избрана подача - при изучении его износостойкости. Такой одномерный случай r(S) является первым приближением к решению многомерной задачи T(S ) .
Наиболее простым описанием является линейная гипотеза Пальмгрена-Майнера, для ступенчатого нагружения и имеющая вид:
Гипотеза линейного (аддитивного) суммирования повреждений, предполагающая отсутствие явлений упрочнения и разупрочнения, а также физический принцип Седякина, предполагающий независимость надежности от порядка следования нагрузок в виду простоты математического описания применяются для решения широкого круга прикладных задач. Однако исследования последних лет [37] показали, что принцип Седякина носит частный характер, а линейное суммирование повреждений часто дает смещение и нестабильные (неэффективные) оценки остаточной наработки. Определение диапазона их применяемости -области автомодальности (единства физической природы отказа) представляет собой непростую задачу. В виду наличия, как правило, сложной структуры отказов задача становится многомерной и весьма трудоёмкой.
Так как сумма относительных повреждений І КУІ) значительно колеблется, рекомендуется [32] обобщение: где, a„ - мера накопленных повреждений, учитывающая процессы упрочнения и разупрочнения. Далее, при резании с переменной подачей необходимо найти эквивалентную стойкость 1 э для некоторой постоянной подачи S и наоборот, имея нормативные данные по S и , определять рациональные режимы резания при переменных подачах. Частным случаем этой задачи является нахождение связи разрушающей подачи Sp, полученной при испытаниях с постоянной подачей, и подачей р, полученной при менее трудоемких испытаниях методом ступенчато-возрастающей подачи. На основе изучения накопления повреждений в процессе резания установлено [37]: Условием справедливости линейной гипотезы является независимость надежности от порядка следования нагрузок, признаком - линейное изменение параметров инструмента. Как было показано [10], прочность инструмента, микротвердость режущей части, износ по задней и передней поверхностям и другие параметры инструмента изменяются нелинейно, существуют стадии, как упрочнения, так и разупрочнения инструментального материала. Мера накопленных повреждений не только значительно отличается от единицы, но и меняется в зависимости от порядка следования, как различных подач, так и различных скоростей. При усталостных испытаниях ап меняется на порядок, а иногда - на 2 порядка. Таким образом, целесообразно принятие более сложной нелинейной модели. При расчете безотказности инструмента мерой накопленных повреждений считают вероятность его безотказной работы P(t). при t=0, P(t)=l, а при достижении значения стойкости t=T P(t)=0. Предположение, что скорость изменения Р( Т) обратно пропорциональна некоторой степени P(t) в момент времени t, приводит к уравнению Копій
Адаптивное управление временной компонентой вектора технологической работоспособности режущего инструмента при обработке на МЦС в ГПС
Значение стойкости режущего инструмента определяется множеством параметров процесса обработки: скоростью резания V , подачей S , глубиной резания t, твердостью обрабатываемого материала НВ, наличием технологических сред и т. д. Но основными параметрами, которые определяют значение стойкости и которые могут быть использованы в качестве параметров вектора управления при создании системы адаптивного управления, являются скорость резания V и подача S . Согласно [43], скорость резания V оказывает наибольшее влияние на временную компоненту вектора технологической работоспособности режущего инструмента. Кроме того, для повышения производительности и снижения себестоимости обработки, целесообразно работать с максимально допустимой подачей (рис. 4.2). Применение же в качестве параметра вектора управления подачи с целью пролонгации значения временной компоненты вектора технологической работоспособности будет предполагать снижение значения подачи, что в свою очередь приведет к снижению производительности и повышению себестоимости. Учитывая все вышесказанное, целесообразно в качестве параметра вектора управления временной составляющей вектора технологической работоспособности инструмента принять скорость резания V. Функциональная зависимость временной составляющей вектора технологической работоспособности режущего инструмента Тм от скорости резания V имеет сложный нелинейный характер [44]. Эта зависимость неоднозначна. Как видно на рис. 4.3, в зоне малых скоростей резания — гтах функциональная зависимость У\Г), является возрастающей. То есть с увеличением значения стойкости 1 м инструмента скорость резания также увеличивается, причем, максимальная стойкость мтах достигается при скорости резания ттт . Во второй зоне при — гтах зависимость v\J-) носит убывающий характер. Обработка металлов резанием возможна в пределах обеих скоростных зон.
Однако резание с малыми скоростями V — rmax, то есть в пределах первой скоростной зоны, не рационально из-за низкой производительности труда и высокой цеховой себестоимости обработки каждой заготовки [45]. Обработка металлов с малыми скоростями резания может быть оправдана лишь необходимостью получения высокоточных поверхностей с высоким качеством поверхности [46]. Рациональнее обрабатывать металлы со скоростями — ттах , то есть в пределах второй скоростной зоны. С увеличением скорости резания V, хотя стойкость режущего инструмента ±м уменьшается, сокращается также время обработки деталей, то есть основное технологическое время t0 и соответственно увеличивается производительность труда [47].
Наиболее рациональное использование режущего инструмента достигается при обработке металлов резанием со скоростями, лежащими между скоростью Утп , точки перегиба П и скоростью rmax точки максимума (рис. 4.3). Этот диапазон скоростей используется при назначении режимов производительной и экономичной обработки на автоматизированном металлорежущем оборудовании, в том числе и на МЦС, работающих в условиях ГПС [48]. В пределах выявленного выше наиболее рационального для обработки корпусных деталей на МЦС в ГПС диапазона скоростей V V V - Т резания v тп — v —v ттах зависимость стойкости J- м от скорости резания V в самом общем случае достаточно точно апроксимируется степенным уравнением вида [2]: где 1-м - стойкость режущего инструмента; Ст - коэффициент, зависящий от условий обработки; d - диаметр инструмента (диаметр обработки); V - скорость резания; і - глубина срезаемого слоя; S - подача на оборот; ИВ - твердость обрабатываемого материала; h,x,y,z - степенные показатели, определяющие влияние соответствующего фактора на стойкость инструмента. Разрешим уравнение 4.1 относительно скорости резания Уравнение 4.2 является уравнением, отражающим связь между главным параметром вектора состояния м и главным параметром вектора управления V. При разработке системы адаптивного управления для МЦС в качестве параметра вектора управления удобнее использовать не скорость резания V, а частоту вращения шпинделя П, которые, при известном диаметре инструмента, связаны зависимостью: Как уже было сказано ранее в параграфе 4.1, суть адаптивного управления заключается в пролонгации значения стойкости режущего инструмента на величину AT. Когда речь идет о временной составляющей вектора технологической работоспособности, то значение А1 м согласно [49] определяется по формуле: где А/ - необходимая дополнительная длина обработки, мм; SM - минутная подача инструмента, мм/мин. Значение А/ и SM система получает из управляющей программы МЦС, как описано в главе 3. Как известно [50] для достижения при обработке заданной чистоты получаемой поверхности необходимо поддерживать постоянное значение подачи на оборот S . Диапазон изменения скорости вращения шпинделя при этом определяется по формуле По сути дела, полученное уравнение 4.7 определяет новое значение частоты вращения шпинделя Щ , при котором значение стойкости будет увеличено на величину Д м Подставляя зависимости 4.4, и 4.5 в 4.6 получим искомое уравнение адаптивного управления временной компонентой вектора технологической работоспособности режущего инструмента в окончательном виде
Похожие диссертации на Повышение эффективности использования многоцелевых станков при изготовлении корпусных деталей в ГПС путем автоматической оценки состояния режущего инструмента
