Введение к работе
. —
Актуальностьг темы. Вопросы позышзни;; производительности,
точности и надежности процесса обработки всегда были и остаются актуальными для станковедения. Одной из насущных задач, стоящих перед промышленным производством, является его интенсификация на основе создания автоматизированных станочных систем, управляемых от индустриальных ЭВМ и микроконтроллеров.
Процесс сверления глубоких отверстий малого диаметра является типично нестационарным процессом, обеспечение которого требует создания различного класса систем управления. Такие системы были созданы в отечественной и зарубежной практике, однако, до настоящего времени, не было постановки задачи синтеза системы управления с учетом многообразных и изменяющихся ограничений на координаты пространства состояния процесса обработки. Раскрытие этих ограничений во взаимосвязи с механикой процесса глубокого сверления, их отображением в фазовое пространство координат формообразующих движений станочного оборудования, а также определение функции управления, минимизирующей приведенные затраты, до настоящего времени не решены. Именно этим определяется актуальность темы работы, в которой решается вопрос синтеза оптимального управления для сверления глубоких отверстий малого диаметра с учетом ограничений на вектор управления и фазовые траектории формообразующих движзнии и вспомогательных перемещений при функционировании оборудования для рассматриваемого технологического процесса.
Работа ориентирована на создание оборудования для обработки глубоких отверстий в условиях крупносерийного и массового производства, например, при сверлении топливоподводящих отверстий в корпусах и штуцерах форсунок дизельных двигателей, при обработке маслоподводящих отверстий в автомобилестроении и др.
Работа выполнена по общероссийским программам "Конверсия и высокие технологии", "Механика, машиноведение и процессы управления".
Цель работы. Повышение производительности автоматизированного оборудования для сверления глубоких отверстий малого диаметра при фиксированной надежности выполнения процесса сверления путем отыскания оптимальной функции управления.
Методы и приемы исследования. Решение поставленной задачи осуществлялось на базе классического подхода к решению задач оптимизации. Повышение производительности и надежности процесса сверления достигается путем отыскания и использования более точных моделей описания процессов, протекающих при сверлении, и использовании их при определении функции управления, а также путем уменьшения общего количества допущений и приближений, которые являются неизбежными при создании реальных устройств.
Основные результаты работы получены путем теоретических и экспериментальных исследований. В теоретических исследованиях использовались положения теории автоматического управления, теории резания (сверления), теории автоматизированного электропривода, цифровых методов обработки сигналов и цифровой фильтрации, теории случайных процессов. Экспериментальные результаты получены на оригинальном оборудовании, снаряженном измерительными системами, часть из которых разработана и изготовлена автором.
Оборудование работает под управлением ПЭВМ типа IBM PC 486. Для управления процессом сверления использовалось оригинальное программное обеспечение, разработанное автором для проведения измерений и экспериментов по сверлению. Кроме того, предлагаемое программное обеспечение позволяет моделировать различные алгоритмы управления. Все вычисления и обработка результатов измерений проводились по разработанным автором алгоритмам. Алгоритмы управления сверлильным оборудованием и вычислений, в зависимости от их специфики и предъявляемых требований, были реализованы на языках Ассемблер и Паскаль, часть вычислений проводилась с применением математического пакета MATLAB.
Научная новизна работы. В диссертаций рассмотрены и решены задачи, представляющие интерес для станковедения.
1. Изучены закономерности изменения сил, действующих на
сверло при обработке глубоких отверстий.
2. Изучены статистические характеристики силовых
параметров.
-
Определены отображения пространства состояния процесса сверления в пространство состояния управляемой системы при глубоком сверлении.
-
Определены и формализованы ограничения пространства состояния процесса сверления и их отображения в фазовом пространстве управляемой системы.
5. Определены оптимальные фазовые траектории
перемещения пиноли сверла при рабочих заглублениях и
вспомогательных перемещениях.
6. Определена функция управления процессом сверления
глубоких отверстий малого диаметра, оптимизированная по
производительности.
Практическая ценность работы,
-
Получены алгоритмы управления процессом глубокого сверления, ориентированные на использование в современных вычислительных системах, в совокупности с которыми и был получен значительный положительный эффект, выражающийся в повышении производительности системы и надежности процесса сверления.
-
Разработана система управления процессом сверления глубоких отверстий малого диаметра, позволяющая в значительной степени повысить производительность и надежность процесса сверления. Это достигается путем:
а) использования более совершенных моделей самого
процесса сверления;
б) использования более точной и полной информации о
протекании процесса обработки, что достигается путем применения
дополнительных датчиков, позволяющих выполнять измерения с
необходимой точностью;
в) использования принципиально новых методов анализа
данных измерений текущих значений силовых параметров,
действующих на инструмент;
г) учета изменений условий обработки в ходе выполнения
самого процесса обработки, развития износа инструмента и накопления
скрытых дефектов инструмента, снижающих его прочность в процессе
эксплуатации;
. д) применения микроконтроллеров в цепях управления, позволяющих реализовать полученную в данной работе функцию управления процессом сверления.
3. Приведены алгоритмы и программы для реализации управления процессом глубокого сверления, обеспечивающих максимально допустимую производительность обработки.
Реализация результатов работы. Промышленные испытания
системы сверления проведены на предприятиях: ОАО "Роствертол", ПО
"Азовский оптико-механический завод" и Ростовский
электровозоремонтный завод имени В.И.Ленина. Экспериментальный
стенд, разработанное программное обеспечение и результаты
исследований используются в учебном процессе кафедры
"Автоматизация производственных процессов" Донского
государственного технического университета.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на:
- Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов.
Радиоэлектроника, микроэлектроника, системы связи и управления.
Таганрог. 1997г.
- 5-й Международной научной конференции по динамике
технологических систем. Ростов-на-Дону. 1997г.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, общих выводов по работе, списка использованной литературы, приложений. Диссертация изложена на 234 страницах, содержит 78
рисунков, 13 таблиц, список литературы из 183 источников, 14 приложений.