Разработка и исследование систем адаптивного управления электроприводами тяжелого фрезерного станка с ограничением уровня автоколебаний системы СПИД

• Автор: Коробко, Александр Васильевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 341 c. : ил

ВВЕДЕНИЕ
1. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ, АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПО АДАПТИВНОМУ УПРАВЛЕНИЮ СТАНКАМИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАБОТЫ
1.1. Особенности ТФС и обработки на них
1.2. Основные факторы, влияющие на виброуетойчивость станка
1.3. Анализ состояния разработки и применения существующих АСАУ станками
1.4. Цели и методы исследования
1.5. Постановка задач настоящей работы
1.6. Научные положения и рекомендации, разрабатываемые
в диссертационной работе
2. СТАТИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА МЕТАЛЛООБРАБОТКИ НА ТФС И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ
2.1. Критерий оптимизации процесса резания на ТФС
2.2. Ограничения на режим резания
2.3. Оптимизация режима резания с учётом ограничений
2.4. Разработка алгоритмов управления ЭП ТФС
2.5. Разработка методики расчета эффективности АСАУ.... 76 Выводы по главе
3. ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЗВЕНЬЕВ АСАУ
3.1. Состояние вопроса
3.2. Математическая модель привода подачи ТФС
3.3. Математическая модель главного привода ТФС
3.4.Математическая модель эквивалентной упругой системы
3.5. Математическая модель процесса фрезерования как объекта регулирования усилия резания
3.6. Математическая модель процесса фрезерования как объекта параметрического регулирования уровня
автоколебаний

3.7. Анализ полной структурной схемы АСАУ и характерных
возмущающих воздействий
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
4. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕЗАНИЯ
4.1. Постановка задачи
4.2. Требования к АСАУ
4.3. Синтез контура стабилизации тока
4.4. Синтез контура стабилизации подачи на зуб
4.5. Синтез контуров гашения автоколебаний
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4
5. РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АСАУ
5.1. Реализация АСАУ
5.2. Исследование АСАУ на специальной моделирующей установке
5.3. Исследование АСАУ на ТФС
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЗАДАЧИ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Классификация АСАУ станками
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Обзор критериев оптимизации процессов
металлобработки
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Измерительные устройства АСАУ
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Характерные условия эксплуатации. ТФС
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Анализ основных ограничений на режим
резания на ТФС
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Номограммы для определения коэффициентов
связи ПР с УС
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Отработка контуром стабилизации тока ГП ТФС
периодических возмущений
ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Функциональные и принципиальные схемы АСАУ
ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Стенд для моделирования и автономной настройки (без резания) АСАУ в производственных
условиях
ПРИЛОЖЕНИЕ 10.Расчёт АСАУ для станка мод. 65А60ФІ
ПРИЛОЖЕНИЕ II.Акты внедрения

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ТФС (УПС, ПФС, ВФС) - тяжелые (уникальные продольно-обрабатывающие, продольные, вертикальные) фрезерные станки.
зп - электропривод.
гп - главный привод
пп - привод подачи
МП, мгп - механизмы подачи и главного привода
ПР - процесс резания
ЭУС - эквивалентная упругая система
V - скорость резания
п - число оборотов шпинделя в минуту
й - частота вращения шпинделя в рад/с
Б - скорость подачи
- подача на зуб, на оборот, на радиан
’ -Ру ’ ї’а — тангенсальное усилие резания и составляющие усилия резания по осям станка X, У,
М,Мс - момент двигателя и нагрузки
М, ме - мощность ГП и резания
ц - ток якоря главного двигателя
А, А — мгновенное и максимальное значение амплитуды автоколебаний
Д, ДД - диаметр фрезы и её эксцентриситет
2,2' — число зубьев фрезы и число одновременно работающих зубьев
- запаздывание зубцового шага
м - глубина и ширина фрезерования
- припуск обработки
И5и иу,1)п,иа - управляющие воздействия на ПП и на ГП
М [ X 3 или ГПх, - математическое ожидание, среднеквадратибх, Лх ческое отклонение и коэффициент вариаций случайной величины X

Т^8Н
> + ЪО+к*)
^УП + |
(2.11)
Проанализируем уравнение стойкости инструмента Т, связывающее целевую функцию минимальной себестоимости с параметрами режима резания. Разными авторами было предложено большое число эмпирических зависимостей [17, 19, 49 , 67, 76, 90, 107] . Наибольшее распространение получили формулы Темчина и Тейлора [49] . Формула Темчина более точна для низких скоростей резания, однако не имеет расширенного выражения связи с подачей и параметрами припуска обработки. Расширенное уравнение Тейлора для фрезерования имеет вид [100] :
Т = Кт Д $а*т V'*7. (2.12)
В результате исследований, проведённых в ГСКБ ФС, были получены значения коэффициента Кт и показателей степени в (2.12) для обработки стали 35 твердосплавной торцевой фрезой [100] :
Кт = 7,64 • Юб{ №г= 0,51; Хт = 1,02; Ут = 2,56; ит=0,25.
С учётом равенств $8= Э/пг и V3 згДп/юОО (2.12) преобразуется к виду (2.13):
Т = Кт(Ш/зГ)*г2ХуДЖт'*Хт6“ШгН'*,,т5"ХтУ*г“*|г . (2.13)
Тогда выражение (2.11) можно записать так:
у к,У + (2.и)
где Кт = кт (1000/гг )*т .
На рис. 2.1 - 2.3 приведены линии постоянного уровня и градиенты целевой функции (2.14) при обработке стали 35 твердосплавными торцевыми фрезами наиболее часто применяемых диаметров для станков - представителей своих групп: мод. 6650Ф2, 6625У,65А60Ф1. На рис. 2.4 построены сравнительные характеристики для этих станков. Анализ (2.14) и рис.2.1 - 2.4 позволяет сделать следующие