1.2.4. Системы числового программного управления

Числовым программным управлением (ЧПУ) металлорежущим станком (ГОСТ 20523-80) называют управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме.

Под системой ЧПУ понимают совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодей­ствующих технических и программных средств, обеспечивающих числовое программное управ­ление станком.

Основой системы ЧПУ является устройство ЧПУ (УЧПУ), выдающее управляющие воз­действия на исполнительные органы станка в соответствии с УП и информацией о состоя­нии управляемого станка. Для выполнения фун­кций управления в состав УЧПУ должны вхо­дить следующие взаимосвязанные и взаимодей­ствующие составные части: технические средст­ва и программное обеспечение (системное, технологическое и функциональное).

В системах ЧПУ вся информация УП подго­тавливается и передается рабочим органам станка только в цифровой (дискретной) форме. Траектория движения режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки пред­ставляется в виде ряда его последовательных положений, каждое из которых определяется числом. Системы ЧПУ подробней рассмотрены ниже.

1.2.5. Адаптивные системы управления

При обработке заготовок на станках с ЧПУ уровень оптимальности принятых режимов ре­зания зависит от того, насколько точно началь­ная информация характеризует действительные условия протекания обработки и насколько изменяются исходные параметры, принятые при расчете и составлении управляющей программы (припуск, твердость обрабатываемого материала, жесткость техно­логической системы и др.).

В действительности условия процесса обра­ботки изменяются во времени случайным обра­зом по следующим причинам:

а) непрерывно изменяются режущие свойства инструментов, которые невозможно точно опре­делить в данный момент времени;

б) неопределенны свойства всей технологической системы (упругие и температурные деформации, вибрации);

в) для каждой заготовки из обрабатываемой партии имеется разброс припусков, твердости, структуры металла и др.

Адаптивные (самоприспособляющиеся) сис­темы управления обеспечивают автоматичес­кое приспособление процесса обработки заго­товки к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям. Это приспособление осуществляется на основе информации, полу­чаемой системой управления непосредственно в процессе обработки заготовок.

Адаптивные системы управления делят на две группы – системы предельного и оптимального управления.

Адаптивные системы предельного управления обеспечивают постоянное значение заданных па­раметров процесса резания при действии раз­личных возмущений (рис. 1.7).

Наибольшее применение получили адаптив­ные системы предельного управления, в которых регулируемой величиной является только пода­ча S.

Предельные значения параметров, которые задаются данной системе при управлении обра­боткой, определяют на основе предваритель­ного исследования процесса обработки.

Рис. 1.7. Адаптивная система предельного управления

Адаптивные системы оптимального управле­ния (рис. 1.8) при обработке заготовок осу­ществляют автоматический поиск и автома­тически поддерживают такое сочетание скорос­ти резания V и подачи S, которое обеспечивает экстремальное значение целевой функции H об­работки (точность, производительность или се­бестоимость обработки) при наличии техничес­ких ограничений и действии возмущающих воздействий (колебаний припуска, твердости материала заготовки, режущих свойств инст­румента и др.). Техническими ограничениями являются максимальные и минимальные значе­ния параметров, допустимые на данном станке (Smax, Smin, n_{шп max}, n_{шп min}, максимально допустимая глубина резания, уровень вибрации и др.).

Рис. 1.8. Адаптивная система оптимального управления

Основой для построения адаптивных систем управления является математическая модель управляемого процесса обработки, аналитичес­ки задающая систему технических ограниче­ний области поиска оптимальных режимов ре­зания и выражающая зависимость критерия оптимальности от параметров процесса обра­ботки.

Измеряемыми параметрами, характеризую­щими процесс обработки, могут быть сила ре­зания, вибрации, температура в зоне реза­ния, крутящий момент на шпинделе, мощность приводного двигателя и др.

Наиболее информативным показателем про­цесса резания является изменение силы реза­ния, которое обусловлено совместным влиянием изменения припуска на обработку, колебания твердости обрабатываемого материала, затупле­ние режущего инструменту и др.