Самоприспособляющиеся (адаптивные) системы управления

Разработка и применение самоприспособляющихся систем управления (СПСУ) явилась следующим логическим шагом в автоматизации процессов обработки после разработки систем ЧПУ, на базе которых они в основном строятся.

В СПСУ обеспечивается три потока информации, два – как в САУ замкнутого типа и третий – через логические устройства или адаптивные блоки (рис. 4.14,а).

В системах осуществляется сбор и переработка информации о возмущениях, возникающих в процессе обработки на станках, что используется для оптимизации этого процесса.

Основные источники возмущений (f – на рис. 4.14,а) при обработке на станках следующие: износ режущего инструмента, изменение сил резания и сил трения, неоднородность припуска обрабатываемой детали, нестабильность температуры, автоколебания, непостоянство упругих перемещений несущей системы станка.

В простейшем виде адаптивное управление осуществляется системами автоматического регулирования по небольшому числу параметров, часто – даже по одному важнейшему параметру. В таких системах – самоприспособляющихся системах предельного управления – ставится цель ограничить допустимой величиной (Н – на рис. 14, а) значение какой-либо погрешности или значение силового фактора.

Например, в одной из систем адаптивного управления процессом продольного точения на токарном станке (рис. 4.14,б) регулируемой величиной является подача S. В адаптивный блок вводятся: предельно допустимые мощности N_max и подачи S_max, и регулирование производится на основе сравнения фактически потребляемой станком мощности N_факт с N_max. Здесь обеспечивается использование полной мощности станка.

 

В более сложных системах производится регулирование скорости резания и подачи.

В самоприспособляющихся системах оптимального управления производится логическая переработка информации о возмущениях в процессе обработки и на этой основе – изменение режимов резания (v, S) по выбранным заранее критериям оптимизации (Н – см. рис. 4.14,а) с учётом ограничений, в пределах которых использование критериев имеет смысл. Выбранный критерий может быть экономическим (минимум приведённых затрат, минимум технологической себестоимости, максимальное использование оборудования во времени и т.д.), точностным, либо характеризующим степень совершенства работы механизмов станка.

 

Станки токарной группы

 

Детали, представляющие собой тела вращения, в технологических машинах составляют порядка 40 %. В этой связи станки токарной группы, основное назначение которых – обработка различных поверхностей на телах вращения (рис. 5.2), являются самыми многочисленными.

В условиях единичного (индивидуального) и мелкосерийного производства широко используются универсальные токарные неавтоматизированные станки и полуавтоматы с ЧПУ. В условиях массового и серийного производства используются универсальные токарные автоматы и полуавтоматы с различными системами управления (кулачковыми, копировальными механическими, следящими и др.)[††] и специализированные станки.

Универсальные станки предназначены для обтачивания наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей; растачивания внутренних цилиндрических и конических поверхностей; подрезания торцев; сверления, зенкерования и развертывания отверстий. На некоторых типах станков возможно нарезание резьб резцами, метчиками и плашками.

К специализированным относят станки, предназначенные для обработки валков прокатных станов (вальцетокарные); колёс и осей вагонов (колёсотокарные, осетокарные); коленчатых и распределительных валов автомобилей; затылков у зубьев дисковых и червячных фрез и иных режущих инструментов (токарно-затыловочные); других деталей.

Токарно-винторезные станки

5.1.1 Токарно-винторезные станки являются наиболее универсальными станками токарной группы. На них возможно выполнение всех работ, указанных выше для универсальных станков; нарезание резцом различных цилиндрических резьб (различного профиля; задаваемых в метрической или дюймовой системах; наружных и внутренних; правых и левых; одно- и многозаходных), а также спиралей (торцевых резьб); нарезание резьб метчиками и плашками. Некоторые токарно-винторезные станки оснащаются копировальными устройствами, которые позволяют обрабатывать сложные контуры без специальных фасонных резцов и комбинированного расточного инструмента.

Токарно-винторезные станки имеют практически одинаковую компоновку. На левой и правой тумбах М и Н (рис. 5.1; 3.11; 5.4) смонтирована станина А. Слева на станине неподвижно закреплены передняя бабка Б, в которой находится коробка скоростей и шпиндель, и коробка подач Л. На горизонтальных направляющих станины справа располагается задняя бабка В. Между бабками на направляющих станины находится суппорт, который состоит из каретки Г с фартуком, поперечных салазок Д, поворотной части Е, верхних (резцовых) салазок К, четырехпозиционного резцедержателя И.

Резцы устанавливаются в резцедержателе суппорта. Свёрла, зенкеры, развёртки, метчики, плашки устанавливаются в пиноли (выдвижной втулке) задней бабки с помощью патронов, втулок, державок.

На станках возможно получение деталей из штучных заготовок и пруткового материала. Обрабатываемые детали могут быть длинными (детали типа валов) и короткими (детали типа дисков). Для закрепления коротких заготовок используются патроны и планшайбы, устанавливаемые на переднем конце шпинделя. Если для получения деталей используется прутковый материал, то он пропускается через отверстие в шпинделе и закрепляется с помощью патрона или цангового механизма. Длинные детали (валы) устанавливаются в центрах, один из которых размещается в передней конической части отверстия шпинделя, а второй – в отверстии пиноли задней бабки. Для крепления заготовок с зажимаемыми поверхностями цилиндрической формы применяются самоцентрирующие трёхкулачковые патроны (рис. 5.3,а). Громоздкие несимметричные заготовки крепят в несамоцентрирующих четырёхкулачковых патронах (рис. 5.3,б), называемых универсальными планшайбами. Заготовки сложной формы, например, рычаги, корпусные детали, закрепляются на планшайбах без кулачков с помощью прихватов, подкладок и болтов (рис. 5.3,в). Заготовкам, установленным в центрах, вращение передаётся с помощью поводковых устройств, простейшим из которых является токарный хомутик (рис. 5.3,г), закрепляемый на заготовке. отогнутая часть хомутика вводится в радиальную прорезь

планшайбы, закрепляемой на шпинделе. Заготовкам, установленным в центрах, вращение может передаваться самозажимными поводковыми патронами (рис. 5.3,д).

Нежёсткие заготовки для уменьшения деформаций поддерживаются с помощью люнетов (рис. 5.3,е). Центры, устанавливаемые в пиноли, могут иметь различные конструкции – некоторые из них показаны на рис. 5.3,ж,з,и.   5.1.2 Основные параметры станков: - наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над станиной D; - расстояние между центрами L; - наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над суппортом. Выпускаются станки с D до 160-1250 мм и L до 12500 мм.   5.1.3 Типичным представителями токарно-винторезных станков являются станки моделей 1К62 (см. рис. 3.11 и п/п. 3.4.3, 3.9.8) и 16К20 (см. рис. 5.4).   Уравнения кинематического баланса цепей станка модели 16К20 следующие.   1) Цепь главного движения:

2) Цепь продольной подачи суппорта:

3) Цепь подачи поперечных салазок суппорта:

4) Цепь подачи верхних салазок суппорта:

5) Цепи винторезных подач суппорта:

- метрические резьбы:

- модульные резьбы:

- дюймовые резьбы:

- питчевые резьбы:

- нестандартные и точные резьбы:

6) Цепи быстрых перемещений суппорта:

 

Токарные станки

Токарные станки предназначены для выполнения всех видов токарных работ кроме нарезания резьб. Токарные станки малых размеров (D до 130 мм) имеют настольное исполнение и, как правило, повышенную или высокую точность. Средние токарные станки обычно предназначаются для обработки деталей ограниченной номенклатуры в условиях серийного производства, т.е. являются продукционными.

Достаточно распространенными являются тяжелые токарные станки, предназначенные для обработки деталей диаметром до 6300 мм и длиной до 20000 мм. Они имеют, как правило, несколько суппортов. Деталь устанавливается в патронах передней и задней бабок и поддерживается несколькими люнетами.