Самообучающаяся технологическая система обеспечения заданных параметров качества поверхностного слоя
Полезная модель относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при обработке резанием деталей машин на металлорежущих станках с устройством числового программного управления (УЧПУ) класса PCNC.
Полезная модель направлена на повышение обеспечение заданных параметров качества поверхностного слоя (шероховатость, остаточные напряжения, поверхностная микротвердость, комплексный параметр Сх) деталей машин при обработке новых материалов, для которых отсутствуют справочные данные по условиям обработки за счет использования самообучающейся технологической системы.
Указанный технический результата достигается за счет самообучающейся технологической системы обеспечения заданных параметров качества поверхностного слоя деталей машин при механической обработке в состав которой введены УЧПУ класса PCNC, ПЭВМ, вычисляющая математическую модель, содержащая базу данных по условиям обучения и параметрам математических моделей и анализирующая ситуацию во время обработки, контроллер сопряжения, обеспечивающий связь между ПЭВМ и УЧПУ и передающий информацию от датчиков температуры и силы резания в ПЭВМ, лазерный датчик для определения параметра шероховатости Ra, система на основе информации полученной с датчиков температуры, силы резания и лазерного датчика во время механической обработки при обучении рассчитывает математическую модель, используемую для определения закона управления технологической системой при механической обработке, система осуществляет сравнение заданного значения качества поверхностного слоя со значением, полученным по математической модели на основании информации от датчиков и в случае отклонения, используя закон управления, корректирует режим обработки, что обеспечивает возможность получения заданного качества поверхностного слоя.
Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при обработке резанием деталей машин на металлорежущих станках с устройством числового программного управления (УЧПУ) класса PCNC.
Известно устройство [1] автоматического управления процессом механической обработки обеспечивающее оптимизацию металлообработки на станках с УЧПУ только фрезерной группы. В режиме самообучения данное устройство определяет значения момента резания, которые используются в дальнейшем при работе устройства и могут быть скорректированы, в результате чего достигается высокоточная стабилизация момента резания. Дополнительно устройство осуществляет операцию адаптивного регулирования скорости вращения фрезы для достижения необходимого заданного срока Т 0 службы инструмента. Недостатком данного устройства является узкоспециализированность и невозможность обеспечивать заданные параметры качества обработанной поверхности (шероховатость, остаточные напряжения, поверхностная микротвердость, комплексный параметр Сх) во время обработки. Одна из основных задач процесса механической обработки - обеспечение заданных параметров качества обработанной поверхности.
Целью изобретения является обеспечение заданных параметров качества поверхностного слоя (шероховатость, остаточные напряжения, поверхностная микротвердость, комплексный параметр Сх) деталей машин при обработке новых материалов, для которых отсутствуют справочные данные по условиям обработки за счет использования самообучающейся технологической системы.
Самообучающаяся технологическая система обеспечения заданных параметров качества поверхностного слоя деталей машин при механической обработке отличающаяся тем, что в состав системы введены УЧПУ класса PCNC, ПЭВМ, вычисляющая математическую модель, содержащая базу данных по условиям обучения и параметрам математических моделей и анализирующая ситуацию во время обработки, контроллер сопряжения, обеспечивающий связь между ПЭВМ и УЧПУ и передающий информацию от датчиков температуры и силы резания в ПЭВМ, лазерный датчик для определения параметра шероховатости Ra, система на основе информации полученной с датчиков температуры, силы резания и лазерного датчика во время механической обработки при обучении рассчитывает математическую модель, используемую для определения закона управления технологической системой при механической обработке, система осуществляет сравнение заданного значения качества поверхностного слоя со значением, полученным по математической модели на основании информации от датчиков и в случае отклонения, используя закон управления, корректирует режим обработки, что обеспечивает возможность получения заданного качества поверхностного слоя.
Структурная схема самообучающейся технологической системы представлена на рис.1.
В состав системы входят следующие основные элементы: токарный станок 7 с УЧПУ 3 класса PCNC, которое обеспечивает управление технологической системой за счет изменения подачи, скорости резания и глубины резания. Измерительная часть системы состоит из трех датчиков. Датчик 4, измеряющий тангенциальную составляющую силы резания Pz, устанавливается под резцом. Датчик 5, измеряющий текущую температуру в зоне резания, представляет собой естественную термопару, которая состоит из обрабатываемой детали и режущей части резца. Сигнал термоЭДС снимается с режущей части резца и заднего центра станка. Датчик 6, измеряющий параметр шероховатости Ra, представляет собой триангуляционный лазерный датчик и располагается с противоположной стороны от зоны обработки. Контроллер сопряжения 2 обеспечивает ввод информации от датчиков 4 и 5 в ПЭВМ 1 по последовательному интерфейсу RS232. Передача управляющих сигналов от ПЭВМ 1 в УЧПУ 3 также происходит через контроллер сопряжения 2, который подключается к УЧПУ через модули дискретных входов и выходов.
Работает система следующим образом. Перед началом обработки партии детали в ПЭВМ 1 вводятся данные: материал обрабатываемой заготовки, его твердость, материал режущей части инструмента, геометрия режущей части инструмента, обеспечиваемые параметры качества поверхностного слоя и допуск на обеспечиваемые параметры. На основе этой информации происходит запрос к базе данных системы о наличии для введенных данных соответствующей математической модели.
При отсутствии математической модели в базе данных система предлагает оператору перейти в режим «Обучение». Задачей режима «Обучение» является постановка эксперимента и получение математической модели связывающей параметры качества поверхностного слоя (параметр шероховатости Ra, остаточные напряжения, поверхностную микротвердость, комплексный параметр Сх) с условиями механической обработки. Для этого на станке обрабатывается пробная деталь - образец. Причем материал режущей части инструмента, геометрия режущей части инструмента, материал образца и его твердость должны быть такие же, как и при обработке последующей партии деталей. Образец разбивается на участки, затем каждый из них автоматически обрабатывается с заданными режимами резания. В процессе обработки системой автоматически контролируются параметры качества обработанной поверхности на основе информации поступающей от датчиков 4, 5, 6.
Данные о входных и выходных параметрах процесса резания и параметрах качества обработанной поверхности заносятся автоматически в ЭВМ, осуществляется их статистическая обработка, и получается стохастическая математическая модель, например вида:
где П - управляемый выходной параметр процесса механической обработки;
S, V, t - входные управляющие факторы процесса механической обработки, глубина резания, подача и скорость резания соответственно; С0, х, у, z - коэффициенты модели.
Полученная математическая модель и ее данные, т.е. условия обработки, при которых она была получена, и коэффициенты модели, запоминаются в базе знаний и используются в дальнейшем для определения закона управления технологической системой.
При изменении материала режущей части инструмента, геометрии режущей части инструмента, материала образца и его твердости необходимо заново обучить систему, при условии, что для изменившихся данных нет математической модели.
При наличии математической модели в базе данных система автоматически переходит в режим «Работа». В режиме «Работа» система осуществляет обеспечение заданных параметров качества поверхностного слоя с функцией адаптивного управления технологической системой по заданному параметру качества обработанной поверхности на основе закона управления полученного из математической модели (1) и на основе информации поступающей от датчиков 4, 5, 6. В результате после обработки получается поверхностный слой с заданными параметрами качества.
Список литературы:
1. Патент на изобретение RU 
2108900 кл. В23Q 15/12, 1998.
Самообучающаяся технологическая система обеспечения заданных параметров качества поверхностного слоя деталей машин при механической обработке, отличающаяся тем, что в состав системы введены УЧПУ класса PCNC, ПЭВМ, вычисляющая математическую модель, содержащая базу данных по условиям обучения и параметрам математических моделей и анализирующая ситуацию во время обработки, контроллер сопряжения, обеспечивающий связь между ПЭВМ и УЧПУ и передающий информацию от датчиков температуры и силы резания в ПЭВМ, лазерный датчик для определения параметра шероховатости Ra, система на основе информации полученной с датчиков температуры, силы резания и лазерного датчика во время механической обработки при обучении рассчитывает математическую модель, используемую для определения закона управления технологической системой при механической обработке, система осуществляет сравнение заданного значения качества поверхностного слоя со значением, полученным по математической модели на основании информации от датчиков и в случае отклонения, используя закон управления, корректирует режим обработки, что обеспечивает возможность получения заданного качества поверхностного слоя.
