Оборудованием и точность обработки

       Система управления (СУ) любого автоматизированного оборудования в том или ином объеме включает элементы информационно-измерительной системы (ИИС), которые в совокупности участвуют в создании обратных связей (ОС) для стабилизации или оптимизации процессов обработки.

Источником выходных параметров СУ может служить непосредственно размер обрабатываемой детали (регулируемый размерный параметр)или какой-либо иной, связанный с ним функциональной зависимостью: положение режущей кромки инструмента, положение исполнительных органов станка (бабок, ходовых винтов и т.д.)

С точки зрения обеспечения качества обработки (размер и форма детали, качество поверхности) эти ОС обладают различной способностью к компенсации технологических погрешностей.

Точность ОС зависит от протяженности звеньев различных цепей станка, в состав которых входит регулируемый размерный параметр, и от погрешности размеров этих звеньев.

Это и надо учитывать при установке датчика информации о ходе процесса обработки изделия на узлах оборудования.

 

Рис.1. Схема возможного расположения датчиков положения

1 - Обрабатываемая деталь; 2 – Резец; 3 - Исполнительное устройство;

4 - Двигатель подач; 5 - Датчик информации; I-IV – вид обратной связи

 

Если выходным параметром системы управления служит размер обрабатываемой детали, то задача компенсации технологических погрешностей решается наиболее полно. Это обеспечивается ОС-I, которая охватывает всю размерную цепь системы СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь). Устраняется влияние тепловых и силовых деформаций системы, износа режущего инструмента, кинематических погрешностей передачи, возмущающих воздействий заготовки. Погрешность определяется лишь погрешностью измерительной системы и смещением зоны контроля - запаздыванием выдачи информации по отношению к моменту ее получения.

В остальных видах ОС "степень замкнутости" уменьшается, размерная цепь, охваченная ОС, уменьшается, и увеличивается количество некомпенсированных влияющих факторов (возмущающих воздействий). Все остальные ОС являются ОС по положению.

ОС-II - не компенсируются деформации детали, центров, возмущающие воздействия заготовки.

ОС-III - не компенсируется всё по ОС-II и дополнительно величина износа инструмента, деформация исполнительных устройств.

ОС-IV - является наименее точной ОС, она контролирует  скорость вращения двигателя привода подач.

Вместе с тем следует отметить, что в настоящее время практически не получили распространения информационные устройства, использующие информацию о размере детали и ОС-I из-за сложности ее реализации ("затемненность" зоны резания). Размер детали обеспечивается косвенным образом, в основном по положению исполнительных органов (ОС-III), иногда рабочих органов (ОС-II), что естественно приводит к неполной компенсации технологических погрешностей и снижению точности обработки.

В станках с программным управлением чаще всего используют ОС-IV с датчиками положения, контролирующими угловые перемещения вала двигателя привода подачи (коррекции) [6]. В этом случае привод выступает как локальная система управления процессом обработки изделия.

 

 

Влияние звеньев цепей обратной связи на качество

Электропривода

 

       В общем случае в электропривод входит (рис.2) электродвигатель (М), питающийся от преобразователя (П) и приводящий в движение механизм металлорежущего станка, который включает в себя кинематическую связь (КС) и исполнительный орган (ИО) [7,8].

Эти элементы образуют силовую часть привода. Кроме того, электропривод как система управления замкнутого типа, включает в себя и управляющую часть, состоящую из регулятора (Р), сравнивающего устройства (СУ), реализующего в большинстве случаев отрицательную ОС, и измерительно-преобразовательной части, образующей систему обратной связи электропривода и включающей в себя датчики первичной информации (Д) и различного рода преобразующие устройства (П) (усилители, согласующие устройства, преобразователи, решающие устройства и тому подобное). При этом в замкнутой системе управления электроприводами имеют место два потока информации – сигнал управления, формирующий предписанные значения параметров технологического процесса, и сигнал обратной связи, формирующий информацию о действительном значении этих параметров посредством совокупности датчиков Д1 – Дn, первичная информация с которых является функцией пути (управление по положению), скорости (управление по скорости), тока (управление по нагрузке) и тому подобное. Совокупность этих двух потоков и формирует управляющее воздействие.

Следует также иметь в виду, что работа привода осуществляется при наличии возмущений, воздействующих на все его элементы и являющихся источником как его аддитивной, так и мультипликативной погрешности. При этом даже организация системы управления с регулированием по возмущению лишь теоретически позволяет создать полную инвариантную к возмущениям систему, практически же подобные системы нереализуемы.

Рис.2. Функциональная схема электропривода

 

Рассматривая электропривод, как замкнутую систему управления с результирующей передаточной функцией

W(p) =W_р(p)W_сч(p)/(1+W_р(p)W_сч(p)W_ипч(p)),

где W(p) – передаточная функция соответственно, Р – регулятора, СЧ - силовой части, ИПЧ – измерительно-преобразовательной части, и принимая во внимание, что в области реальных частот

½W_р(jw)½W_сч(jw)½W_ипч(jw)½>> 1,

можно заключить, что выходной параметр

X_вых(p) = W^-1_ипч(p)X_вх(p),

зависит только от обратной передаточной функции измерительно-преобразовательной части и сигнала управления.

При этом чувствительность

S(p) = dX_вых(p)/dX_вх(p) = W^-1_ипч(p)

зависит также только от обратной передаточной функции измерительно-преобразовательной части.

Погрешность отработки выходного параметра, возникающая под действием m возмущающих факторов, действующих на каждое i – ое звено привода   

                                                                           n

D_вых(p) = -X_вх(p)S W^-2_ипч(p)Dm(p)

                                                                        m =1

также определяется лишь измерительно-преобразовательной частью.

Мультипликативная погрешность 

DS(p) = W^-2_ипч(p) DW(p)(p)

также определяется только измерительно-преобразоательной частью.

Статический коэффициент привода равен

K = K_рK_сч/(1+K_рK_счK_ипч),

 

 

Поскольку   

K_рK_счK_ипч >> 1,                                                     

то и статическая точность определяется статической точностью измерительно-преобразовательной части привода

K» 1/K_ипч,

Частотная характеристика привода

W(jw) = W_р(jw)W_сч(jw)/(1+W_р(jw)W_сч(jw)W_ипч(jw))

С учетом принятых допущений амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) привода определяется выражением

W(jw)» 1/W_ипч(jw),

Как видно АЧХ привода определяется частотными характеристиками его измерительно-преобразовательной части.

Следует иметь в виду, что все это не означает, что прямой тракт передачи энергии не оказывает влияния на характеристики электропривода в целом, а лишь подчеркивает значение его измерительно-преобразовательной части.

Таким образом, измерительно-преобразовательная часть, обеспечивающая в контуре управления электроприводом металлорежущих станков обратную связь (метрологическую интерструктуру), является в значительной мере оределяющей в обеспечении качества его работы.

Требования к цепям обратной связи электроприводов являются, с учетом их важности, традиционно высокими.

 

Таким образом, цепи ОС, являясь неотъемлемой частью системы управления электроприводом и играя решающую роль в формировании его передаточной функции в целом, в значительной степени определяют его статические и динамические характеристики.