способ автоматического управления процессом обработки
Классы МПК: | B23Q15/12 адаптивное управление, те самоподстройка для достижения результата, оптимально соответствующего заданному критерию |
Автор(ы): | Закураев В.В., Солонин С.И., Шивырев А.А. |
Патентообладатель(и): | Отделение N 2 Московского государственного инженерно- физического института (технического университета) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-03-07 публикация патента:
20.09.1997 |
Использование: изобретение относится к области механической обработки и может быть использовано при автоматическом контроле и управлении процессом резания. Сущность изобретения: измеряют мощность, затрачиваемую на резание (W) и среднюю температуру в зоне резания (T). Затем определяют мощность, затрачиваемую на деформацию сдвига материала в процессе стружкообразования (Wф) и температуру в условной плоскости сдвига (Tф). По полученным данным рассчитывают термодинамический критерий, характеризующий собой отношение мощности резания к температуре резания и аналогичный критерий для условной плоскости сдвига - частное отношение мощности сдвига к температуре в зоне сдвига. Находят отношение термодинамического критерия, вычисленного по суммарной мощности резания к термодинамическому критерию, вычисленному по мощности сдвига, т.е. ![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337t.gif)
Полученное значение
сравнивают с заданной его величиной. В случае отклонения корректируется режим обработки путем поочередного или одновременного изменения скорости резания и подачи. 3 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337t.gif)
Полученное значение
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090027/951.gif)
Формула изобретения
Способ автоматического управления процессом обработки резанием по измеренным значениям скорости резания, подачи, силы и температуры резания в зоне обработки, отличающийся тем, что предварительно выбирают термодинамический критерий, характеризующий отношение суммарной мощности резания к средней температуре резания, затем определяют значение частного отношения мощности деформации сдвига обрабатываемого материала к температуре в зоне сдвига, находят отношение термодинамического критерия, вычисленного по суммарной мощности резания, к термодинамическому критерию, вычисленному по мощности сдвига, полученное значение сравнивают с заданной его величиной и по его отклонению корректируют режим обработки.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области механической обработки материалов; целесообразно использовать для оптимизации режимов резания, контроля и управления процессом стружкообразования при резании металлов. Известен способ определения оптимальной скорости резания через косвенной параметр, в качестве которого выбирают отношение между мощностью теплового потока, поглощаемого обрабатываемым материалом, и мощностью теплового потока, поглощаемого другими элементами технологической системы, измеряют его величину на разных режимах обработки и определяют оптимальную скорость резания, как скорость, соответствующую экстремальному значению величины косвенного параметра. Реализация предложенного способа для целей автоматического управления технически затруднена из-за большей трудоемкости определения теплового потока, поглощаемого заготовкой или стружкой. (Используют либо калориметр, либо рассчитывают по тепловым деформациям заготовки) [1]Учитывая широкую номенклатуру обрабатываемых материалов, многообразие геометрических форм и размеров заготовок, эта трудоемкость становится значительной. Известен также способ автоматического управления процессом обработки, заключающийся в изменении режима обработки и нахождения оптимального режима по измеренным значениям нагрузки и температуры в зоне обработки. Полученные значения нагрузки и температуры преобразуют в энергетический критерий, характеризующий энергоемкость процесса обработки, сравнивают его с заданным и по отклонению корректируют режим обработки [2] Недостаток данного способа заключается в том, что для каждого вида обрабатываемого материала необходимо установить свое значение энергетического критерия (удельную энергоемкость процесса). Общий недостаток известных способов идентифицируется лишь отдельные стороны сложного процесса, каковым является процесс стружкообразования. В первом способе выделяется теплофизическая сторона, во втором энергетическая (силовая). Процесс резания это совокупность тепловых и механических явлений (деформация, трение, теплопередача и пр.). Цель изобретения обеспечение оптимального режима резания и расширение возможности контроля режимов в процессе механической обработки. В соответствии с предлагаемым способом измеряется мощность резания (либо главная составляющая силы и скорость резания) и средняя температура в зоне резания, затем определяется мощность деформации и температура в условной плоскости сдвига (зоне первичной деформации материала). По полученным данным рассчитывается термодинамический критерий, характеризующий собой отношение суммарной мощности резания к средней температуре резания и аналогичный критерий для условной плоскости сдвига частное отношение мощности сдвига к температуре в зоне сдвига. Находят отношение термодинамического критерия, вычисленного по суммарной мощности резания к термодинамическому критерию, вычисленному по мощности сдвига, полученное значение (коэффициент) сравнивают с заданной его величиной. В случае отклонения корректируется режим обработки путем поочередного либо одновременного изменения скорости резания и величины подачи. Приведенный термодинамический критерий отношение мощности, затрачиваемой на резание (скорость диссипации механической энергии) к средней абсолютной температуре резания есть:
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-2t.gif)
где W мощность, затрачиваемая на резание, Вт;
Pz главная составляющая силы резания, Н;
V скорость резания, м/с;
T средняя абсолютная температура резания, К. По физическому смыслу приведенный критерий представляет скорость образования энтропии. Известно, что термодинамический критерий
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-3t.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-4t.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-5t.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-6t.gif)
где Pф сила, затрачиваемая на деформацию сдвига материала в условной плоскости сдвига, Н;
Vф скорость сдвига материала, м/с;
Tф температура в условной плоскости сдвига, К. Этот критерий
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-7t.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090027/951.gif)
В таблице и на фиг. 1 приведена зависимость отношения
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-8t.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-9t.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090027/951.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090010/177.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090173/947.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/176.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090023/945.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/176.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090005/981.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/176.gif)
n, мощности W и температуры резания T. В первом случае частота вращения шпинделя была постоянной. Величина мощности, затрачиваемой на сдвиг материала Wф и температура в условной плоскости сдвига Tф рассчитывались по следующим соотношениям:
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-10t.gif)
где Wф =
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090005/964.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090005/964.gif)
a1 толщина срезаемого слоя, м;
b1 ширина срезаемого слоя, м;
B показатель степени пластической деформации обрабатываемого материала:
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-11t.gif)
где m, n, p, k, q постоянные показатели;
Pe=Va1/a критерий Пекле;
a =
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/961.gif)
l коэффициент теплопроводности обрабатываемого материала, Вт/(мК);
(c
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/961.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090004/183.gif)
F =
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090023/946.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090018/949.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090273/955.gif)
где
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090273/955.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-12t.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090018/949.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090018/960.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090005/981.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090005/981.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090173/947.gif)
a главный задний угол. Абсолютная температура в условной плоскости сдвига:
Tф = 0,125
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090004/183.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090026/920.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/176.gif)
где
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090026/920.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-13t.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090027/951.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090027/951.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090027/951.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090337/2090337-14t.gif)
При рабочем процессе система управления автоматически поддерживает уровень
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090027/951.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090010/177.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090012/963.gif)
![способ автоматического управления процессом обработки, патент № 2090337](/images/patents/382/2090027/951.gif)
Класс B23Q15/12 адаптивное управление, те самоподстройка для достижения результата, оптимально соответствующего заданному критерию