ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Системы адаптивного программного управления и диагностики станков из "Адаптивные робототехнические комплексы " Системы адаптивного программного управления (АПУ) станками сложнее обычных систем ЧПУ, поэтому для их программноаппаратной реализации обычно используются DN -системы на базе мини-ЭВМ с развитым программируемым интерфейсом. В ряде случаев оказывается возможным реализовать адаптивное управление и на базе мультимикропроцессорных систем ЧПУ типа N посредством введения соответствующих элементов адаптации. Расширение функциональных и адаптационных возможностей систем ЧПУ достигается посредством их простого усовершенствования за счет наращивания программного обеспечения или подключения дополнительных микропроцессоров, реализующих алгоритмы адаптации и искусственного интеллекта. При этом станок может работать в основном в обычном режиме ЧПУ, а переход к АПУ производится автоматически в тот момент, когда в этом возникает необходимость. [c.119] Основными требованиями, предъявляемыми к микроЭВМ и микропроцессорам систем АПУ, являются высокое быстродействие (порядка нескольких миллионов операций в секунду), достаточная длина слова (чаще всего это 8- или 6-разрядные слова), развитая система команд, большой объем памяти и разнообразный интерфейс. [c.120] ОЗУ служит для временного хранения информации, необходимой для формирования управляющих сигналов. В современных микропроцессорных системах ЧПУ ОЗУ часто используется для записи и считывания управляющей программы и различных видов коррекции ее параметров (скорости главного привода, рабочих подач, длины инструмента и т. п.). При отключении электропитания содержимое ОЗУ стирается. [c.120] ПЗУ используется для хранения сервисных и функциональных программных модулей (технологические циклы обработки, алгоритмы управления), а также для хранения постоянных данных (параметры станка, ограничения и т. п.). [c.120] ППЗУ служит для хранения быстроменяющейся информации и дополнительных программных модулей (например, модулей адаптации). [c.120] Таким образом, мультимикропроцессорные системы АПУ обеспечивают возможность программно-аппаратной реализации весьма сложных и совершенных алгоритмов управления станками, включая и алгоритмы адаптации. Программные модули, реализующие эти алгоритмы, целесообразно хранить в энергонезависимом ПЗУ. [c.121] Важную роль при организации АПУ играют диалоговые средства общения оператора с N -системой, обеспечивающие возможность редактирования управляющих программ, введения коррекций, изменения параметров и формирования типовых технологических циклов обработки. По мере отладки управляющих программ их вводят в ОЗУ или ПЗУ. [c.121] Автоматизация программирования станков является одним из первоочередных направлений развития систем АПУ. Другим важным направлением, связанным с увеличением надежности станков, является создание и совершенствование средств диагностики неисправностей. Для улучшения качества обработки в N -системах нужно шире использовать такие средства адаптации, как коррекцию программ в зависимости от износа инструмента, компенсацию усилий на шпинделе, самонастройку управляющих воздействий и т. п. [c.121] Технические и функциональные параметры современных микропроцессорных систем ЧПУ типа N , используемых также в качестве систем АПУ (при введении в них соответствующих элементов адаптации) для фрезерных станков и обрабатывающих центров, приведены в табл. 4.1. [c.121] Резюмируя вышеизложенное, можно утверждать, что мини-ЭВМ открыли новый этап в построении систем АПУ и диагностики станков. Они позволяют существенно расширить функциональные возможности DN -систем (за счет соответствующего наращивания программного обеспечения) при одновременном сокращении и упрощении их аппаратной части. Благодаря гибкости и адаптивности эти системы обеспечивают возможность быстрого перехода с одной программы обработки на другую или с одного станка на другой. Автоматическая диагностика неисправностей в сочетании с упрощением аппаратной части приводит к сокращению простоев и увеличению надежности станков с АПУ от мини-ЭВМ. Все это говорит о целесообразности применения таких станков в составе адаптивных РТК. [c.121] Существенным недостатком станков с ЧПУ, который особенно ярко проявляется в условиях ГАП, является то, что они зачастую не гарантируют выполнения наперед заданных жестких требований по точности и качеству обработки деталей, а также по производительности станка и себестоимости продукции. Надо отметить, что в последние годы удалось значительно повысить жесткость конструкции станков и качество режущего инструмента. Так, в современных станках жесткость рабочих органов допускает ускорения порядка 0,5g, а скорости ходов возросли до 15 м/мин. Однако этого в ряде случаев недостаточно, так как точность позиционирования сегодня колеблется в пределах 0,005—0,001 мм (в зависимости от класса обрабатываемых деталей), а время торможения от максимальной скорости (около 15 м/мин) до остановки составляет 0,1 с. [c.122] Принципиальное отличие станочных систем АПУ от обычных систем ЧПУ заключается в том, что процесс управления в них находится в прямой зависимости от протекания процесса обработки. Новым качеством таких систем управления является самонастройка параметров законов управления приводами подачи и главного движения. [c.123] В системах АПУ более высокие показатели по точности и производительности достигаются благодаря использованию информации отдатчиков резания и самонастройки структуры и параметров системы управления. [c.123] Системы АПУ принято делить на два класса в зависимости от характера используемого критерия качества. Если критерием качества является достижение экстремума соответствующего функционала, то системы АПУ относятся к оптимальным (или экстремальным). Однако решение задачи оптимального адаптивного управления станком в ряде случаев (например, при использовании к качестве функционала качества приведенных затрат) наталкивается на значительные трудности. Поэтому на практике задача решается лишь в простейших случаях с использованием эвристических приемов и эмпирических формул. Так, при расчете режимов обработки и систем АПУ, оптимальных по времени стойкости инструмента, часто используют упрощенную математическую модель механической обработки, аппроксимирующую эмпирические зависимости. Но даже в этом случае алгоритмы оптимального АПУ станком могут оказаться слишком сложными. Их реализация сопряжена с большими техническими сложностями, связанными с организацией необходимых измерений непосредственно в зоне резания и фильтрацией помех. Кроме того, время поиска экстремума может оказаться соизмеримым с временем обработки. [c.123] Структурно-функциональная схема системы АПУ предельного типа представлена на рис. 4.2. Она, как и система ЧПУ, включает программатор — модуль автоматического построения и коррекции программы обработки и регулятор — модуль формирования управляющих воздействий на приводы станка, охваченный внутренними локальными обратными связями (обычно по величине подач и скорости шпинделя). Кроме того, в систему АПУ входят эсти-матор — модуль оценки качества переходных процессов и точности обработки и адаптатор — модуль самонастройки структуры и параметров регулятора (а в случае необходимости и программатора), получающие необходимую для адаптации информацию от датчиков. Эти датчики формируют сигналы обратных связей не только о величине подачи и скорости шпинделя (как это принято в обычных системах ЧПУ), но и о силе резания, размерных отклонениях детали, смещении или износе инструмента и т. д. [c.124] Проведем сравнительный анализ работы станка при ЧПУ и АПУ. В системе ЧПУ программатор формирует программу обработки в зависимости от геометрии обрабатываемой детали и с учетом конструкционных ограничений. Эта программа представляет собой закон изменения подачи инструмента и скорости шпинделя станка. Регулятор, сравнивая программные значения подачи и скорости шпинделя с их фактическими значениями, получаемыми от датчиков, стабилизирует заданные программой обработки положение инструмента и скорость резания. Однако качество переходных процессов (прежде всего по быстродействию и точности) может оказаться неудовлетворительным. Это приводит к снижению производительности станка и качества обрабатываемых на нем деталей. [c.124] Поясним смысл и характер адаптации в системе управления станком на примере простейшей системы АПУ, разработанной фирмой Боинг (Boing, США) [24]. Эта система разработана для адаптивного управления фрезерованием. В ней наряду с обычными обратными связями по величине подачи и скорости резания используется обратная связь по силе резания. Последняя формируется тензодатчиками, установленными непосредственно на шпинделе станка. [c.125] Пересчитывая сигналы с тензодатчиков, пропорциональные силе резания, адаптатор формирует корректирующий сигнал для регулятора в виде интеграла отклонения текуш,его значения силы резания от ее программного значения. Этот сигнал суммируется в регуляторе с программной величиной подачи, формируемой программатором, и подается для отработки на приводы подачи. Качество управления контролируется эстиматором. При подготовке к работе описанного станка с АПУ оператор устанавливает нужную перфоленту, содержащую информацию о программных значениях подачи, скорости шпинделя и силы резания, а также необходимый инструмент. [c.125] Элементы адаптации применялись в отечественных станках задолго до появления систем ЧПУ [1 ]. Примером могут служить первые системы регулирования скорости резания в зависимости от температуры резца и системы поднастройки упругих деформаций станка, разработанные в 30-х—40-х годах [1. Однако практическое использование методов и средств адаптивного управления в отечественном станкостроении началось лишь недавно [3]. При этом медленные темпы и малые масштабы перехода от обычных систем ЧПУ к принципиально новым и более эффективным системам АПУ не соответствуют имеющемуся заделу по теории адаптивных систем и современным вычислительным средствам для их аппаратно-программной реализации. [c.125] Особый интерес представляет построение систем АПУ типа N и DN на базе микро- и мини-ЭВМ. Благодаря гибкости программного обеспечения таких систем АПУ они могут быстро самонастраиваться на конкретную систему станок — инструмент — деталь в изменяющихся производственных условиях, обеспечивая высокую производительность при заданной точности обработки. [c.125] Вернуться к основной статье