автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка принципов управления траекториями формообразующих движений на основе синергетической концепции

На правах рукописи

Мартиросов Капрел Бедросович

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИЯМИ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ДВИЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ СИНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КОНЦЕПЦИИ

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 2006

Работа выполнена в Донском Государственном Техническом Университете на кафедре «Автоматизация производственных

процессов».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Заковоротный Вилор Лаврентьевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Ту генгольд Андрей Кириллович

кандидат технических наук, доцент Чубукин

Анатолий Владимирович

Ведущая организация

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ)

Защита состоится 28 ноября 2006г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.058.02 в Донском государственном техническом университете по адресу: 344010, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ДГТУ, а 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ. Автореферат разослан » 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, --

доктор технических наук, . ^—т? Сидоренко

профессор Валентин Сергеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При построении программ ЧПУ сложилась парадигма, заключающаяся в том, что при программировании формообразующих движений исходят из геометрического образа детали. При этом не учитывается реальная динамическая структура станка и ее влияние на траектории формообразующих движений, так как при этом возникает необходимость анализа множества факторов, таких как изменяющаяся жесткость заготовки и суппортной группы, температура и явления, связанные с ней, износ режущего инструмента, поведение незатянутых соединений по всей цепочке от двигателя до вершины режущего инструмента и многое другое.

В предлагаемой работе развивается подход, основанный на изучении динамической структуры станка и раскрытии закономерностей преобразования траектории движения исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений вершины инструмента. Он состоит в проектировании некоторого многообразия формообразующих движений, при которых характеристики геометрического качества изделия удовлетворяют требуемым нормам, а сами многообразия строятся с учетом динамических свойств конкретной станочной системы. При решении задачи построения программы ЧПУ, в этом случае необходимо решить обратную задачу динамики, то есть на основе многообразия траекторий формообразующих движений определить соответствующее многообразие траекторий исполнительных элементов. Теоретическое- обоснование этого подхода и реализация его на математическом и программном уровнях определяют актуальность диссертационного исследования.

Целью исследования диссертации является повышение точности формообразования маложестких деталей и деталей сложной геометрической формы на основе управления формообразующими движениями инструмента относительно заготовки. Для достижения указанной цели в диссертации решены следующие задачи:

разработать математические алгоритмы для вычисления преобразования траектории движения исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений вершины инструмента относительно заготовки с учетом их упругих деформаций при изготовлении изделий сложной геометрической формы, имеющих сложный закон распределения матриц жесткости вдоль траекторий движения инструмента;

- выполнить цифровое моделирование разработанных математических алгоритмов и на его основе выяснить основные закономерности

преобразования траекторий исполнительных элементов в траектории формообразующих движений и определить условия управляемости траекториями формообразующих движений путем изменения траекторий исполнительных элементов, а также программы ЧПУ;

- разработать программно-аппаратный комплекс для идентификации основных параметров уравнения преобразования траекторий исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений вершины инструмента относительно заготовки;

- экспериментально доказать адекватность математических моделей и выполнить параметрическую идентификацию уравнений преобразования;

- разработать алгоритмы построения программ ЧПУ на основе решения обратной задачи динамики преобразования многообразия траекторий формообразующих движений, при котором обеспечиваются заданные показатели геометрического качества в траектории движения исполнительных элементов станка, и непосредственно в программу ЧПУ, с учетом ограничений, обусловленных динамическими свойствами приводов исполнительных движений;

проанализировать эффективность разработанных принципов построения программ ЧПУ при обработке конкретных деталей имеющих сложную геометрическую форму и при обработке маложесткой детали, матрица жесткости которой изменяется вдоль траектории движения инструмента относительно заготовки;

- выполнить производственные испытания разработанных алгоритмов в составе комплекса динамического мониторинга и управления в производственных условиях ОАО «Роствертол».

Научная новизна работы:

предложен и разработан принцип построения управляющих программ ЧПУ, основанный не на геометрическом образе обрабатываемого изделия, а на определяемых инвариантных многообразиях траекторий формообразующих движений, обеспечивающих заданные показатели геометрического качества изделия;

разработаны математические алгоритмы преобразования траектории исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений инструмента относительно заготовки на основе уравнений динамики и данных о технологических режимах, упругих характеристиках подсистемы инструмента и заготовки, а также физико-механических характеристик заготовки;

предложена аппроксимация преобразования траекторий исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений в виде дифференциального уравнения, параметры которого

зависят от физико-иеханических свойств инструмента, частоты вращения заготовки и матрицы жесткости;

экспериментальные исследования преобразования траекторий исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений в совокупности с цифровым моделированием на основе предложенных математических моделей позволили определить область управляемости геометрической точностью на основе изменения траекторий исполнительных элементов.

Практическая ценность работы заключается в создании доведенной до практической реализации новой парадигмы построения программ ЧПУ токарных станков, основанной на построении программ ЧПУ не по геометрическому образу детали, а по многообразию траекторий исполнительных элементов станка, обеспечивающих требуемые показатели геометрического качества детали. Ее применение особенно актуально при обработке деталей сложной геометрической формы, обладающих малой, изменяющейся по траектории движения инструмента матрицей жесткости. Эта парадигма принята на ряде предприятий станкостроительной промышленной ассоциации «Станкоинструмент». Апробация работы Основные положения работы обсуждались на научно-технических конференциях: «Динамика технологических систем» в Саратове в 2004г., «Современные проблемы машиноведения и высоких технологий» в Ростове-на-Дону в 2005г. и ряде других. Объем работы Содержание диссертационной работы изложено на 210 страницах и включает в себя 130 иллюстраций. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка используемой литературы и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность рассматриваемой темы и исследуемых в диссертации проблем, сформулирована цель диссертационной работы и решаемые в ней задачи, определена научная и практическая новизна рассматриваемого подхода. В первой главе выполнен обзор основных существующих методов обеспечения точности обработки деталей резанием и систем управления, используемых при этом. Отмечены значительные теоретические и практические достижения в этой области таких ученых как B.C. Балакшин, Б.М. Бржазовский, В.Г. Митрофанов, A.A. Маталин, Ю.М. Соломенцев, В.Л. Сосонкин, А.К. Тугенгольд, В.Э. Пуш, A.B. Пуш и целого ряда других. В этих работах предлагается процедура учета изменений динамических свойств системы и компенсации основных возмущений на основе адаптивных алгоритмов. Одновременно отмечается одна из тенденций совершенствования систем управления на основе

формирования инвариантных многообразий реальных технологических систем, учитывающих технологические инварианты их функционирования. Существенный вклад в становление этой тенденции внесла школа ТРТУ под руководством A.A. Колесникова, основанная на применении синергетической концепции в синтезе систем управления. Именно использование этой концепции положено в основу предлагаемого в настоящей работе нового подхода к созданию систем управления станками с ЧПУ. В этом подходе на основе раскрытия динамической структуры станка как сложного многосвязанного объекта предлагается методика построения инвариантных многообразий, обеспечивающих заданные показатели геометрического качества, и построении на их основе траектории формообразующих движений, а фактически, программы ЧПУ.

Во второй главе проводится разработка методики, применяемой для вычисления преобразования траектории движения суппорта в траектории вершины инструмента относительно заготовки с учетом упругих деформаций. Даны примеры ее использования при вычислении ряда частных случаев обработки (таких как, например, врезание инструмента в заготовку). В первом параграфе рассматривается преобразование траектории движения суппорта в траектории вершины инструмента относительно заготовки для случая продольного точения. Была введена система координат, показанная на рисунке 1. Рассмотрены особенности формирования сил резания с учетом упругих деформаций режущего инструмента. Приняты две гипотезы: силы резания, формируемые в зоне резания, пропорциональны площади срезаемого слоя р„ = Sp и

ориентация сил в пространстве неизменна.

Силы, формируемые на передней поверхности режущего инструмента, определяются в момент t величиной подачи и глубиной резания, и с учетом запаздывающего аргумента, определяемого величиной деформации вдоль оси х3 на предыдущем обороте, выражаются как

F0 = р\ J(v,(0-v/-(0)«ft МЪ-С J(v,(/)-v/-0))^

(1)

С другой стороны, в результате упругих деформаций, диссипативных сил в подвеске модели крепления инструмента, а также инерционных сил, сила приведенная к вершине инструмента будет определяться как:

¿2(х-х>д) ¿х>«

—4—-—-+ь-

Ж л

-ш V t2-+h+сХуд = Р(Х,Худ)' (2)

Х(хьО,х3)

Рис. 1. Система координат, показывающая преобразование траекторий суппорта в траектории вершины резца

где т - матрица инерционных коэффициентов инструмента, Ь - матрица диссипации, с - матрица жесткости инструмента.

Если считать, что система упругих деформаций инструмента обладает свойством асимптотической устойчивости в вариациях относительно точки равновесия, то можно поставить следующую систему, для определения медленных смещений инструмента относительно заготовки, которые можно интерпретировать как смещение точки равновесия

с¥уд=А^( Х,Х*>). (3)

Во втором параграфе производится построение математической модели преобразования скорости подачи в упругие деформации инструмента относительно заготовки для продольного точения. В этом случае система (3) примет вид:

I /-Т 1-Т 1-Т )

I /-Т Г-Т /-Т J

1-Т

/-Т

г-т

Рассматриваются два случая:

1. Заданная глубина резания / есть константа и отсутствуют упругие

деформации в направлениях х, и х2, тогда система (4)

трансформируется в скалярную. В результате цифрового моделирования при помощи программного пакета МаУаЬ было показано, что устойчивость процесса резания и длительность переходных процессов в случае продольного точения определяется такими параметрами как глубина резания /г, матрицей жесткости подвески инструмента с и

коэффициентом р. При этом зависимость от / и р является прямой,

а зависимость от с - обратной. Процесс резания является устойчивым лишь в некоторой области, ограниченной величинами данных параметров. Было обнаружено, что при определенных сочетаниях указанных параметров процесс резания становится неустойчивым, причем неустойчивость его, как правило, апериодическая. Механизм формирования неустойчивостей здесь обусловлен запаздывающими аргументами при формировании площади срезаемого слоя. По результатам исследования амплитудо- и фазо-частотных характеристик модели было выяснено, что АФЧХ данной системы имеет колебательный характер, следовательно, можно предложить аппроксимирующие функции в виде колебательных звеньев. Результаты изучения скалярного преобразования скорости в одну из координат упругой деформации показывают, что вариации скорости не безинерционно преобразуются в упругие деформации. На частотах, периодизированных с частотой вращения шпинделя, варьирование скорости подач не вызывает изменения упругих деформаций (АФЧХ на этих частотах обращается в 0). Кроме того, существуют частоты, на которых управление является предпочтительным.

2. Заданная глубина резания / есть константа. Жесткость инструмента в

направлениях х, и х2не есть величина большая. Таким образом,

несмотря на отсутствие движения суппорта по координатам х, и х2

присутствуют упругие деформации по этим координатам. В данном случае рассматривалась трехмерная модель, полностью соответствующая системе (4). В результате цифрового моделирования было показано, что свойства одномерной модели действительно можно обобщить на векторный случай, хотя количественные характеристики отличаются.

В третьем параграфе рассматривались особенности обработки заготовок сложной геометрической формы. В результате моделирования было выявлено, что возникает новый вид погрешности, связанный с

асимметрией динамических свойств приводов продольной и поперечной подач. Если рассогласование скоростей подач представляет собой постоянную величину, то с течением времени произойдет накопление погрешности до значительной величины. Но если производить постоянное корректирование управляющей программы с учетом показателей геометрического качества, в процессе регулирования величина данной погрешности будет постоянно менять свой знак, и с течением времени увеличиваться не будет. Поэтому, можно предложить следующую схему компенсации погрешности на основе нового принципа программирования траектории формообразующих движений (рисунок 2).

система

В третьей главе был проведен ряд экспериментальных исследований, призванных подтвердить достоверность сделанных по результатам цифрового моделирования выводов.

В первом параграфе была раскрыта методика проведения исследований. Осуществлялось продольное точение. Эксперименты выполнены при точении заготовки из стали Ст45, однако для сравнения был взят чугун СЧ15. В ходе экспериментов производилась запись ортогональных составляющих силы резания при помощи тензодатчиков, укрепленных на резце, циклической составляющей силы резания, при помощи пьезоэлемента, установленного под режущей пластиной резца, и виброускорение, при помощи установленных на резце виброакселерометров. Для привязки полученых данных к периоду вращения заготовки использовался датчик оборотов шпинделя.

измерения силы рсгания

система унравлсння приводом попсречпых подач

Рис. 2. Схема компенсации погрешностей

Варьировались продольная подача и частота вращения шпинделя.

Во втором параграфе рассматривались переходные процессы, возникающие при врезании инструмента в заготовку. Было выявлено, что и при увеличении скорости резания, и при увеличении скорости продольной подачи, величина временного запаздывания переходного процесса уменьшается. При увеличении скорости резания, то есть частоты вращения шпинделя, пространственное запаздывание увеличивается, из-за уменьшения периода вращения заготовки.

В третьем параграфе подробно рассматривались переходные процессы, возникающие при выходе инструмента из зоны резания. Было показано, что на длительность переходного процесса влияют не только упругие, но и пластические деформации в зоне резания. При обработке заготовки из достаточно пластичного материала Ст45, длительность переходного процесса при выходе инструмента на 100% - 200% выше, чем при врезании, а при обработке заготовки из хрупкого чугуна СЧ15 этого не наблюдалось. Анализ микроструктуры шлифа поверхностного слоя показал, что в зоне выхода объем пластической деформации в тангенциальном направлении значительно выше, чем при стационарном резании)' так как деформируемая среда не стеснена окружающим ее материалом и свободно деформируется в направлении подачи.

В четвертом параграфе была проведена идентификация предложенной во второй главе модели преобразования скорости подачи в упругие деформации инструмента относительно заготовки, представляющей собой колебательное звено, в соответствии с полученными результатами экспериментов. Была доказана адекватность этих моделей при описании переходных процессов, возникающих при врезании инструмента в заготовку.

В пятом параграфе рассматривалась связь между характером процесса резания и циклической составляющей силы резания. Было показано, что существует возможность диагностировать нестационарность процесса резания по его спектральному составу. Нестационарный процесс характеризуется значительным увеличением супернизкочастотных спектральных составляющих, значительно превышающих остальные компоненты спектра. Стационарное резание характеризуется возникновением новых устойчивых осцилляторов во всем спектре измеряемого сигнала и значительным уменьшением удельного веса сверхнизкочастотных составляющих. Р четвертой главе была приведена реализация концепции управления процессом точения по многообразию траекторий, обеспечивающих заданные показатели геометрического качества изделия.

В первом параграфе рассматривался случай продольного

точения маложесткого вала постоянного диаметра. Наиболее просто управлять траекториями формообразующих движений путем варьирования скорости подачи, и необходимо подобрать ее таким образом, чтобы на каждом шаге интегрирования величина упругой деформации была постоянной. Величина текущего радиуса заготовки может быть определена по формуле

г(|)=*{0>+Д<'\ (5)

где х,(0) - заданная координата вершины инструмента, д}'* -

сумма упругих деформаций инструмента и заготовки.

Отметим, что ранее, в целях упрощения модели, мы считали заготовку абсолютно жесткой и недеформируемой. В реальных условиях она имеет конечную жесткость, что приводит к возникновению упругих деформаций заготовки : - гл«|. Кроме того, теперь дополнительно

рассматривается изменение жесткости от координаты перемещения суппорта. С учетом всего этого, система (3) примет вид:

(6)

где

С,. =

си) 21 с-^ + АР',,, 0

С 22 0

0 ^ р<„,

0

0 ЛА',,, #40+ 4/*

0 ^(О + ЛА^

I"

V

р* J

I) =

+ X*- (/ - 7-)+У5- (/ - 7-)}

.уд

х?(

<(

уГ( уТ{

ЬГ(

Сумма упругих деформаций инструмента и детали может быть найдена в виде

A,(t)=xr(t)+yr(t) =

a0+A)+.S<0)(a1+A)

(7)

На основе полученных уравнений, в программном пакете Simulink была построена модель, описывающая преобразование траекторий исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений инструмента. Величина упругих деформаций после завершения переходного процесса является функцией

координаты обработки х3 из-за изменения матрицы жесткости детали.

Таким образом, для достижения требуемых параметров геометрической точности детали необходимо, таким образом управлять скоростью продольной подачи, чтобы данная величина в процессе резания оставалась постоянной, то есть выполнялось условие

AI(t)=xr(t)+yr(t) = com/. (8)

Во втором параграфе рассматривается обработка заготовки сложной геометрической формы, в данном случае, экспоненциального волновода. Решение задачи усложняется необходимостью одновременного варьирования продольной и поперечной подачи. Функция зависимости радиуса по отношению к оси вращения заготовки является аналитически заданной^ поэтому программу ЧПУ можно построить на основе элементарного специализированного вычислителя, определяющего положение суппорта по отношению к оси вращения заготовки по закону экспоненты.

На основе систем (3) и (6) получим систему, описывающую динамику процесса резания при обработке заготовки сложной геометрической формы.

tit JV3(/)cos^MNift+ J V, (/)sin<pMN<#- J У3удх (i) cosdt —

-T t-T l-T

)vr{t)sm<pmdt- Jv»(/)cosq^dt- J(Osin^df

-T t-T l-T

I I

-COS ft«-

о 0

I I

Jyr {t)sm<pmdt+ Jvr (f)cos <p^dt

VO 0

Так как траектория движения инструмента описывается экспоненциальной функцией, то угол наклона касательной к траектории

CvxZ = Ap

1-Т I

J

\i-T f

t

(10)

движения в точке соприкосновения инструмента <рш и заготовки будет изменяться в процессе точения. Его величина определяется соотношением скоростей, по координатам хх и хъ .

Рш, = (11)

Применение выбранного алгоритма обработки, при котором варьирование скорости продольной подачи позволяет обеспечить колебания величины упругих деформаций вдоль оси х{ не более 1 мкм.

Для использования полученных данных на практике, необходимо привести рассчитанные оптимальные траектории продольной и поперечной подач к виду, пригодному для формирования управляющей программы ЧПУ. Для этого, необходимо весь процесс управления обработкой разделить на некоторое количество последовательных кадров, каждый из которых содержит * информацию об одной элементарной операции управления.

Далее, необходимо рассмотреть преобразование заданных скоростей исполнительных элементов в напряжение якоря двигателя. Уравнение, описывающее связь напряжения, приложенного к якорю двигателя, с траекториями формообразующих движений при аппроксимации характеристики преобразования скорости подачи в упругие деформации в виде колебательного звена можно представить в следующем виде:

и-с-а> = т + Ь—

Л

г г ¿0) ..

¡■ст= О--+Ме

<Л с (12)

Очевидно, что здесь наибольшую сложность воспроизведения представляют те участки траектории, для которых в функции изменения сил и далее скоростей наблюдаются изломы. В этих точках не представляется возможным по физическим соображениям реализуемости обеспечить точное воспроизведение требуемых траекторий, из-за того, что требуемое управление не может быть отработано двигателем.

В третьем параграфе представлены результаты применения разработанной методики в условиях ОАО «Роствертол». Решалась задача на основе производственных испытаний с привлечением доступного

измерительного оборудования разработать алгоритм коррекции управляющей программы при точении штуцера на станке 16М30Ф3141.

На первом этапе необходимо определить изменение величины жесткости вдоль координаты обработки с(х3) ■ Будем считать жесткость

скалярной величиной, как это принято в технологии машиностроения. Подчеркнем, что в данном случае функция с(х3) есть функция

суммарной жесткости инструмента и заготовки. Для этого было проведено продольное точение заготовки с постоянной глубиной резания

^ = 1 мм . После обработки было произведено измерение полученного

радиуса заготовки вдоль координаты обработки 7?(х3). Разница между

полученным значением и заданным определяется как

= (13)

где д/?(х3) фактически является траекторией упругих

деформаций х^хз) вдоль координаты обработки.

Далее была снята профилограмма поверхности обработанной заготовки. Тогда распределенная жесткость системы определяется из выражения:

*Г(*з)

Все величины в правой части уравнения являются

определимыми. Величина продольной подачи 8р и глубина резания /

заданы при проведении эксперимента. Коэффициент р определяется по

методике описанной в главе 3.

Далее, в результате формирования вектора управления скоростью продольной подачи обеспечивается постоянная величина упругих деформаций на всем протяжении обработки в соответствии с выражением:

Большинство используемых в настоящее время на производстве систем ЧПУ не позволяет изменять скорость подачи внутри одного кадра и следовательно, не могут использоваться при реализации разработанного алгоритма обработки. Существует два подхода к решению этой проблемы.

Первый подход основан на использовании современных систем ЧПУ, позволяющих обеспечивать линейную интерполяцию скорости продольной и поперечной подачи по координатам перемещения. Наиболее широкие возможности, и в том числе,, управление скоростью внутри кадра при помощи подпрограмм, предоставляют, системы ЧПУ типа PCNC. Эти системы включают в себе промышленный компьютер высокой вычислительной мощности, позволяющий реализовывать практически любые необходимые траектории управления скоростями подач. Написание программ для таких систем производится при помощи специализированных программных пакетов на языках высокого уровня. Примером такой системы может служить система ЧПУ SINUMERIK 840Di фирмы Siemens.

Второй подход связан с созданием специализированного сопроцессора интерполяции, который фактически устанавливается между традиционной системой ЧПУ и управляемыми приводами."

По сравнению с традиционным алгоритмом обработки абсолютное отклонение диаметра обработанной детали уменьшилось более чем в 2.5 раза, математическое ожидание отклонения диаметра обработанной детали уменьшилось более чем в 4 раза, дисперсия отклонения диаметра обработанной детали уменьшилась более чем в 9 раз и среднее арифметическое отклонение волн уменьшилась более чем в 2 раза. АКФ по волнистости, соответствующая поверхности детали обработанной по новому алгоритму, характеризуется более монотонным затуханием с периодом колебаний существенно превышающим период колебаний на поверхности, полученной традиционным способом.

В первом случае, для коэффициента корреляции К > 0.4 отвечает расстояние равное 5 мм, во втором случае - 2 мм. Уже это обстоятельство показывает, что координаты поверхности детали обработанные по новому алгоритму являются более коррелированными, то есть последующие координаты поверхности в большей степени определяются предыдущими. Это говорит о - том, что случайная составляющая формируемой поверхности существенно снижается. Свойства поверхности становятся более детерминированными.

Разработанные математические алгоритмы и программы, определяющие связь между траекториями исполнительных элементов станка и траекториями формообразующих движений инструмента входят в состав системы динамического мониторинга и управления обработкой на станках токарной группы с ЧПУ. Эффективность разработанной методики подтверждается техническим актом внедрения, составленным станкостроительной промышленной ассоциацией «Станкоинструмент».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Геометрические погрешности, формируемые при обработке маложестких деталей сложного геометрического профиля, определяются отличием между траекториями движений заданных программой ЧПУ и траекторий исполнительных элементов станка, траекторий исполнительных элементов и формообразующих движений резца относительно заготовки. Связь между указанными траекториями определяется представленными интегро-дифференциальными уравнениями динамики. В работе показано, что в пространстве состояний управляемой динамической системы, . как правило, существует инвариантное многообразие траекторий формообразующих движений инструмента относительно заготовки, обеспечивающих требуемые показатели геометрического качества изделий. Это многообразие является инвариантным в том смысле, что оно является решением предложенных интегро-дифференциальных уравнений, связывающих вектор управления (программу ЧПУ) с траекториями исполнительных элементов станка и далее, с траекториями формообразующих движений инструмента относительно заготовки. Так как динамическая система резания является принципиально диссипативной, то, как правило, инвариантные многообразия траекторий являются асимптотически устойчивыми, то есть притягивающими. Поэтому имеется возможность на основе программируемой траектории формообразующих движений определить соответствующую ей траекторию движения исполнительных элементов станка и далее, вектор управления.

2. Принципиальным отличием подхода к синтезу управления в настоящей работе при построении программы ЧПУ от традиционного является построение программы ЧПУ не по геометрическому образу обрабатываемой детали, а по указанному инвариантному многообразию траекторий. При решении задач построения программы ЧПУ, в этом случае необходимо решить обратную задачу динамики, то есть на основе многообразия траекторий формообразующих движений определить соответствующее многообразие траекторий исполнительных элементов, и, наконец, программу ЧПУ. В этом случае движение траекторий по сформированному многообразию становится естественным свойством динамической системы, то есть удовлетворяет синергетической концепции управления.

3. В работе применена методика, позволяющая раскрыть особенности преобразования траектории движения исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений вершины инструмента. Она основана на определении соотношения между силой резания и возникающими в результате ее действия упругими деформациями, то есть отклонением вершины инструмента от заданной программой ЧПУ траектории. Сила резания определяется площадью срезаемого слоя и физико-механическими свойствами резца и заготовки, а вызванные ею упругие деформации - матрицей жесткости

закрепления. В результате применения данного подхода было получено обобщенное выражение, описывающее связь траекторий исполнительных элементов станка и формообразующих движений вершины инструмента, представляющее собой сложную систему интегро-дифференциальных уравнений. Данная методика позволяет определить влияние технологических параметров системы резания, таких как глубина резания, величина подачи, свойства материала заготовки и геометрия режущего инструмента на отклонение траектории вершины инструмента. Кроме того, , было показано, что связь между площадью срезаемого слоя и силой резания не является мгновенной, то есть сила резания формируется с некоторым запаздыванием относительно изменения площади срезаемого слоя, что приводит к возникновению переходных процессов при изменении одного из технологических параметров системы резания.

4. На основе предложенной системы уравнений был разработан ряд математических моделей, описывающих процесс преобразования траектории движения исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений вершины инструмента с различной степенью приближения и для заготовок различных форм: вала неизменного диаметра, заготовок с конусообразной, сферической и экспоненциальной поверхностью. Анализ амплитудо-частотных и фазо-частотных характеристик полученных моделей показал, что они имеют колебательный характер. В результате были предложены аппроксимирующие функции преобразования траекторий движения исполнительных элементов в траектории формообразующих движений в виде колебательных звеньев, причем постоянные времени в этих звеньях зависят от частоты вращения заготовки. Фактически, была проведена аппроксимация интегральных уравнений дифференциальными. Кроме того, в результате анализа частотных свойств полученных моделей, было выявлено существование как предпочтительных частот варьирования скорости подачи, при которых влияние изменения скорости на упругие деформации максимально, так и частот, на которых изменение скорости подачи не влияет на величину упругих деформаций.

5. Для подтверждения полученных в результате цифрового моделирования результатов был проведен ряд экспериментальных исследований, в которых особенное внимание уделялось исследованию переходных процессов при врезании и выходе инструмента. Для измерения силы резания применялись тензодатчики прикрепленные на поверхности резца. Полученные экспериментальные данные полностью подтвердили результаты теоретических исследований. При врезании и выходе инструмента наблюдался переходный процесс установления силы резания до стационарного значения. Длительность переходного процесса зависела от параметров процесса резания и составляла несколько оборотов шпинделя. Полученные экспериментально зависимости между технологическими параметрами процесса резания, такими как величина подачи и частота вращения шпинделя и

параметрами переходного процесса, в том числе и установившемся значением силы "резания аналогичны полученным ранее при моделировании. На основании полученных данных была предложена методика идентификации упрощенных динамических моделей процесса резания, заключающаяся в определении параметров аппроксимирующих функций, представленных в виде колебательных звеньев. Данная методика позволяет использовать подобные модели в инженерной практике, так как использование более сложных моделей основанных на : системах интегральных уравнений может представлять сложность.

6. "В рамках реализации изложенного выше подхода, в среде MATLAB было разработано алгоритмическое программное обеспечение, позволяющее на основе предложенных исходных данных и представленных в данной работе математических моделей определять картину упругих деформаций возникающих в процессе точения. Кроме того, представленное программное обеспечение позволяет сформировать вектор управления, обеспечивающий такую траекторию исполнительных элементов станка, при которой показатели макрогеометрического качества изделия находятся в заданных пределах.

7. Выявлены ограничения на воспроизводимость желаемой траектории формообразующих движений вершины инструмента относительно заготовки заданной вектором управления, то есть программой ЧПУ, при обработке деталей сложной геометрической формы. Эти ограничения определяются наличием участков траекторий, для которых в функции изменения скорости исполнительных элементов станка наблюдаются изломы, то есть такие точки, частные производные по времени справа и слева от которых значительно отличаются. В таком случае, для идеального воспроизведения траектории напряжение, приложенное к якорю обеспечивающего движение двигателя, должно значительно превышать допустимое.

8. Разработанные математические алгоритмы и программы, входящие в состав системы динамического мониторинга и управления обработкой на станках токарной группы с ЧПУ были внедрены на ОАО «Роствертол». При решении задачи разработки алгоритм коррекции управляющих программ на операции точения штуцера на станке 16М30Ф3141 были получены следующие результаты. По сравнению с традиционным алгоритмом обработки абсолютное отклонение диаметра обработанной детали уменьшилось более чем в 2.5 раза, математическое ожидание отклонения диаметра обработанной детали уменьшилось более чем в 4 раза, дисперсия отклонения диаметра обработанной детали уменьшилась более чем в 9 раз и среднее арифметическое отклонение волн уменьшилась более чем в 2 раза.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. v Гурин A.A. Измерения низкочастотных сигналов малого уровня в системах обработки звука / A.A. Гурин, К.Б. Мартиросов // III

Межрегиональная научно-практическая конференция: Тез. докл., 21-23 мая / ФГУП «ВНИИ «Градиент». — Ростов н/Д, 2003. — С. 52-53.

2. Мартиросов К. ,Б. Противоподменная фильтрация входного сигнала в многофункциональных системах аналого-цифрового преобразования с переменной Частотой дискретизации / К.Б. Мартиросов, A.A. Гурин // III Межрегиональная научно-практическая конференция: Тез. докл., 21-23 мая / ФГУП «ВНИИ «Градиент». — Ростов н/Д, 2003. — С. 53-55.

3. Заковоротный В.Л. Закономерности преобразования исполнительных движений станков в траектории формообразующих движений инструмента относительно заготовки / Заковоротный В.Л., Мартиросов К.Б., Флек М.Б. // Динамика технологических систем: Сборник трудов VII Международной научно-технической конференции (ДТС-2004) 4-9 октября 2004. - Саратов,2004.

4. Мартиросов К.Б. Оценка характеристик динамической системы процесса резания на токарном станке по сигналу виброакустической эмиссии / К.Б. Мартиросов // Фундаментальные и прикладные проблемы современной техники. — Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2004. - С. 82-87.

5. Заковоротный В.Л. Преобразование исполнительных движений элементов станка в траектории формообразующих движений вершины инструмента относительно заготовки / Заковоротный В.Л., Мартиросов К.Б., Флек М.Б. // Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Технические науки. — 2005. - № 2. - С. 61-66.

6. Бегун В.Г. Анализ переходных процессов при резании металлов / Бегун В.Г., Лукьянов А.Д., Мартиросов К. Б. // Современные проблемы информатизации в технике и технологиях: Сб. трудов / Под ред. О.Я. Кравца. — Вып. 10. — Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2005.

7. Мартиросов К.Б. Аппроксимация функции преобразования траектории исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений вершины инструмента в виде колебательного звена / К.Б. Мартиросов // Современные проблемы машиноведения и высоких технологий: Труды международной научно-технической конференции.- Ростов н/Д, 2005. - С.16-19.

8. Заковоротный В.Л. Закономерности преобразования траекторий движения суппорта в траектории формообразующих движений вершины инструмента относительно заготовки с учетом упругих деформаций / Заковоротный В.Л., Мартиросов К.Б., Флек М.Б. // Вестник Донского государственного технического университета. - 2005. - Т. 5, № 2. - С. 160-172.

В набор 11.10.06 В печать 13.10.06 Объем 1,0 усл. п. л.; 0.9 усл. -изд. л. Офсет. Формат 60X84/16 Бумага тип № 3. Заказ . Тираж 100.

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344010, г. Ростов - на - Дону, пл. Гагарина, 1.

Введение.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

1.1 Основные тенденции совершенствования станков с ЧПУ в интегрированном производстве.

1.2 Проблемы изготовления маложестких деталей и деталей сложной геометрической формы.

1.3 Управление процессом обработки на станках с ЧПУ.

1.4 Выводы. Цель и задачи исследования.

2. Исследование преобразования траектории движения суппорта в траектории движения инструмента относительно заготовки с учетом упругих деформаций.

2.1 Преобразование траектории движения суппорта в траекторию движения инструмента относительно заготовки при продольном точении.

2.2 Преобразование траектории скорости подач в траекторию движения вершины инструмента относительно заготовки.

2.2.1 Преобразование траектории движения суппорта в траекторию движения инструмента относительно заготовки при отсутствии упругих деформаций в направлениях Х| и х2.

2.2.2 Преобразование траектории движения суппорта в траекторию движения инструмента относительно заготовки при фиксированной глубине резания и небольшой величине жесткости в направлении xi.

2.3 Преобразование траекторий продольной и поперечной подач в траектории движения вершины инструмента. Обработка изделий сложной геометрической формы.

2.4 Выводы.

3. Экспериментальное изучение преобразования траекторий движения исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений инструмента относительно заготовки.

3.1 Методика проведения исследований.

3.2 Переходные процессы при врезании инструмента.

3.3 Переходные процессы при выходе инструмента.

3.4 Идентификация параметров динамической модели процесса резания при управлении траекториями исполнительных перемещений станка.

3.5 Исследование циклической составляющей силы резания на этапах врезания и стационарного резания.

3.6 Выводы.

4. Реализация концепции управления процессом точения по многообразию траекторий, обеспечивающих заданные показатели геометрического качества изделия.

4.1 Методика вычисления траектории перемещения исполнительных элементов станка при обработке маложесткой оси постоянного диаметра.

4.2 Методика вычисления траектории перемещения исполнительных элементов станка при обработке деталей сложной геометрической формы.

4.3 Экспериментальный подход к коррекции управляющих программ на основе анализа точности обработки пробной детали.

4.3.1 Пример модификации программы.

4.3.2 Анализ эффективности нового способа управления станком с ЧПУ.

4.4 Выводы.

Обработка металлов со снятием стружки является на сегодняшний день' важнейшим способом формообразования. Повышение точности, надежности и производительности лезвийной обработки резанием является одной из наиболее актуальных задач современного станкостроения. Постоянное повышение требований к качеству обработанных поверхностей превращает процесс совершенствования станочного оборудования в перманентный, так как уже существующие способы обеспечения точности обработки либо не обеспечивают требуемых параметров готовых изделий, либо являются чрезвычайно сложными в реализации, а следовательно, крайне дорогостоящими. '

В основу современного гибкого автоматизированного производства (ГАП) положено создание гибких производственных систем. Металлорежущий станок в таких системах можно рассматривать как неотъемлемую часть, требующую такого же высококачественного алгоритма управления, как и вся система в целом. Другими словами, станок в современных условиях должен быть снабжен гибкой и интеллектуальной системой управления связанной с такой же гибкой системой управления всей производственной системой и производством.

Необходимо подчеркнуть, что современный станок представляет единое' целое с управляющей ЭВМ, которая может быть наделена различными функциями. В этом случае сложность программного обеспечения не является регламентирующим показателем. Поэтому могут быть использованы достаточно сложные алгоритмы управления, в том числе учитывающие сложные преобразования координат в динамической системе станка.

Однако траектории исполнительных элементов станка отличаются от траекторий формообразующих движений инструмента относительно заготовки. Эти отличия имеют различную физическую природу, однако главные из них связаны с динамикой процесса резания и с формированием упругих деформаций режущего лезвия относительно исполнительных элементов.

Анализ основных тенденций совершенствования систем управления показал, что традиционные подходы к синтезу систем управления во многом себя исчерпали. Именно поэтому в настоящее время получили развитие новые концепции управления процессами обработки на станках, в том числе основанные на интеллектуальном управлении. В настоящее время этот подход развивается в работах А. К. Тугенгольда. Одновременно необходимо' учитывать, что далеко не исчерпали себя алгоритмы управления базирующиеся на априорном знании об изменениях динамической системы станка вдоль траекторий исполнительных элементов.

Для построения этих траекторий и программы ЧПУ в последнем случае наиболее перспективным, по мнению автора, является подход, развиваемый А. А. Колесниковым - синергетическая теория управления. При этом управляющая программа может учитывать основные принципы построения систем динамического мониторинга процесса обработки на станках, который развивается в работах В. J1. Заковоротного. 1

Применение синергетической концепции для управления обработкой на станках состоит в определении некоторого многообразия траекторий формообразующих движений, из которых выбирается одна, оптимальная, например, по критерию минимума приведенных затрат на изготовление партии изделий. Эти многообразия строятся с учетом динамических свойств конкретной станочной системы и удовлетворяют всем ее взаимосвязям. При таком подходе проектирование программ ЧПУ надо осуществлять не по геометрических характеристикам идеальной детали, так как это ведет к необходимости компенсации возникающих деформаций, а по характеристикам, принадлежащим этому множеству и уже учитывающим деформации в своей структуре.

В диссертации рассмотрены вопросы цифрового моделирования преобразования траектории исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений инструмента относительно заготовки, а также вопросы построения инвариантного многообразия траекторий исполнительных элементов станка, обеспечивающих требуемые показатели геометрического качества.

Здесь и далее в диссертации под инвариантным многообразием траекторий понимается принятое в динамике определение. Под инвариантным многообразием траекторий понимается их множество, полученное в силу дифференциальных уравнений динамики.

Созданы математические алгоритмы и программы для получения таких траекторий и построения программ ЧПУ, обеспечивающих отработку этих траекторий.

Структура диссертации. Диссертационная работа содержит 210 страниц, включая 8 страниц приложений, 130 рисунков и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

выводы.

1. Геометрические погрешности, формируемые при обработке маложестких деталей сложного геометрического профиля, определяются отличием между траекториями движений заданных программой ЧПУ и траекторий исполнительных элементов станка, траекторий исполнительных элементов и формообразующих движений резца относительно заготовки. Связь между указанными траекториями определяется представленными интегро-дифференциальными уравнениями динамики. В работе показано, что в пространстве состояний управляемой динамической системы, как правило, существует инвариантное многообразие траекторий формообразующих движений инструмента относительно заготовки, обеспечивающих требуемые показатели геометрического качества изделий. Это многообразие является инвариантным в том смысле, что оно является решением предложенных интегро-дифференциальных уравнений, связывающих вектор управления (программу ЧПУ) с траекториями исполнительных элементов станка и далее, с траекториями формообразующих движений инструмента относительно заготовки. Так как динамическая система резания является принципиально диссипативной, то, как правило, инвариантные многообразия траекторий являются асимптотически устойчивыми, то есть притягивающими. Поэтому имеется возможность на основе программируемой траектории формообразующих движений определить соответствующую ей траекторию движения исполнительных элементов станка и далее, вектор управления.

2. Принципиальным отличием подхода к синтезу управления в настоящей работе при построении программы ЧПУ от традиционного является построение программы ЧПУ не по геометрическому образу обрабатываемой детали, а по указанному инвариантному многообразию траекторий. При решении задач построения программы ЧПУ, в этом случае необходимо решить обратную задачу динамики, то есть на основе многообразия траекторий формообразующих движений определить соответствующее многообразие траекторий исполнительных элементов, и, наконец, программу ЧПУ. В этом случае движение траекторий по сформированному многообразию становится естественным свойством динамической системы, то есть удовлетворяет синергетической концепции управления.

3. В работе применена методика, позволяющая раскрыть особенности преобразования траектории движения исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений вершины инструмента. Она основана на определении соотношения между силой резания и возникающими в результате ее действия упругими деформациями, то есть отклонением вершины инструмента от заданной программой ЧПУ траектории. Сила резания определяется площадью срезаемого слоя и физико-механическими свойствами резца и заготовки, а вызванные ею упругие деформации - матрицей жесткости закрепления. В результате применения данного подхода было получено обобщенное выражение, описывающее связь траекторий исполнительных элементов станка и формообразующих движений вершины инструмента, представляющее собой сложную систему интегро-дифференциальных уравнений. Данная методика позволяет определить влияние технологических параметров системь1 резания, таких как глубина резания, величина подачи, свойства материала заготовки и геометрия режущего инструмента на отклонение траектории вершины инструмента. Кроме того, было показано, что связь между площадью срезаемого слоя и силой резания не является мгновенной, то есть сила резания формируется с некоторым запаздыванием относительно изменения площади срезаемого слоя, что приводит к возникновению переходных процессов при изменении одного из технологических параметров системы резания.

4. На основе предложенной системы уравнений был разработан щц математических моделей, описывающих процесс преобразования траектории движения исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений вершины инструмента с различной степенью приближения и для заготовок различных форм: вала неизменного диаметра, заготовок с конусообразной, сферической и экспоненциальной поверхностью. Анализ амплитудо-частотных и фазо-частотных характеристик полученных моделей показал, что они имеют колебательный характер. В результате были предложены аппроксимирующие функции преобразования траекторий движения исполнительных элементов в траектории формообразующих движений в виде колебательных звеньев, причем постоянные времени в этих звеньях зависят от частоты вращения заготовки. Фактически, была проведена аппроксимация интегральных уравнений дифференциальными. Кроме того, в результате анализа частотных свойств полученных моделей, было выявлено существование как предпочтительных частот варьирования скорости подачи, при которых влияние изменения скорости на упругие деформации максимально, так и частот, на которых изменение скорости подачи не влияет на величину упругих деформаций.

5. Для подтверждения полученных в результате цифрового моделирования результатов был проведен ряд экспериментальных исследований, в которых особенное внимание уделялось исследованию переходных процессов при врезании и выходе инструмента. Для измерения силы резания применялись тензодатчики прикрепленные на поверхности резца. Полученные экспериментальные данные полностью подтвердили результаты теоретических исследований. При врезании и выходе инструмента наблюдался переходный процесс установления силы резания до стационарного значения. Длительность переходного процесса зависела от параметров процесса резания и составляла несколько оборотов шпинделя. Полученные экспериментально зависимости между технологическими параметрами процесса резания, такими как величина подачи и частота вращения шпинделя и параметрами переходного процесса, в том числе и установившемся значением силы резания аналогичны полученным ранее при моделировании. На основании полученных данных была предложена методика идентификации упрощенных динамических моделей процесса резания, заключающаяся в определении параметров аппроксимирующих функций, представленных в виде колебательных звеньев. Данная методика позволяет использовать подобные модели в инженерной практике, так как использование более сложных моделей основанных на системах интегральных уравнений может представлять некоторую сложность.

6. В рамках реализации изложенного выше подхода, в среде MATLAB было разработано алгоритмическое программное обеспечение, позволяющее на основе предложенных исходных данных и представленных в данной работе математических моделей определять картину упругих деформаци^ возникающих в процессе точения. Кроме того, представленное программное обеспечение позволяет сформировать вектор управления, обеспечивающий такую траекторию исполнительных элементов станка, при которой показатели макрогеометрического качества изделия находятся в заданных пределах.

7. Выявлены ограничения на воспроизводимость желаемой траектории формообразующих движений вершины инструмента относительно заготовки заданной вектором управления, то есть программой ЧПУ, при обработке деталей сложной геометрической формы. Эти ограничения определяются наличием участков траектории, для которых в функции изменения скорости исполнительных элементов станка наблюдаются изломы, то есть такие точки, частные производные по времени справа и слева от которых значительно отличаются. В таком случае, для идеального воспроизведения траектории напряжение, приложенное к якорю обеспечивающего движение двигателя, должно значительно превышать допустимое.

8. Разработанные математические алгоритмы и программы, входящие в состав системы динамического мониторинга и управления обработкой на станках токарной группы с ЧПУ были внедрены на ОАО «Роствертол». При решении задачи разработки алгоритм коррекции управляющих программ на операции точения штуцера на станке 16М30Ф3141 были получены следующие результаты. По сравнению с традиционным алгоритмом обработки абсолютное отклонение диаметра обработанной детали уменьшилось более чем в 2.5 раза, математическое ожидание отклонения диаметра обработанной детали уменьшилось более чем в 4 раза, дисперсия отклонения диаметра обработанной детали уменьшилась более чем в 9 раз и среднее арифметическое отклонение профиля Ra уменьшилась более чем в 2 раза.

Заключение. Общие выводы.

Исследования и разработки, направленные на повышения эффективности изготовления изделий на станках с ЧПУ всегда актуальны для машиностроения. Признанным этапом автоматизации технологических процессов и производств при изготовлении мелких и средних серий является использование станков с ЧПУ. Эффективность изготовления изделий на таких станках зависит от многие параметров динамического качества станка: точности направляющих, радиального биения шпинделя, законов преобразования траектории движения исполнительных элементов станка в траектории формообразующих движений вершины инструмента относительно заготовки. В том случае, когда в ходе обработки изменяются траектории исполнительных элементов станка, в том числе направление движения инструмента относительно заготовки, необходимо учитывать, что траектории формообразующих движений инструмента отличаются от траекторий исполнительных элементов станка. Это отличие необходимо учитывать при построении управляющих программ ЧПУ.

Традиционный способ подготовки основан на интерполировании траекторий формообразующих движений таким образом, чтобы они соответствовали заданному геометрическому образу детали. Таким образом все координаты состояния МРС и траектории формообразующих движений должны подчиняться геометрическому образу изделия независимо от динамических свойств станочной системы в целом. В предложенной работе рассматривается другой подход. С учетом динамической структуры станка, в том числе характеристик упругости заготовки, определяется зависимость между траекторией движения исполнительных элементов станка и траекторией формообразующих движений инструмента относительно заготовки. Затем, на основании этой зависимости производится обратное преобразование желаемой траектории формообразующих движений в траекторию движения исполнительных элементов станка, то есть, программу ЧПУ с учетом существующих ограничений, обусловленных динамическими свойствами приводов исполнительных движений. При этом учитываются естественные динамические свойства системы. '

Раскрытие зависимости между траекторией движения исполнительных элементов станка и реальной траекторией формообразующих движений инструмента относительно заготовки определяет актуальность и научное значение работы. Доведение предложенного принципа до реального программного продукта и его использование в условиях ОАО «Роствертол» определяет актуальность и значимость работы для практики функционирования интегрированного автоматизированного производства.

Указанное выше позволяет по работе в целом сделать следующие общие I

1. МиграновМ. Ш. Пути повышения эффективности механической обработки резанием / Мигранов М. Ш., Шустер Л. Ш. // Технология машиностроения. — 2004. — № 5. — С. 19-22

2. Черпаков Б.И. Станкостроение России: перспективы развития до 2005 года / Б.И. Черпаков, И.Д. Новосельский // Труды IV Международного конгресса "Конструкторско-технологическая информатика-2000". — М.: МГТУ «Станкин», 2000. — Т. 2. — С. 257-260.

3. О системах ЧПУ нового поколения Современные системы ЧПУ фирмы Siemens Электронный ресурс. / ЗАО "ТПК Технополюс". — [Б.м. : б.и.],сор. 2005. — Режим доступа: http://www.technopolus.ru/ Siemens/Sinumeric/modern5.html, свободный.

4. Многоцелевые системы ЧПУ гибкой механообработкой / В.Н. Алексеев, В.Г. Воржев, Г.П. Гырдымов и др.; под общ. ред. В.Г. Колосова. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1984. — 224 е.: ил.

5. Морозов В.П. Элементы теории управления ГАП: Математическое обеспечение / В.П. Морозов, Я.С. Дымарский; под общ. ред. В.П. Морозова. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1984. — 333 е.: ил.

6. Базров Б.М. Технологические основы проектирования самоподнастраивающихся станков / Б.М. Базров. — М.:' Машиностроение, 1978. — 216 е.: ил.

7. Адаптивное управление станками / Б.М. Базров и др.; под ред. Б.С. Балакшина. — М.: Машиностроение, 1973. — 688 е.: ил. — (Б-ка технолога)

8. Михеев Ю.Е. Системы автоматического управления станками / Ю.Е. Михеев, В.Л. Сосонкин. —М.: Машиностроение, 1978. — 264 е.: ил.

9. Богуславский И.В. Концептуальное моделирование мехатронныхтехнологических машин / И.В. Богуславский // Труды IV

10. Международного конгресса "Конструкторско-технологическая информатика-2000". — М.: МГТУ «Станкин», 2000. — Т. 2. — С. 70-73.

11. Васин С.А. Информационная поддержка управления качеством при производстве машин / С.А. Васин, В.Ю. Анцев // Труды IV Международного конгресса "Конструкторско-технологическая информатика-2000". — М.: МГТУ «Станкин», 2000. — Т. 1. — С. 98102.

12. Кабалдин Ю.Г. Применение нейросетевых моделей процесса резания в, системах адаптивного управления / Ю.Г. Кабалдин // Труды IV Международного конгресса "Конструкторско-технологическая информатика-2000". — М.: МГТУ «Станкин», 2000. — Т. 1. — С. 241244.

13. Сосонкин B.J1. Принципы построения открытых систем ЧПУ типа PCNC / B.JI. Сосонкин // Труды IV Международного конгресса "Конструкторско-технологическая информатика-2000". — М.: МГТУ «Станкин», 2000. — Т. 2. — С. 169-173.

14. Тимирязьев В.А. Управление точностью многоцелевых станков, программными методами / В.А. Тимирязьев, О.В. Хазанова // Труды IV Международного конгресса "Конструкторско-технологическая информатика-2000". — М.: МГТУ «Станкин», 2000. — Т. 2. — С. 196170.

15. Тугенгольд А.К. Интеллектуальное управление технологическими объектами / А.К. Тугенгольд // Труды IV Международного конгресса "Конструкторско-технологическая информатика-2000". — М.: МГТУ «Станкин», 2000. — Т. 2. — С. 215-217.

16. Ратмиров В.А. Основы программного управления станками. — М.: Машиностроение, 1978. — 240 е.: ил.

17. Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения: Избр. тр. В 2-х кн. Кн. 2: Основы технологии машиностроения / Б. С. Балакшин;, редкол.; Б.М. Базров и др. —М.: Машиностроение, 1982. — 367 с.

18. Маталин А.А. Технология механической обработки / А.А. Маталин. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1977. — 462 е.: ил.

19. Маталин А.А. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов / А.А. Маталин. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1970. — 319 с.

20. Грановский Г.И. Резание металлов: Учеб. для машиностроит. и приборостроит. спец. вузов. / Г.И. Грановский, В.Г. Грановский. — М.: Высш. шк, 1985. — 304 е.: ил. \

21. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения: Учеб. для машиностроит. вузов и фак. / Б.С. Балакшин. — Изд. 3-е, доп. — М.: Машиностроение, 1969. — 556 е.: ил.

22. Юркевич В.В. Податливость суппорта токарного станкам МК-3002 / В.В. Юркевич // Вестник машиностроения. — 2005. — № 1. — С. 57-60.

23. Соломенцев Ю.М. Автоматизация размерной наладки и переналадки металлорежущих станков / Ю.М. Соломенцев. — М.: Машиностроение, 1980, —45 с. (

24. Маталин А.А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин. —М.; Л.: Машгиз. Ленингр. отд-ние, 1956. — 252 е.: ил.

25. Самоподнастраивающиеся станки. Управление упругими перемещениями системы СПИД: Сб. ст. / под ред. Б.С. Балакшина. — Изд. 3-е. —М.: Машиностроение, 1970. — 415 е.: ил.

26. Гайлит Ю.Т. Программные методы управления точностью обработки на многоцелевых станках / Гайлит Ю.Т., Тимирязев В.А., Хазанова О.В. // Вестник машиностроения. — 2005. — № 9. — С. 14-17.

27. Колесников А.А. Синергетическая теория управления / А.А. Колесников. — М.: Энергоатомиздат, 1994. — 325с.

28. Колесников А.А. Проектирование многокритериальных систем управления промышленными объектами / А.А. Колесников, А.Г. Гельфгат. — М.: Энергоатомиздат, 1993. — 303, 1. е.: ил.

29. Современная прикладная теория управления / Под ред. А.А.' Колесникова. — М.: Энергоатомиздат, 2000 — Т. 1. — 393 с.

30. Современная прикладная теория управления / Под ред. А.А. Колесникова. — М.: Энергоатомиздат, 2000 — Т. 2. — 558 с.

31. Современная прикладная теория управления / Под ред. А.А. Колесникова. — М.: Энергоатомиздат, 2000 — Т. 3. — 654 с.

32. Хакен Г. Синергетика. Иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах / Г. Хакен; пер. с англ. — М.: Мир, 1985, —432 с. ,

33. Пригожин И. Порядок из хаоса / И. Пригожин, И. Стренгерс. — М.: Прогресс, 1986, —431 с.

34. Заковоротный B.JI., Марчак М. и др. Взаимосвязь эволюции трибосопряжений с параметрами динамической системы трения // Трение и износ.— 1998.-Т.19, № 6.

35. Zakovorotny V.L. Bifurcation Properties of Tribosystems. Control and Self-Organization in Nonlinear Systems: Proc. of First Internet, conf. — Balistolc, 2000, —P. 109-126.

36. Zakovorotny V.L. Synergetic Principle in Dinamic Control in Tribosystems. Control and Self-Organization in Nonlinear Systems: Proc. of First Internet, conf. — Balistok, 2000, — P. 127-144.

37. Заковоротный B.J1. Нелинейная трибомеханика / B.JI. Заковоротный; Дон. гос. техн. ун-т. — Ростов н/Д: Изд. центр ДГТУ., 2000. — 293 е.: ил.

38. Кабалдин Ю.Г. Самоорганизующиеся процессы в технологических системах обработки резанием / Ю.Г. Кабалдин, A.M. Шпилёв. — Владивосток: Дальнаука, 1998. — 296 с. '

39. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом / И.Г. Жарков. — Л.: Машиностроение, 1986. — 184с.

40. Заковоротный В. Л. Методика исследования упругих характеристик металлорежущих станков. // Известия Северо-Кавказского научного центра высшей школы. Технические науки. — 1980. — №1. — С. 63-65.

41. Заковоротный В.Л. Мялов И.А. Изучение динамических сил при резании // Сб. науч. тр. — Ростов н/Д, 1998. — С. 3-8.

42. Заковоротный В.Л. Методика исследования упругих характеристик металлорежущих станков / В.Л. Заковоротный // Известия вузов. Северо, Кавказский регион. Технические науки. — 1980. — № 1. — С. 63-65.

43. Заковоротный В.Л. Исследование динамической характеристики резания при автоколебаниях инструмента / В.Л. Заковоротный // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. — 1978. — № 2. С. 3741.

44. Заковоротный В.Л. Расчет автоколебаний инструмента относительно детали на металлорежущих станках / В.Л. Заковоротный // Известия, вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. — 1977. — № 2. -С. 55-61.

45. Каминская В.В. Исследование динамики тяжелых карусельных станков / В.В. Каминская // Станки и инструмент. — 1984. — № 12 — С. 8-12.

46. Каминская В.В. Динамическая характеристика процесса резания / В.В. Каминская, Э.Ф. Кушнир // Станки и инструмент. — 1979. — № 5. — С.| 27-29. ■

47. Кудинов В.А. Динамика станков / В.А. Кудинов. — М.: Машиностроение, 1967. — 359 с.

48. Кудинов В.А. Аппаратура для динамического испытания станков / Кудинов В.А., Миков И.Н. и др. // Металлорежущие станки и автоматические линии / Науч.-исслед. ин-т информации по машиностроению. — М., 1970. — № 1. — С. 22-27.

49. Кудинов В.А. Методика испытания токарных станков средних размеров общего назначения на виброустойчивость при резании / Кудинов В.А., Воробьева Г.С., Рубинчик С.И. — М.: ЭНИМС, 1961. — 44с.

50. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков / С.С. Кедров. — М.: Машиностроение, 1990. — 200 с.

51. Понтрягин JLC. Асимптотическое поведение решений систем дифференциальных уравнений с малыми параметрами при высших производных / JLC. Понтрягин // Известия АН СССР. Серия математическая. — Т. 21. — С. 605-626.

52. Заковоротный B.JI. Введение в динамику трибосистем / Заковоротныи B.JI., Алексейчик М.И., Блохин В.П. — Ростов н/Д: ИнфоСервис, 2004. — 680 с.

53. Долгов В.В. Программирование формообразующих траекторий на станках с ЧПУ при обработке маложестких деталей: Дис. . канд. техн. наук / В.В. Долгов. — Ростов н/Д, 2002. — 252 с.

54. Пожебелко В.И. Динамическое моделирование силы трения в расчетах станков на плавность малых перемещений / В.И. Пожебелко // СТИН. — 2002,—№8. —С. 4-8.

55. Кудинов А.В. Синергетика малых перемещений в сверхточных станках / А.В. Кудинов // СТИН. — 2005. — №8. — С. 6-12.

56. Пуш А. В. Шпиндельные узлы: Качество и надежность / А.В. Пуш. — М.: Машиностроение, 1992. — 288 е.: ил.

57. Синергетика и проблемы теории управления / Под ред. А. А. Колесникова. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. — 504 с.I

58. Современная прикладная теория управления. Оптимизационный подход в теории управления / Под ред. А.А. Колесникова. — Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. — Т. 4. — 400 с.

59. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов / В.И. Феодосьев. — М.: Наука, 1967, — 552 с.

60. Тугенгольд А.К., Герасимов В.А., Лукьянов Е.А. Интеллектуальное управление станком по состоянию элементов технической системы. // СТИН. — 1997г. — №3. С.7-13.

61. Прус В.А. Повышение точности траекторных перемещении исполнительных органов станка при интеллектуальном управлении: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Ростов-н/Д, 2005. — 20 с.

62. Маталин А.А. Качество поверхностей и эксплуатационные свойства деталей машин. М., Машиностроение, 1966. — 252 с.

63. Качество машин : Справочник. В 2 т. Т.1 / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Вишкевич и др. —М.: Машиностроение, 1995. — 256 е.: ил.64. Дунин-Барковский

64. Шероховатость поверхностей (теоретико-вероятностный метод) / Хусу А.П., Виттенберг Ю. Р., Пальмов В.А., Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1975. —344 с.

65. Турин А.А. Измерения низкочастотных сигналов малого уровня в системах обработки звука / А.А. Турин, К.Б. Мартиросов // III

66. Межрегиональная научно-практическая конференция: Тез. докл., 21-23 мая / ФГУП «ВНИИ «Градиент». — Ростов н/Д, 2003. — С. 52-53.

67. Некоторые технические характеристики преобразователя пьезоэлектрическоговиброизмерительного ДН-4-М1

68. Рабочая полоса частот вибропреобразователя при креплении стальной шпилькой от 100 до 12600 Гц.

69. Номинальное значение коэффициента преобразованиявибропреобразователя по напряжению на частоте 160 Гц, 1 М^ 0 .м

70. Частота поперечного резонанса при креплении стальной шпилькой не менее 12600 Гц.

71. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики вибропреобразователя в рабочем диапазоне частот до 12600 Гц не более ±10 %.'

72. Относительный коэффициент поперечного преобразования при креплении стальной шпилькой не более 4 %.

73. Нелинейность амплитудной характеристики в рабочем диапазонеамплитудных значений виброускорений до 4200 ~ не более 6 %.с

74. Дополнительная погрешность при креплении стальной шпилькой, вызванная изменением температуры от -30°С до +70°С по отношению к температуре (20±5) °С, не более ±0,25%/°С от коэффициента преобразования в нормальных условиях.

75. Частота установочного резонанса при креплении стальной шпилькой не менее 42000 Гц.

76. Некоторые технические характеристики измерительного усилителя ТА-5

77. Число усилительных каналов 4 шт.

78. Верхние пределы диапазонов измерения относительных деформаций, 250—10 ООО еод.1

79. Наибольшая величина коэффициента преобразования (ST = 2), 0,12 мА/еод.

80. Сопротивление тензорезисторов 100—400 Ом.

81. Допустимый разброс сопротивления тензорезисторов, ±1,0 %.

82. Число одновременно измеряемых процессов от 1 до 4-х.

83. Погрешность усилителя не более 5 %.8. Несущая частота 7 кГц.

84. Диапазон рабочих частот, 0—1000 Гц. !

85. Сопротивление выходной нагрузки не более 10 Ом.

86. Некоторые технические характеристики интегрирующего усилителя заряда1.-031. количество каналов 1.

87. Емкость датчика 750 пФ- 1500 пФ.

88. Полоса сигнала 1 Гц 20 кГц.

89. Входное сопротивление постоянному току 5.1 Ом.

90. Номинальный коэффициент усиления буферного каскада 18.6. Напряжения питания ±12 В.

91. Потребляемый ток, не более 2 мА.8. Разъем входной СР-50.9. Разъем выходной РС-7.

92. Некоторые технические характеристики устройства противоподменнойфильтрации ППФ 41. Число каналов 4.I

93. Программируемые частоты среза фильтров fcp 3; 6; 12 и 24 кГц.

94. Подавление на 1.5fcp не менее 70 дБ.

95. Программируемый коэффициент усиления в канале 0.25; 0.5; 1; 2.

96. Максимальный входной сигнал 5В ампл. ±10 %.

97. Входное сопротивление не менее 500 кОм.

98. Свободный динамический диапазон SFDR не менее 65 дБ.

99. Синхронизация (тактирование) модуля внутренняя, от кварцевого генератора. 1

100. Тип интерфейса с ПЭВМ LPT.

101. Некоторые технические характеристики модуля аналого-цифровогопреобразования Е14-440

102. Параметры входного аналогового тракта

103. Количество каналов 16 дифференциальных или 32 с общей землей.12 Разрядность АЦП -14 бит.

104. Разрядность, рассчитанная по отношению сигнал/шум на заземленном входе PGA при частоте АЦП 400 кГц: усиление = 1 13.8 бит,усиление = 4 13.8 бит, усиление = 16 - 13.5 бит, усиление = 64 -13.0 бит.

105. Разрядность, рассчитанная по отношению сигнал/(шум+гармоники) полученная при оцифровке синусоидального сигнала частотой 10 кГц с амплитудой 2.5 В при частоте запуска АЦП 400 кГц: усиление = 4 13.2 бит.

106. Время преобразования 2.5 мкс.

107. Входное сопротивление при одноканальном вводе не менее 1Мом.

108. Диапазон входного сигнала: ±10 В, ±2.5 В, ±0.625 В, ±0.15625 В.

109. Максимальная частота преобразования 400 кГц.

110. Защита входов при включенном питании ±30 В, при выключенном питании ±10 В.

111. Интегральная нелинейность преобразования макс. ±1.5 МЗР.

112. Дифференциальная нелинейность преобразования макс. -1 до ±1.5 МЗР.

113. Смещение нуля без калибровки макс ±4 МЗР. t

114. Межканальное прохождение на частоте сигнала 10 кГц при коэффициенте усиления ' 1' и макс, частоте запуска АЦП -78 дБ2. Параметры ЦАП21 Количество каналов 2.22 Разрядность 12 бит.

115. Максимальная частота преобразования -125 кГц. '24 Время установления 8 мкс.25 Выходной диапазон ±5В.3. Параметры цифровых линий

116. Входной порт 16 бит КМОП, серия НСТ.

117. Выходной порт -16 бит КМОП, серия НСТ.

118. Напряжение низкого уровня мин. 0 В, макс. 0.4 В.

119. Напряжение высокого уровня мин. 2.4 В, макс. 5.0 В. i

120. Выходной ток низкого уровня (макс.) 6 мА.

121. Выходной ток высокого уровня (макс.) 6 мА.37 Интерфейс с ПЭВМ USB.1. УТВЕРЖДАЮаал-шм.-.и.1. Пр&рСкГрр tlo НИГ/ДГТУ1. Д I и Jif1. Щгный В.Л. 001г.

122. УТВЕРЖДАЮ През идет" ассоциаци и «СТЛ11 КО И НС1РУ МЕНТ»™ , /* ^УС'а/олу ров Г.В. « /Z » о у 200 г.1. ТЕХНИЧЕСКИМ АКТ ВНЕДРЕНИЯ

123. Настоящий акт составлен в том, что в масштабах отрасли разработана, испытана и внедрена система динамического мониторинга процессов обработки на станках токарной группы с ЧПУ.