ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ НЕЧЕТКО-ЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Стабилизация процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ

Рассмотрим АСУ стабилизацией процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ (рис. 2.4), которая работает следующим образом. С момента включения вращения детали 14 в центрах передней 15 и пиноли задней 12 бабок станка с ЧПУ при прохождении резца резце- держательного блока 16 по её поверхности происходит изменение температуры в зоне резания, вызывающее непостоянство силы резания и/или смещение и перекос оси шпинделей передней и задней бабок относительно оси детали. Вследствие этого происходит снижение точности обрабатываемой поверхности и может появиться бочкооб- разность, седлообразность или конусность детали.

Тепловизор 1 постоянно контролирует температуру в зоне резания. При этом цифровой сигнал текущего значения температуры t с тепловизора 1 поступает на вход блока фаззификации 4, входящего в структуру нечеткого контроллера 2. В нечетком контроллере в зависимости от текущего значения температуры по способу, рассмотренному ниже, происходит перерасчет управляющего сигнала - угла поворота шагового электродвигателя 9, который передается на шаговый электродвигатель 9 через блок усиления сигнала 8. При этом происходит перемещение пиноли задней бабки станка с ЧПУ вдоль оси абсцисс. Поворот шагового электродвигателя 9 на -90° перемещает пиноль задней бабки 12 влево на 0,01 мм, а поворот шагового электродвигателя 9 на +90° перемещает пиноль задней бабки 12 вправо на 0,01 мм.

АСУ стабилизацией процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ

Рис. 2.4. АСУ стабилизацией процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ: 1 - тепловизор с цифровым выходом; 2 - нечеткий контроллер; 3 - блок формирования функций принадлежностей; 4 - блок фаззификации; 5 - блок композиции; 6 - блок аккумуляции; 7 - блок дефаззификации; 8 - блок усиления сигнала; 9 - шаговый электродвигатель; 10 - зубчатое колесо; 11 - кулиса; 12 - пиноль задней бабки; 13 - направляющие пиноли задней бабки;

14 - деталь; 15 - передняя бабка; 16 - резцедержательный блок

Например, если шаговый электродвигатель 9 повернул зубчатое колесо 10 на -45°, то пиноль задней бабки переместится влево относительно оси ординат у2 на 0,005 мм. Если текущая температура t меньше расчетной, то пиноль задней бабки 12 должна перемещаться влево и смещать ось детали 14 ближе к резцедержательному блоку 16. Если текущая температура t больше расчетной, то пиноль задней бабки 12 должна перемещаться вправо и смещать ось детали 14 дальше от рез- цедержательного блока 16. Следовательно, в режиме реального времени производится стабилизация тепловых процессов в зоне резания.

На рисунке 2.5 приведена схема преобразования вращательного движения шагового электродвигателя 9 в поступательное движение пиноли задней бабки 12. В случае поворота шаговым электродвигателем 9 зубчатого колеса 10 на -90° (положение 1) относительно оси ординат у происходит перемещение пиноли задней бабки 12 вдоль направляющих 13 на величину п> относительно её оси ординат^- В случае поворота шаговым электродвигателем 9 зубчатого колеса 10 на +90° (положение 2, выделено пунктиром) относительно оси ординат у происходит перемещение пиноли задней бабки 12 вдоль направляющих 13 на величину w2 относительно её оси ординат^- Максимальное перемещение вдоль оси абсцисс лг2 пиноли задней бабки 12 относительно направляющих 13 составляет w=w+wi. При этом перемещение вдоль оси абсцисс хг не должно превышать величины биения. Так, для токарных станков с ЧПУ с наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки 400 мм биения не должны превышать 0,02 мм, то есть величина перемещения составляет »v=0,02 мм, a wi=w>2=0,01 мм.

Схема преобразования вращательного движения шагового электродвигателя в поступательное движение

Рис. 2.5. Схема преобразования вращательного движения шагового электродвигателя в поступательное движение

Способ стабилизации процесса резания на токарном оборудовании с ЧТТУ осуществляется следующим образом.

Перед началом токарной обработки на оборудовании с ЧПУ для деталей из стали [75] определяется температура в зоне резания

где V- скорость резания; / -глубина резания; S- подача.

В блоке формирования функций принадлежностей 3, входящего в состав нечеткого контроллера 2, формируются функции принадлежностей термов входной (температура Т) и выходной (угол поворота шагового электродвигателя U) величин:

где t - численные значения температуры в зоне резания (от минимального до максимального значения); ц(/)—»[0, 1] - соответствующие величинам температуры значения функции принадлежности (из интервала от 0 до 1); и - численные значения угла поворота шагового электродвигателя в зоне резания (от минимального до максимального значения, то есть от -90° до +90°); ц(н)—>[0, 1] - соответствующие величинам угла поворота значения функции принадлежности (из интервала от 0 до 1).

Функции принадлежности входной Т и выходной U величин состоят из пяти термов. Для температуры T=(t0 M, tM, t,„ tg, t0J), для угла

ПОВОрОТа U (Исильно_влево> М«лево> Wнормально> Ивпрскиь Мсил ьно_еправо) • ПрИНЦИПН-

альных ограничений на количество термов входной и выходной переменных нет, в целях сокращения объема вычислений ограничимся пятью термами.

В блок фаззификацни 4 из блока формирования функций принадлежностей 3 передаются значения функций принадлежностей и в зависимости от текущего значения температуры t, полученного от тепловизора 1, формируется фаззифицнрованный вектор значений для каждого терма функции принадлежности /' где текущее значение температуры t является аргументом ц(7), позволяя найти количественное значение из интервала [0, 1] для /-ц(/). Этап фаззификацни считается законченным, когда будут найдены значения /'для пяти термов функции принадлежностей входной величины Г:

В блоке композиции 5 введена система НП, состоящая из 5 правил и имеющая следующий вид:

При этом система НП построена таким образом, чтобы в любой момент времени условная часть была истинна только в одном НП управления и ложна во всех остальных правилах этой системы. Вследствие этого в каждом цикле сканирования системы НП обрабатывается не вся система, а только та её часть, которая имеет в формуле (2.3) значения весовых коэффициентов (t'O M, t'M, t'H, t'g, t'0j), отличные от нуля.

Далее в блоке композиции 5 производится алгебраическое произведение величин фаззифицированного вектора значений для каждого терма функции принадлежности f на значения соответствующих весовых коэффициентов F (по умолчанию //...5=1). После этого методом нечеткой композиции вычисляются новые значения выходной величины угла поворота шагового электродвигателя в виде новых термов функций принадлежности.

В блоке аккумуляции 6 производится логическое объединение новых термов функции принадлежностей и формируется нечеткий вектор функций принадлежностей U':

имеющим функцию принадлежности

В блоке дефаззификаций 7 нечеткий вектор функций принадлежностей U' преобразуется в единственное четкое значение по методу центра тяжести:

где п - количество нечетких правил управления.

Таким образом, выбор нового значения для выходного параметра угла поворота шагового электродвигателя для стабилизации процесса резания при токарной обработке на оборудовании с ЧПУ производится по формулам (2.1)^-(2.6).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >