Об одном частном случае синтеза системы управления процессом обработки металлов точением

Введение. Одним из широко распространенных методов точной обработки металлов точением, при условии достаточно сложной формы обрабатываемой заготовки, является метод многократных повторов точения. Сутью этого метода является срезание очень тонкого слоя обрабатываемого материала. При этом, за счет последующих проходов режущего инструмента вдоль изделия, достигается требуемая глубина обработки. Существенным недостатком такого способа точения деталей сложной формы является низкая эффективность, обусловленная большим временем обработки. Материалы и методы. Повышение эффективности возможно за счет внедрения новых современных методов управления процессами обработки. В качестве таких методов могут быть использованы современные подходы к анализу и синтезу систем управления сложными технологическими процессами, основанные на раскрытии синергетической концепции управления. Особенностью этого подхода является выявление и учет внутренних обратных связей, стабилизирующих процесс обработки. На основании проведенного анализа синтезируется управление, которое представляет собой новые нелинейные отрицательные обратные связи, задачей которых является обеспечение требуемого уровня качества и эффективности технологического процесса при условии асимптотической устойчивости требуемых аттракторов. Результаты исследования. Для моделирования системы и учета влияния параметров двигателей, разработана принципиально новая математическая модель, учитывающая нелинейные процессы изменения сил. Проведен анализ динамики системы управления обработкой металлов точением с оценкой качества технологического процесса. В работе применен синергетический подход для построения оптимальной системы управления технологическим процессом с учетом взаимосвязанности приводов, обеспечивающих вращение заготовки и подачу. Проведен анализ динамики синтезированной системы со сравнительной оценкой прироста качества. Обсуждения и заключения. Синтезированный синергетический закон управления существенно изменил свойства системы управления технологическим процессом обработки металлов точением. Сравнительный анализ полученных зависимостей позволил констатировать существенное повышение точности обработки. При этом синтезированное управление системой асимптотически приближает отклонение припуска к значению, которое задавалось как одна из констант по каналу управления скоростью подачи.

процесс резания, система управления, синергетический синтез, подача, жесткость заготовки, cutting process, control system, synergetic synthesis, feed, workpiece stiffness

1. Лапшин, В. П. Оценка влияния скорости подачи, на равновесные режимы привода обеспечивающего фрезерование заготовки переменной толщины/ В. П. Лапшин, Р. А. Тюняев, В. В. Христофорова // Динамика технических систем, сб. трудов 12-й междунар. научно-техн. конф. - Ростов-на-Дону, 2016. - С.180-184.

2. Zakovorotny, V.L., Lukyanov, A.D. The problems of control of the evolution of dynamic system interacting with the medium. International Journal of Mechanical Engineering and Automation. 2014. - Vol. 1, no. 5. - P. 271-285.

3. Anh, N.D., Zakovorotny, V.L., Hao, D.N. Van der Pol-Duffing oscillator under combined harmonic and random excitations. Vietnam Journal of Mechanics. 2014. - Vol. 36, no. 3. - P. 161-172.

4. Zakovorotny, V.L., Lukyanov, A.D., Gubanova, A.A., Hristoforova, V.V. Bifurcation of stationary manifolds formed in the neighborhood of the equilibrium in a dynamic system of cutting. Journal of Sound and Vibration, 2016. - Vol. 368. - P. 174-190.

5. Zakovorotny, V.L., Lukyanov, A.D. Parametric phenomena in processing control on machine-tools. 6th International Scientific Conference “Applied Sciences and Technologies in the United States and Europe: Common Challenges and Scientific Findings”, 2014, pp. 113-118.

6. Lapshin, V.P., Turkin, I.A. Dynamic influence of the spindle servo drive on the drilling of deep narrow holes. Russian Engineering Research, 2015. - Vol. 35, no. 10. - P. 795-797.

7. Колесников, А. А. Современная прикладная теория управления : синергетический подход в теории управления/ А. А. Колесников. - Таганрог : Изд-во ТРТУ, 2000. - 68 с.

8. Синергетика и проблемы теории управления. / Под ред. А. А. Колесникова. - Москва : Физматлит, 2004. - 504 с.

9. Заковоротный, В. Л. Управление процессом сверления глубоких отверстий спиральными сверлами на основе синергетического подхода/ В. Л. Заковоротный, В. П. Лапшин, И. А. Туркин // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия : Технические науки. - 2014. - №3(178). - 33-41 с.

10. Лапшин, В. П. Влияние свойств сервопривода шпинделя на динамику сверления глубоких отверстий малого диаметра/ В. П. Лапшин, И. А. Туркин // Вестник Донского гос. техн. ун-та. - 2013. - №5-6(74). - С.125 - 130.

11. 1. Lapshin, V.P., Tyunyaev, R.A., Khristoforova, V.V. Otsenka vliyaniya skorosti podachi, na ravnovesnye rezhimy privoda obespechivayushchego frezerovanie zagotovki peremennoy tolshchiny. [Assessing impact of feed rate on equilibrium drive mode providing tapered workpiece milling.] Dinamika tekhnicheskikh system: sb. trudov 12-y mezhdunar. nauchno-tekhn. konf. [Dynamics of technical systems: Proc. 12th Int. Sci.-Tech. Conf.] Rostov-on-Don, 2016, pp. 180-184 (in Russian).

12. Zakovorotny, V.L., Lukyanov, A.D. The Problems of Control of the Evolution of the Dynamic System Interacting with the Medium. International Journal of Mechanical Engineering and Automation, 2014, vol. 1, no. 5, pp. 271-285.

13. Anh, N.D., Zakovorotny, V.L., Hao, D.N. Van der Pol-Duffing oscillator under combined harmonic and random excitations. Vietnam Journal of Mechanics, 2014, vol. 36, no. 3, pp. 161-172.

14. Zakovorotny, V.L., Lukyanov, A.D., Gubanova, A.A., Hristoforova, V.V. Bifurcation of stationary manifolds formed in the neighborhood of the equilibrium in a dynamic system of cutting. Journal of Sound and Vibration, 2016, vol. 368, pp. 174-190.

15. Zakovorotny, V.L., Lukyanov, A.D. Parametric phenomena in processing control on machine-tools. 6th International Scientific Conference “Applied Sciences and Technologies in the United States and Europe: Common Challenges and Scientific Findings”, 2014, pp. 113-118.

16. Lapshin, V.P., Turkin, I.A. Dynamic influence of the spindle servo drive on the drilling of deep narrow holes. Russian Engineering Research, 2015, vol. 35, no. 10, pp. 795-797.

17. Kolesnikov, А.А. Sovremennaya prikladnaya teoriya upravleniya: sinergeticheskiy podkhod v teorii upravleniya. [Modern management applied theory: synergistic approach to control theory.] Taganrog: TSRU Publ. House, 2000, 68 p. (in Russian).

18. Kolesnikov, А.А., ed. Sinergetika i problemy teorii upravleniya. [Synergetics and problems of control theory.] Moscow: Fizmatlit, 2004, 504 p. (in Russian).

19. Zakovorotny, V.L., Lapshin, V.P., Turkin, I.A. Upravlenie protsessom sverleniya glubokikh otverstiy spiral'nymi sverlami na osnove sinergeticheskogo podkhoda. [Process control drilling deep holes twist drills based on the synergetic approach.] University News. North-Caucasian region. Technical Sciences Series, 2014, no. 3 (178), pp. 33-41. (in Russian).

20. Lapshin, V.P., Turkin, I.A. Vliyanie svoystv servoprivoda shpindelya na dinamiku sverleniya glubokikh otverstiy malogo diametra. [Effect of spindle servo drive properties on drilling dynamics of deep pinholes.] Vestnik of DSTU, 2013, no. 5-6(74), pp.125-130 (in Russian).