WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВЫСОКОТОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

Милостная Наталья Анатольевна

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВЫСОКОТОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Курск  2008


Работа выполнена в ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет» на кафедре «Вычислительная техника»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ

Титов Виталий Семенович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Рубанов Василий Григорьевич

кандидат технических наук

Тюпин Дмитрий Викторович

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж)

Защита диссертации состоится «30» января 2009 г. в 1600 часов в конференц-зале на  заседании   совета   по   защите   докторских   и   кандидатских    диссертаций Д 212.105.03 при ГОУ ВПО Курском государственном техническом университете по адресу: 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет», по адресу г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

Автореферат разослан «27» декабря 2008г.

Текст автореферата размещен на сайте http://www.kstu.kursk.ru/diss/ 29.12.2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.ф-м.н, профессор

         ____________ Ф.А. Старков


Общая характеристика работы

Актуальность темы: Современное машино- и приборостроительное производство различных объектов требует согласованную работу на всех этапах технологического процесса (ТП). Основным требованием для обеспечения согласованной работы автоматизированных систем контроля и управления (АСКиУ) ТП выступает создание человеко-машинных систем с интеллектуальной поддержкой процессов управления на всех этапах жизненного цикла промышленных изделий.

Разработка АСКиУ направлена на создание резерва технологической точности, представляющего собой запас, при котором погрешности, возникающие в процессе обработки деталей, не выходят за пределы поля допуска на размер детали. У зарубежных станкостроительных фирм такой резерв технологической точности составляет примерно 70-75%. Важным фактором при разработке АСКиУ ТП является то, что в его ходе возникает задача поддержания определенных параметров управления на заданном уровне и компенсации возмущающий воздействий, действующих на объект управления. Например, при токарной обработке происходят искажения формы детали под действием колебания силы резания, что влияет на смещение оси детали относительно системы координат оборудования с ЧПУ и, как следствие, ведет к появлению брака. До настоящего времени в АСКиУ ТП применяются устройства управления с постоянной скоростью, использующие пропорционально–интегральное–дифференциальное или адаптивное управление. Для таких методов управления необходимо, чтобы динамические характеристики оборудования с ЧПУ были известны и существенно не изменялись во времени, а возмущающие воздействия были минимальны. Однако динамические характеристики производственного оборудования значительно изменяются в зависимости от колебания силы резания и наличия возмущающих воздействий. Поэтому для управления точностью обработки деталей в существующих АСКиУ используется зависимость силы резания от параметров режима резания, подачи и скорости резания.

Проблемная ситуация заключается в возникновении существенных трудностей для эксперта или технолога при выборе единственного значения параметров режима резания из рекомендуемых диапазонов, что требует создания новых средств формализации функционирования АСКиУ ТП. Вместе с тем обеспечение постоянства динамического режима, рассчитанного по эмпирическим формулам, невозможно, так как в реальных условиях на обрабатываемую поверхность заготовки действуют возмущающие воздействия.

В связи с этим перспективным подходом для создания АСКиУ ТП высокоточной обработки деталей является использование теории нечеткой логики, позволяющей для каждой технологической операции оценить диапазоны рекомендуемых значений в виде нечетких интервалов и выбрать из них единственное значение. А также формализовать динамический режим, то есть на основе нечетких правил управления в режиме реального времени контролировать влияние возмущающих воздействий, что в конечном итоге повысит точность обработанных поверхностей заготовок.

Таким образом, актуальной научно-технической задачей является создание средств формализации АСКиУ ТП и ее структурно-функциональной организации для повышения точности и поддержания параметров управления на заданном уровне при обработке деталей на оборудовании с ЧПУ в условиях возникновения возмущающих воздействий.

Диссертационная работа выполнена в рамках фундаментальных исследований с госбюджетным финансированием, которые велись и ведутся в Курском государственном техническом университете – госбюджетная НИР 1.05.08Ф № государственной регистрации 02200800303, 2005-2007 гг. «Исследование принципов функционирования автоматизированных систем контроля и методов их управления на основе нечеткой логики», а также хозяйственного договора 1.37.02 «Разработка программных средств и обработка измерительной информации».

Цель диссертации: повышение точности обработки деталей за счет компенсации возмущающих воздействий в режиме реального времени путем создания нечеткой математической модели и автоматизированной системы контроля и управления.

Задачи исследования:

1. Сравнительный анализ существующих АСКиУ производства заготовок и математических моделей, описывающих их поведение и определение путей повышения точности обрабатываемых поверхностей детали.

2. Создать математическую модель управления точностью обработки деталей на оборудовании с ЧПУ методами нечеткой логики.

3. Разработать метод автоматизации контроля размера обрабатываемой поверхности детали на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени.

4. Создать структурно-функциональную организацию АСКиУ и разработать аппаратно-программный комплекс.

Научную новизну работы составляют:

  • математическая модель управления точностью обработки деталей на основе теории нечеткой логики, включающая математическую модель возмущающих воздействий, математическую модель прогнозирования силы резания и математическую модель параметров управления, позволяющую повысить точность обработки поверхностей деталей в режиме реального времени.
  • формализованные методы расчета параметров режима резания и на их основе программное обеспечение, базирующиеся на математической модели управления точностью обработки деталей, отличающиеся тем, что для прогнозирования силы резания используется множество нечетких правил управления, что позволяет выбирать из рекомендуемого диапазона единственное значение параметров управления.
  • структурно-функциональная организация АСКиУ контролируемого размера обрабатываемой поверхностей  детали и инженерная методика расчета параметров ТП в режиме реального времени.
  • аппаратно-программный комплекс, позволяющий оценить адекватность разработанной математической модели управления точностью обработки деталей.

Методы исследования. В работе использованы методы теории управления системами, теории нечетких множеств, теории сигналов и проектирования ЭВМ, аппарат матричной алгебры, применены теоретические положения современной технологии машиностроения, а также методы вычислительной математики и математической статистики, теоретического программирования и теории алгоритмов.

Практическая ценность работы:

1. Разработанная математическая модель управления точностью обработки деталей может быть использована при создании различных высокоточных АСКиУ машиностроительным оборудованием, которые могут применяться, прежде всего, в автоматизации технологических процессов, а именно для повышения точности обработки деталей в режиме реального времени.

2. Созданный аппаратно-программный комплекс АСКиУ, основанный на использовании нечеткой логики, обеспечивает адаптацию к влиянию возмущающих воздействий, действующих на объект управления в ходе обработки деталей, а также является основой для оценки адекватности математической модели.

3. Разработанные автоматизированные системы управления защищены патентами РФ №№ 2288808, 2288809, 2280540, 2325247.

Реализация и внедрение:

Результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены в ОАО «Фармстандарт-Лексредства» при разработке в экспериментальном порядке автоматизированной системы управления технологическим процессом, а также используются в учебном процессе в Курском государственном техническом университете в рамках дисциплин «Электротехника и электроника» и «Основы теории управления», что подтверждается соответствующими актами.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель управления точностью обработки деталей, основанная на использовании методов нечеткой логики с применением метрики Лукашевича и позволяющая адаптировать технологический процесс с учетом влияния внешних возмущающих воздействий.

2. Алгоритм функционирования автоматизированной системы контроля и управления технологическим процессом высокоточной обработки деталей, позволяющий стабилизировать размер обрабатываемой поверхности детали в зависимости от текущего значения силы резания.

3. Структурно-функциональная организация АСКиУ ТП, обеспечивающая в режиме реального времени при компенсации возмущающих воздействий точность обработки деталей.  

4. Аппаратно-программный комплекс, позволяющий оценить адекватность разработанной математической модели управления точностью обработки деталей и методика определения геометрических размеров обрабатываемых поверхностей деталей на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международных и российских конференциях: VII, IX Международных научно-техни­ческих конференциях «Ме­дико-экологические информаци­онные технологии» (г. Курск, Российская Федерация, 25-26 мая 2004г., 23-24 мая 2006г.); VII и VIII Международных конференциях «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации «Распознавание – 2005», «Распознавание – 2008» (г. Курск, Российская Федерация, 4-7 октября 2005 г., 13-15 мая 2008г.); IV, V международных на­учно-технических конфе­ренциях «Современные инструментальные сис­темы, информационные технологии и инновации» (г. Курск, Российская Федерация, 18-20 мая 2006г., 23-25 мая 2007г.); IV International Conference «Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems» (Катанья, Италия, 27 мая-3 июня 2006 г.); V International Conference «Information and Telecommunica­tion Technologies in Intelligent Systems». (Mallorca, Испания, 31 мая-7 июня 2007 г.), а также на научно-технических семинарах кафедры «Вычислительная техника» Курского государственного технического университета с 2004 по 2008 гг.

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 16 печатных работах. Среди них 5 статей, опубликованных в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень журналов и изданий, рекомендуемых ВАК, а также 4 патента Российской Федерации, 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем предложены: в [2, 8, 10, 13] – математическая модель управления точностью обработки деталей, в [5, 3, 12, 14, 16] – методика определения параметров режима резания и возмущающих воздействий, действующих на объект управления в режиме реального времени, в [4, 1, 6, 7, 9, 11, 15] – структурные схемы, основные принципы определения размера контролируемой поверхности детали и алгоритм функционирования АСКиУ ТП.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа содержит 148 страниц основного текста, в том числе 47 рисунков, 16 таблиц, список использованных источников из 136 наименований и 1 приложения на 3 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационного исследования, представлены положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассмотрены вопросы, связанные с построением АСКиУ ТП. Дан анализ методов контроля и управления точностью обработки деталей на оборудовании с ЧПУ. Показано, что точность обрабатываемых деталей напрямую связана с колебанием силы резания. Обосновано, что существующие АСКиУ ТП не обеспечивают требуемую точность из-за трудности формализации динамического режима работы оборудования с ЧПУ. Доказано, что использование теории нечеткой логики в АСКиУ позволит увеличить точность обработки деталей за счет оценки рекомендуемых значений параметров режима резания в виде нечетких интервалов и поддержания их на заданном уровне с помощью нечетких правил управления.

Во второй главе получена математическая модель управления точностью обработки деталей методами нечеткой логики FУТ(Ад), позволяющая путем выбора и поддержания на заданном уровне параметров режима резания подачи и скорости резания повысить точность обработки деталей. Основными компонентами которой являются математические модели: возмущающих воздействий FВВ(e); сил резания FСР(Р); выбора параметров управления FПУ(s, v)

.

(1)

В общем виде вектор входных и выходных параметров, позволяющих сформировать математическую модель (1), представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Вектор входных и выходных параметров

Математическая модель возмущающих воздействий определяется

(2)

где Py – сила резания; Jсуп – жесткость суппорта; Jпб, Jзб – действительная жесткость передней и задней бабки, соответственно; х – расстояние от передней бабки до произвольной точки на заготовке; k – коэффициент равен 0,0309; D – диаметр заготовки;L – длина заготовки; at – температурный коэффициент линейного расширения; (t-t0) – изменение температуры нагрева заготовки во время обработки деталей на машиностроительном оборудовании; Сo – коэффициент, характеризующий условие обработки; В – вылет резца;Fр – площадь сечения резца;– предел прочности обрабатываемого материала; t – глубина резания; S – подача; V – скорость резания; m, n, y, z – параметры при соответствующих режимах резания; ts – время, затраченное на отвод инструмента, VS – скорость съема припуска; tп – погрешность запаздывания систем активного контроля [13].

Математическая модель силы резания FСР(Р) включает в себя: нечеткую математическую модель прогнозирования силы резания FПСР, основанную на системе нечетких отношений с функцией обучения FФО(P), позволяющей в условиях реальной обработки деталей генерировать поправки к коэффициентам математической модели прогнозирования силы резания и нечеткую математическую модель коррекции режима резания FКРР при обработке деталей на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени с функцией самонастройки FФС(P), позволяющей осуществлять коррекцию режима резания на этапе предварительной настройки и в режиме реального времени.

FСР(Р) = f (FПСР (FФО(P)), FКРР (FФС(P))).

(3)

В качестве входных данных математической модели прогнозирования силы резания используется информация о параметрах резания, заранее определенные производственные знания (размеры заготовок, характеристики обрабатываемого материала и т.п.) и условия работы. На основе этих данных с помощью нечетких выводов прогнозируются режимы резания для каждой технологической операции (рис. 2).

Рис. 2. Блок схема АСКиУ ТП

После обработки детали на оборудовании с ЧПУ при помощи функции обучения и на основе реальных данных обработки заготовки резанием осуществляется обучение нечеткой математической модели прогнозирования силы резания. Нечеткая математическая модель прогнозирования силы резания FПСР представляется в виде множества нечетких правил вида «если… то»

(4)

где Fii-ое нечеткое правило;  – нечеткие множества;  – входные переменные;  – выходные значения i-го нечеткого правила;  – коэффициенты.

Для адаптации нечеткой математической модели прогнозирования силы резания к учету возмущающих воздействий необходима обучающая функция. С помощью функции обучения для обработки каждой детали на оборудовании с ЧПУ корректируются коэффициенты целевых функций логических заключений

    = () (),

(5)

где  – вектор обучаемых коэффициентов; – нормированный вес предпосылок;  – вектор n-ых данных;  – матрица поправок.

Для АСКиУ ТП с целью компенсации изменения динамических характеристик используется нечеткая математическая модель коррекции режима резания FКРР с функцией обучения FФС(P). FКРР выполняет нечеткие выводы, следуя правилам управления путем вычисления управляющей величины FВВ(e), причем в качестве входной информации для FКРР используется отклонение силы резания от заданного значения. На вход подается спрогнозированное значение силы резания FПСР найденное из формулы (4).

Нечеткая математическая модель коррекции режима резания FКРР представляется в виде множества нечетких правил управления (НПУ) вида «если… то» и задается зависимостью

(6)

где для момента времени t:  – отклонение регулируемой величины силы резания в момент времени t;  – разность отклонений 1-го порядка;  – приращение задающей величины подачи в момент времени t;  и  – спрогнозированная FПСР и текущая (измеренная с помощью датчика) сила резания, соответственно; Рs1 и Ns1 – положительное и отрицательное значение, соответственно.

НПУ 1 заключаются в том, что «если сила резания меньше заданной, то необходимо увеличить подачу»; правило НПУ 2 – «если сила резания больше заданной, то необходимо уменьшить подачу»; правило НПУ 3 – «если сила резания уменьшается, то необходимо увеличить подачу»; правило НПУ 4 – «если сила резания увеличивается, то необходимо уменьшить подачу».

Величины Рs1 и Ns1, входящие в НПУ, представляют собой нечеткие множества, которые имеют функции принадлежности для каждой переменной (рис. 3). Функции принадлежности предпосылок имеют вид арктангенсов, а функции принадлежности заключений имеют вид прямых линий. Представление функции предпосылки в виде арктангенсов необходимо для того, чтобы скорректированное значение подачи, которое формирует FКРР при почти нулевом отклонении силы резания от заданной величины, было достаточным для обеспечения требуемой точности обработанной поверхности детали, а если отклонение будет постепенно увеличиваться, то будет происходить приращение подачи. Благодаря этому задающая величина подачи будет способна адекватно реагировать на приращения значения силы резания, которые могут возникнуть при обработке детали.

а)

б)

Рис. 3. Вид функций принадлежностей: а – предпосылка; б – заключение

Исходя из этого функция принадлежности для предпосылки (рис. 3, а) имеет вид

,

при этом

(7)

Функция принадлежности заключения (рис. 3, б) имеет вид:

.

(8)

С помощью процедур нечеткого вывода (ПНВ) определяется нечеткое множество величин подач DSi, то есть задающих величин режима резания

при этом

(9)

В условиях интенсивной работы оборудования с ЧПУ и изменения  динамического режима возможны случаи, когда трудно получить удовлетворительные результаты при использовании FКРР. В этом случае требуется перенастройка параметров режима резания, позволяющая оценить реакции на управляющие воздействия и осуществить самонастройку режима резания (рис. 4).

Рис. 4. Структурная схема функционирования режима

самонастройки параметров управления

Формирование нечетких правил математической модели самонастройки FФС(P) происходит за два шага: предварительной настройки и настройки параметров в реальном времени.

На первом шаге предварительной настройки необходимо оценить: время достижения целевого значения , величину отклонения  и амплитуду . При этом математическая модель функции самонастройки примет вид

(10)

где  и  – реальная и заданная величина достижения целевого значения;  и  – реальная и заданная величина отклонения;  и  – реальная и заданная величина амплитуды.

Предварительную настройку параметров управления следует закончить в момент, когда получены требуемые результаты. С этой целью необходимо установить критерий нечеткой оценки для времени достижения целевого значения, величины отклонения и амплитуды

,

(11)

где ,  и  – значения функций принадлежностей, характеризующие меру качества по отношению к достижению целевого значения, величине отклонения и амплитуды.

На втором шаге настройки параметров в реальном времени для достижения максимального качества обработанной поверхности детали на машиностроительном оборудовании необходимо выбрать в качестве начальных параметров управления значения, полученные при предварительной настройке, и обеспечить равенство между задающей величиной Py с заданной реакцией P?y. При этом необходимо рассмотреть четыре вида возможных реакций на задающую величину по отношению к заданной реакции (рис. 5).

а)

б)

в)

г)

Рис. 5. Примеры возможных реакций

Исходя из выражений (7, 8) для координат вершины функции следует, что если при положительном pt увеличивается a1 и b1, то она сместится влево. При смещении влево необходимо уменьшать задающую величину Dst. Связь между параметрами ai и biзадающей величины и вершиной выражается:

– для того чтобы увеличить подачу Dst следует уменьшить ai и увеличитьbi, если вершина находится в положительной области (). Если вершина находится в отрицательной области (), то необходимо увеличивать ai и уменьшать bi;

– для того чтобы уменьшить подачу Dst следует увеличить ai и уменьшитьbi, если вершина находится в положительной области (). Если вершина находится в отрицательной области (), то необходимо уменьшить ai и увеличить bi;

На основе нечеткого вывода осуществляется коррекция параметров. После корректировки параметры имеют значения

  

(12)

где sgn (Dst) – вершина функции, определенной по формуле (9).

Формулы (4?12) определяют нечеткую математическую модель силы резания (3)

в виде композиции входящих в нее математических моделей

(13)

Математическая модель выбора параметров управления запишется

.

(14)

где si, vi – подача и скорость резания на i-ой операции ТП, определяются как ,  – ,  – нижнее и верхнее модальное значение нечеткого интервала подачи и скорости резания (значения берутся из паспорта станка); as, bs – начальное и конечное значения рекомендуемых диапазонов подачи; av, bv – начальное и конечное значения рекомендуемых диапазонов скорости резания; Кi – коэффициент, зависящий от геометрических характеристик заготовки; l? – переменная функция принадлежности для каждой i-ой токарной операции технологического процесса; s?i, v?i – уточненный интервал подачи и скорости резания; xi – степень принадлежности для каждой i-ой токарной операции технологического процесса.

Совокупность формул (2, 13, 14) позволяет получить математическую модель управления точностью обработки деталей методами нечеткой логики (1).

В третьей главе разработана методика определения геометрических размеров обрабатываемых поверхностей деталей Ад на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени. В ходе выполнения диссертационной работы был получен патент [14] на устройство, работающее на основе данного  метода. Способ определения размеров контролируемой детали заключается в следующем. Излучатель лазерного пучка сканирует поверхность детали. Приемник отраженного сигнала обрабатывает сигнал, отраженный от поверхности детали, и передает его на измерительное устройство, осуществляющее определение координат поверхности детали.

Координаты в точке А на поверхности контролируемой детали описываются соотношениями. Прямые О2А и О1А (рис.6, а)

Прямая (О2А)     ,

(15)

где xa – размер от центра начала координат О до точки А по оси Х; F – фокусное расстояние приемника отраженного сигнала; y1 – расстояние от местоположения двухкоординатного измерительного источника до центра  начала координат О по оси Y; xfa – расстояние, зависящее от фокусного расстояния F приемника отраженного сигнала по оси Х.

а)

б)

Рис. 6. Определение координат поверхности детали: а - в точке А; б - в точке B

Прямая (О1А)     ,

(16)

где D – расстояние от центра начала координат О до местоположения О1 излучателя лазерного пучка по оси Х; Va – угол направления лазерного пучка относительно оси Y; Wa – отрицательный угол лазерного пучка относительно оси Y.

Из уравнений 15 и 16 определяется ха - координата точки А отражения пучка

.

(17)

Используя формулы 15?17 находится - координата в точке А

.

(18)

Ось z перпендикулярна плоскости (рис. 6, а), и при этом – координата точки А отражения пучка вычисляется

,

(19)

где zfa – расстояние, зависящее от отраженного сигнала по оси Z.

Координаты в точке В на поверхности контролируемой детали описываются соотношениями. Прямые I и II на (рис. 6, б)

,

(20)

где xb – размер от цента начала координат О до точки B по оси Х; F – фокусное расстояние приемника отраженного сигнала; y1 – расстояние от местоположения двухкоординатного измерительного источника до центра  начала координат О по оси Y; xfb – расстояние зависящее от отраженного сигнала по оси Х; D – расстояние от центра начала координат О до местоположения О1 излучателя лазерного пучка по оси Х; Vb – угол направления лазерного пучка относительно оси Y; Wb – отрицательный угол лазерного пучка относительно оси Y

                   ,

(21)

                   .

(22)

Контролируемый размер детали определяется

(23)

что дает возможность определять контролируемый размер обработанной поверхности детали на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени.

В четвертой главе описывается аппаратно-программный комплекс (АПК) для проведения испытаний высокоточной АСКиУ ТП и методика их проведения. Созданный АПК (рис. 7) позволяет провести экспериментальные исследования, необходимые для проверки адекватности математической модели управления точностью обработки деталей (1).

 

Рис. 7. АПК: а - внешний вид, б - структурная схема

АПК содержит: 1 – лазерный датчик; 2 – датчик силы резания; 3 – шпиндельный узел; 4 – деталь (обрабатываемая заготовка); 5 – датчик обратной связи; 6 – резцедержательная головка; 7 – резец; 8 – датчик, использующийся для определения смещения детали; 9 – датчик, использующийся для определения смещения шпиндельного узла; 10 – управляющая ЭВМ; БК – блок клапанов; БУС – блок усиления сигнала; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь; БРР – блок расчета радиуса; БУ – блок умножения; БЗЭР – блок записи эталонного размера; БРВВ – блок расчета возмущающих воздействий; БВКУ – блок ввода коэффициента уточнения.

В ходе проведения эксперимента получены результаты, позволяющие проверить выведенные теоретические зависимости при обработке деталей на машиностроительном оборудовании. Произведена оценка, а также сравнение результатов моделирования с результатами статистической обработки.

Для оценки полученных результатов были произведены замеры 20 деталей типа ось. По результатам измерений определен объем минимальной выборки и показано, что количество замеров по каждому из контролируемых параметров достаточно для оценки результатов эксперимента. Оценка грубых погрешностей проводилась по методу Грэббса. Рассчитанные значения ошибок асимметрий и эксцессов малы. Поэтому результаты эксперимента, то есть распределение отклонений от центра поля допуска подчиняется нормальному закону распределения.

Для оценки стабильности и устойчивости ТП был произведен анализ с помощью выборки. Экспериментальные данные показывают, что гипотеза случайности верна, поэтому ТП устойчив и стабилен. При этом отклонения размеров носят случайный характер и используемое машиностроительное оборудование обеспечивает необходимую точность, что является оценкой его качества.

Используя метод наименьших квадратов, были определены коэффициенты, позволяющие составить расчетные уравнения. Проанализировав их, были построены диаграммы сравнения теоретических и экспериментальных данных обработки деталей в ходе выполнения технологической операции на оборудовании с ЧПУ рис. 8.

а)

б)

в)

Рис. 8. Сравнение теоретических и экспериментальных данных: а - для ?15f7; б - для диаметра ?25e8; в - для диаметра ?10f7

Сравнительный анализ показывает, что разность между экспериментальными и теоретическими значениями не превышает 10%, что подтверждает адекватность математической модели управления точностью обработки деталей (1).

В ходе проведения эксперимента были рассчитаны возникающие погрешности при обработке партии деталей (20 шт) типа ось с использованием математической модели (1) и без неё: абсолютная, относительная и приведенная. Абсолютная погрешность – это среднее квадратическое отклонение размеров партии деталей для каждого номинала от центра поля допуска. Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к центру поля допуска на размер. Приведенная погрешность – отношение абсолютной погрешности к допуску на размер. Точность определяется как отношение среднего арифметического значения абсолютной погрешности без использования математической модели (1) к среднему арифметическому значению абсолютной погрешности с использованием математической модели (1). Данные приведены в таблице 1.


Таблица 1

Анализ обработанных поверхностей с использованием математической модели управления точностью обработки деталей и без нее

Результаты без использования математической модели (1)

Результаты с использованием математической модели (1)

Номинал

Центр поля допуска, мм

Допуск, мм

?15f7

14,974

0,016

?25e7

24,947

0,040

?10f7

9,975

0,016

?15f7

14,974

0,016

?25e7

24,947

0,040

?10f7

9,975

0,016

Абсолютная погрешность, %

0,005996

0,012757

0,005192

0,004914

0,010414

0,00488

Относительная погрешность, %

0,0004

0,000511

0,00052

0,000328

0,000417

0,000489

Приведенная погрешность, %

0,33309

0,386583

0,28845

0,273

0,315574

0,271134

Среднее значение абсолютной погрешности

0,007982

0,006736

Точность

Повысилась в

0,007982

=1,18 раза

0,006736

На основании данных, приведенных в таблице 1, сделан вывод, что при использовании математической модели (1) точность обработки детали повышается в 1.18 раза, что свидетельствует об актуальности и научно-технической ценности работы, а также о высокой практичности разработанной АСКиУ ТП обработки деталей на оборудовании с ЧПУ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Показано, что на точность обработки поверхностей деталей на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени наибольшее влияние оказывает сила резания, которой можно управлять путем изменения параметров режима резания, а именно подачи и скорости резания.

2. Разработана математическая модель управления точностью обработки деталей методами нечеткой логики, позволяющая в режиме реального времени, варьируя параметрами режима резания, корректировать технологические процессы на оборудовании с ЧПУ.

3. Создан алгоритм функционирования АСКиУ, основанный на математической модели управления точностью обработки деталей, позволяющий в режиме реального времени повысить точность обработки поверхностей детали.

4. Созданы структурно-функциональная организация АСКиУ на основе использования лазерных датчиков и метод расчета контролируемых размеров обрабатываемых поверхностей деталей на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени.

5. Разработаны аппаратно-программный комплекс и методика проведения на основе нечеткой логики испытаний системы управления, обеспечивающие экспериментальные исследования ТП обработки деталей на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени.

6. В результате проведенных экспериментальных исследований подтверждена адекватность математической модели управления точностью обработки деталей типа ось, повышающая точность обработки в 1,18 раз, что позволяет использовать её для теоретических исследований влияния возмущающих воздействий на точность обрабатываемых поверхностей деталей на оборудовании с ЧПУ.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

  • Милостная, Н.А. АСУ прогнозирования точностью обработки деталей [Текст]/ В.С. Титов, Н.А. Милостная, М.В. Бобырь// Автоматизация в промышленности. Москва, 2008. №4. С. 3-4.
  • Милостная, Н.А. Автоматизированная система прогнозирования и управле­ния точностью обработки деталей [Текст]/ В.С. Титов, Н.А. Милостная, М.В. Бобырь// Промышленные АСУ и контрол­леры. Москва, 2006. № 11. С. 31-36.
  • Милостная, Н.А. Автоматизированная система контроля и управления точ­ностью обработки деталей на оборудовании с ЧПУ [Текст]/Н.А. Милостная, М.В. Бобырь, Ю.П. Стеценко// Известия. Тульского государст­венного университета. Серия. Вычислительная техника. Ин­формационные технологии. Сис­темы управления. Тула, 2006. Выпуск 1. С. 63-67.
  • Милостная, Н.А. Особенности оценки точно­сти измерений размеров при ис­пользовании высокоточных автоматизированных систем [Текст]/ В.С. Титов, Н.А. Милостная, М.В. Бобырь// Промышленные АСУ и контрол­леры. Москва, 2005. № 6. С. 17-19.
  • Милостная, Н.А Контроль работоспособности АСУ [Текст]/ В.С. Титов, Н.А. Милостная// Промышленные АСУ и контрол­леры. Москва, 2005. №1. С. 35-36.

Статьи и материалы конференций

  • Милостная, Н.А. Анализ методов управления технологическими процессами обработки деталей  [Текст]/ Н.А. Милостная // Ме­дико-экологические информаци­онные технологии-2004. сб.материал. VII Международной научно-техни­ческой конференции/ КурскГТУ. Курск, 2004. С. 107-109.
  • Милостная, Н.А. Особенности оценки парамет­ров контроля автоматизиро­ван­ных систем управления [Текст]/ Н.А. Милостная // Распознование-2005. сб.материал. VII Международной научно-техни­ческой конференции/ КурскГТУ. Курск, 2005. С. 190-191.
  • Милостная, Н.А. Интеграция автоматизиро­ванных систем управления [Текст]/ Н.А. Милостная // Современные ин­струментальные сис­темы, инфор­мационные технологии и иннова­ции. сб.материал. IV Международной научно-техни­ческой конференции/ КурскГТУ. Курск, 2006. Ч.­1, С. 12-14.
  • Милостная, Н.А. Автоматизированная система прогнозиро­вания и управле­ния точностью обработки деталей [Текст]/ В.С. Титов, Н.А. Милостная, М.В. Бобырь// Методы и средства обра­ботки информации. сб. научных статей. Выпуск 4/ КурскГТУ. Курск, 2007. С. 21-29.
  • Милостная, Н.А. Система управления машиностроительным оборудованием в реальном времени [Текст]/ Н.А. Милостная // Распознование-2008. сб.материал. VIII Международной научно-техни­ческой конференции/ КурскГТУ. Курск, 2008.Ч.1. С. 67-69.
  • Милостная, Н.А. Операционные системы реального времени для ЧПУ [Текст]/ В.С. Титов, Н.А. Милостная, М.В. Бобырь// Промышленные АСУ и контрол­леры. Москва, 2008. № 7. С. 31-34.

Патенты

  • Пат. № 2280540 Российская Федерация. Устройство высокоточной обра­ботки деталей на оборудовании ЧПУ / В.С. Титов, Н.А. Милостная, М.В. Бобырь; заявитель и патентообладатель КурскГТУ. Изобретения № 21, кл. B 23 B 25/06. №2005103168/02; заявлено 08.02.2005. опубл. 27.07.2006. Бюл. №21. - 4с.
  • Пат. № 2288808 Российская Федерация. Устройство управления точно­стью обработки деталей на высокоточном оборудовании ЧПУ / В.С. Титов, Н.А. Милостная, М.В. Бобырь; заявитель и патентообладатель КурскГТУ. Изобретения № 34, кл. B 23 B 25/06, B 23Q 15/12. 2006. №2005103169/02; заявлено 08.02.2005; опубл. 10.12.2006. Бюл. №34. - 5с.
  • Пат. № 2288809 Российская Федерация. Устройство управления точно­стью обработки деталей / В.С. Титов, Н.А. Милостная, М.В. Бобырь; заявитель и патентообладатель КурскГТУ. Изобретения № 34, кл. B 23 B 25/06, B 23Q 15/12. 2006. №2005113470/02; заявлено 03.05.2005; опубл. 10.12.2006. Бюл. №34. - 7с.
  • Пат. № 2325247 Российская Федерация. Устройство прогнозирования на оборудовании с ЧПУ качества обработанных поверхностей детали / В.С. Титов, Н.А. Милостная, М.В. Бобырь; заявитель и патентообладатель КурскГТУ. Изобретения № 15, кл. B 23B 25/06. 2008. №2005138097/02; заявлено 07.12.2005; опубл. 27.05.2008. Бюл. №15. - 5с.

Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

  • Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007610188 Российская Федерация. Метод определения оптималь­ных параметров режимов реза­ния на оборудовании с ЧПУ на основе использования нечетких интервалов/ В.С. Титов, Н.А. Милостная, М.В. Бобырь; заявитель и патентообладатель КурскГТУ.

Соискатель                                                                                     Н.А. Милостная

Подписано в печать 25.12.2008г. Формат 60?84 1/16 .

Печатных листов 1,1.   Тираж 100 экз.  Заказ ______.

Курский государственный технический университет,

305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.