Введение
Глава 1. Аналитический обзор состояния вопросов управления и повышения эффективности процесса лезвийной обработки 17
1.1 Эффективность процесса механической обработки металла 17
1.2 Существующие представления процесса резания
1.2.1 Энергетика процесса резания 23
1.2.2 Методы контроля температуры в зоне резания и применимость их в системах управления 28
1.3 Задачи исследований 30
Выводы по главе 1 31
Глава 2. Гипотеза о связи температуры в зоне резания металла с расходом электроэнергии привода главного движения станка 32
2.1 Установление связи температуры в зоне резания с расходом электроэнергии привода главного движения на процесс резания 32
2.1.1 Количество тепла, поступающего в зону резания 32
2.1.2 Существующие понятия о температуре в зоне резания 33
2.1.3 Связь температуры в зоне резания с мощностью электрической машины привода главного движения 35
2.2 Определение температуры в зоне резания по расходу энергии на процесс резания 38
2.2.1 Существующая модель зависимости температуры в зоне резания от параметров режима резания 38
2.2.2 Предлагаемый подход к решению проблемы определения температуры в зоне резания металла 40
2.2.2.1 Гипотеза о «нагреваемом теле» 40
2.2.2.2 Нагрев «нагреваемого тела» 43
2.2.2.3 Методика проверки гипотезы о «нагреваемом теле»
2.2.2.4 Анализ результатов сравнения теоретической и экспериментальной масс нагреваемого тела, подтверждение гипотезы 49
Выводы по главе 2 50
Глава 3. Процесс резания металла и технологическое оборудование как объекты управления 51
3.1 Силовая часть канала управления температурой в зоне резания 51
3.1.1 Схема силовой части канала управления температурой в зоне резания 51
3.1.2 Методика анализа элементов силовой части канала управления температурой в зоне резания как объектов управления 52
3.1.3 Этапы анализа процесса резания как объекта управления 55
3.1.4 Принятие решения о типе системы автоматического управления, которая может реализовать цель управления объектом 56
3.2 Анализ процесса резания как объекта управления 58
3.3 Система «электродвигатель привода главного движения – станок» как объект управления 63
3.3.1 Возмущающие воздействия электродвигателя 64
3.3.2 Механизм преобразования скорости вращения двигателя привода главного движения в скорость резания 65
3.4 Преобразователь электрической энергии как объект управления 68
3.5 Модель тангенциальной составляющей силы резания 70
3.5.1 Тангенциальная составляющая силы резания 70
3.6 Функциональная схема силовой части канала управления температурой резания как объекта управления 72
3.7 Структурная схема силовой части канала управления температурой в зоне резания 72
3.8 Канал управления подачей 73
3.8.1 Математическое описание динамических свойств электромеханического преобразователя механизма подачи 73
3.8.2 Модель момента сопротивления нагрузки двигателя механизма подачи 77
Выводы по главе 3 80
Глава 4. Система автоматического регулирования температуры в зоне резания металла 81
4.1 Функциональная схема системы автоматического регулирования температуры в зоне резания металла 81
4.2 Компенсация действия возмущений преобразователя энергии привода главного движения 81
4.3 Компенсация возмущений, действующих на систему «электродвигатель привода главного движения – станок» 83
4.4 Компенсация возмущений, действующих на канал управления подачей 85
4.5 Измеритель тангенциальной составляющей силы резания 86
4.6 Компенсация возмущений, действующих на процесс резания 89
4.7 Анализ точности регулирования температуры в зоне резания 91
4.8 Модель измерителя температуры в зоне резания 95
4.9 Структурная схема системы автоматического регулирования температуры в зоне резания металла 98
Выводы по главе 4 99
Глава 5. Экспериментальные исследования системы автоматического регулирования температуры в зоне резания металла 100
5.1 Технические характеристики оборудования, используемого в модели системы автоматического регулирования температуры в зоне резания металла 100
5.1.1 Технические характеристики токарного станка 100
5.1.2 Технические характеристики привода главного движения токарного станка 102
5.1.3 Технические характеристики привода подачи 105
5.2 Исследование характеристик звеньев структурной схемы системы автоматического регулирования температуры в зоне резания 106
5.2.1 Исследование характеристик процесса резания при торцовом точении 106
5.2.1.1 Модель процесса резания 106
5.2.1.2 Статические характеристики процесса резания 108
5.2.1.3 Динамические характеристики процесса резания 111
5.2.1.4 Особенности регулировочных характеристик процесса резания 115
5.2.1.5 Об энергоэффективности процесса лезвийной обработки 119
5.2.2 Исследование характеристик системы «электропривод главного движения – станок» 121
5.2.2.1 Исследование характеристик станка 121
5.2.2.2 Исследование характеристик электропривода механизма главного движения станка 124
5.2.2.3 Параметры схемы замещения асинхронного двигателя 125
5.2.2.4 Исследование характеристик электропривода главного движения станка при действии возмущений 128
5.2.3 Исследование характеристик электропривода механизма подачи 132
5.2.4 Исследование взаимодействия процесса резания и системы «электропривод главного движения – станок» 137
5.3 Исследование характеристик модели измерителя температуры в зоне резания 141
5.4 Исследование статических и динамических характеристик системы автоматического регулирования температуры в зоне резания металла 141
5.5 Исследование действия возмущений на выходную координату без применения системы автоматического регулирования температуры в зоне резания 144 5.6 Сравнительная оценка эффективности процесса лезвийной обработки
металлов с применением и без применения САРТ 145
Выводы по главе 5 151
Основные выводы и результаты 153
Список литературы 156
