RU2465116C2 - Nc lathe cutting stabiliser - Google Patents

Nc lathe cutting stabiliser Download PDF

Info

Publication number
RU2465116C2
RU2465116C2 RU2010134471/02A RU2010134471A RU2465116C2 RU 2465116 C2 RU2465116 C2 RU 2465116C2 RU 2010134471/02 A RU2010134471/02 A RU 2010134471/02A RU 2010134471 A RU2010134471 A RU 2010134471A RU 2465116 C2 RU2465116 C2 RU 2465116C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
unit
tailstock
input
block
Prior art date
Application number
RU2010134471/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010134471A (en
Inventor
Максим Владимирович Бобырь (RU)
Максим Владимирович Бобырь
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority to RU2010134471/02A priority Critical patent/RU2465116C2/en
Publication of RU2010134471A publication Critical patent/RU2010134471A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2465116C2 publication Critical patent/RU2465116C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to real-time NC lathe ACS. Proposed stabiliser comprises odd controller to generate control signals in real time mode in response to current temperatures in cutting zone. Current temperatures in cutting zone are compared with calculated temperature values to re-calculate step motor turn angle.
EFFECT: compensated temperature variations.
7 dwg

Description

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к системам активного контроля и управления точностью обработки деталей на прецизионном токарном оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени. Так как в процессе токарной обработки в зоне резания происходит нагрев режущего инструмента и детали, то вследствие этого появляется температурная погрешность. Управление этой величиной позволяет в режиме реального времени стабилизировать процесс резания.The invention relates to the field of machine tools, in particular to systems for active control and accuracy control of machining of parts on precision turning equipment with CNC in real time. Since in the process of turning in the cutting zone the cutting tool and the part are heated, a temperature error appears as a result of this. The control of this value allows you to stabilize the cutting process in real time.

Известно устройство управления высокоточной обработки деталей на оборудовании с ЧПУ [Патент РФ №2280540, кл. В23В 25/06, 2006 (аналог)].A control device for precision machining of parts on CNC equipment is known [RF Patent No. 2280540, class. B23B 25/06, 2006 (analog)].

Недостатком устройства является наличие АЦП, использующегося для преобразования аналогового в цифровой сигнал, что усложняет его конструкцию.The disadvantage of this device is the presence of the ADC used to convert analog to digital signal, which complicates its design.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство теплового контроля точности обработки деталей, содержащее тепловизор с цифровым кодом на выходе, компьютер, блок усиления сигнала, исполнительные механизмы оборудования с ЧПУ, резец, переднюю и заднюю бабки, деталь, а также блок подачи смазочно-охладительной жидкости [Патент РФ №2381888, кл. B23Q 15/18, В23В 25/06, 2010 (прототип)].Closest to the invention in technical essence is a thermal control device for precision machining of parts, containing a thermal imager with a digital code at the output, a computer, a signal amplification unit, actuators of CNC equipment, a cutter, a headstock and a tailstock, a part, and a lubricant cooling fluid [RF Patent No. 2381888, cl. B23Q 15/18, B23B 25/06, 2010 (prototype)].

Недостатками этого устройства являются снижение динамической точности из-за быстроты изменения температуры в зоне резания, то есть устройство настроено на определенный порог срабатывания, при достижении которого происходят включение и перемещение исполнительных механизмов на величину температурной погрешности, однако в реальности температура после достижения определенного порога в зоне резания может значительно увеличиться или уменьшиться, а известное устройство будет осуществлять перемещение только на величину определенной ранее погрешности, что снижает точность работы устройства, другой недостаток - наличие механизма подачи в зону резания смазочно-охлаждающей жидкости, что усложняет конструкцию устройства.The disadvantages of this device are the decrease in dynamic accuracy due to the speed of temperature changes in the cutting zone, that is, the device is configured for a certain response threshold, upon reaching which the actuators are switched on and moved by the temperature error, however, in reality, the temperature after reaching a certain threshold in the zone cutting can significantly increase or decrease, and the known device will only move by the value of a certain wound its errors, which reduces the accuracy of the device, another disadvantage is the presence of a feed mechanism in the cutting zone of cutting fluid, which complicates the design of the device.

Известен способ управления смешиванием горячей и холодной воды [Патент №JP 3110442, кл. 7 G05D 23/13, 2000 (аналог)]. Недостаток данного способа заключается в том, что нечеткий регулятор, выполняющий операции нечеткой логики, обладает большим временем отклика, что в ряде случаев делает невозможным его применение для управления быстродействующими технологическими процессами, к которым относится токарная обработка деталей на оборудовании с ЧПУ.A known method of controlling the mixing of hot and cold water [Patent No. JP 3110442, class. 7 G05D 23/13, 2000 (analogue)]. The disadvantage of this method is that the fuzzy controller that performs fuzzy logic operations has a long response time, which in some cases makes it impossible to use it to control high-speed processes, which include turning parts on CNC equipment.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, используемый для нечеткого регулятора с лингвистической обратной связью для управления технологическими процессами [Патент РФ №2309443, кл. G05B 13/02, G05B 11/01, 2007 (прототип)]. Однако в системе продукционных правил (1) (стр.6, абз. 40) в пятом правиле «Если Р≤Рном, то В=В0», указано, что Р меньше или равно Рном, а это значит, что для пятого правила продукционной системы будут справедливы еще два выражения: Р≤Рниж и Р≤Рдниж. Поэтому вывод «то В=В0» будет иметь еще два решения: В=+0,5Bmax и В=+Bmax, а это несомненно вызовет сбой и/или зацикливание в работе алгоритма, то есть результат работы пятого правила будет выдавать неправильный результат.Closest to the claimed technical solution is the method used for a fuzzy controller with linguistic feedback for process control [RF Patent No. 23039443, cl. G05B 13/02, G05B 11/01, 2007 (prototype)]. However, in the system of production rules (1) (p. 6, para. 40) in the fifth rule “If P≤P nom , then B = B 0 ”, it is indicated that P is less than or equal to P nom , which means that for the fifth rule of the production system will be true two more expressions: P≤P lower and P≤R d lower . Therefore, the conclusion "then B = B 0 " will have two more solutions: B = + 0.5B max and B = + B max , and this will undoubtedly cause a failure and / or loop in the algorithm, that is, the result of the fifth rule will produce wrong result.

Технической задачей изобретения является стабилизация температурных погрешностей, возникающих в зоне резания при прохождении резца по обрабатываемой поверхности детали.An object of the invention is the stabilization of temperature errors that occur in the cutting zone when the cutter passes along the workpiece surface.

Поставленная задача решается тем, что в способе стабилизации процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ, включающем определение значения температуры в зоне резания по формулеThe problem is solved in that in a method of stabilizing the cutting process on CNC turning equipment, including determining the temperature in the cutting zone according to the formula

Θ=166,5·V0,4·t0,105·S0,2,Θ = 166.5 · V 0.4 · t 0.105 · S 0.2 ,

где V - скорость резания; t - глубина резания; S - подачаwhere V is the cutting speed; t is the depth of cut; S - feed

и сравнение полученного результата с текущем значением температуры в зоне резания, поступающей от тепловизора с цифровым выходом, при несовпадении текущего и расчетного значения температуры в зоне резания осуществляется перерасчет угла поворота шагового электродвигателя в зависимости от нечетких правил управленияand comparing the result with the current value of the temperature in the cutting zone coming from the thermal imager with a digital output, if the current and calculated values of the temperature in the cutting zone do not match, the angle of rotation of the stepper motor is recalculated depending on fuzzy control rules

1. Если «t≤tо_м», то «u≤uсильно_влево»;1. If "t≤t o_m ", then "u≤u is strongly left ";

2. Если «t=tм», тo «u=uвлево»;2. If "t = t m ", then "u = u left ";

3. Если «t=tн», то «u=uн»;3. If "t = t n ", then "u = u n ";

4. Если «t=tб», то «u=uвправо»;4. If "t = t b ", then "u = u to the right ";

5. Если «t≥to_б», to «u≥uсильно_вправо»5. If “t≥t o_b ”, to “u≥u strongly_right

по формулеaccording to the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где umin…max - численные значения угла поворота шагового электродвигателя в зоне резания (от минимального до максимального значения, то есть от -90° до +90°); µ' (umin…max) - новые значения выходной величины угла поворота шагового электродвигателя в виде новых термов функций принадлежности.where u min ... max - numerical values of the angle of rotation of the stepper motor in the cutting zone (from minimum to maximum value, that is, from -90 ° to + 90 °); µ '(u min ... max ) - new values of the output value of the angle of rotation of the stepper motor in the form of new terms of membership functions.

Устройство для стабилизации процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ содержит тепловизор с цифровым выходом, блок усиления сигнала, резцедержательный блок, переднюю и заднюю бабки, деталь, отличающееся тем, что оно снабжено шаговым электродвигателем, зубчатым колесом, кулисой, пинолью задней бабки и направляющими задней бабки, представляющие собой механизм преобразования вращательного движения в поступательное, а также нечетким контроллером, содержащим блок формирования функций принадлежности, блок фаззификации, блок композиции, блок аккумуляции и блок дефаззификации, соединенные последовательно между собой, позволяющий в режиме реального времени вырабатывать управляющие сигналы в зависимости от изменения температуры в зоне резания и взаимодействовать посредством механизма преобразования вращательного движения в поступательное на пиноль задней бабки с целью изменения ее и детали пространственного расположения.A device for stabilizing the cutting process on CNC turning equipment includes a thermal imager with a digital output, a signal amplification unit, a tool holder, a front and rear headstock, a part characterized in that it is equipped with a stepping motor, a gear wheel, a link, a tailstock of the tailstock and rear guides headstock, which is a mechanism for converting rotational motion into translational, as well as a fuzzy controller containing a block for forming membership functions, a fuzzification block, a composition block II, the accumulation unit and the defuzzification unit, connected in series with each other, which allows real-time generation of control signals depending on the temperature change in the cutting zone and interact through the mechanism of converting rotational motion into translational motion on the tailstock tailstock to change it and the spatial arrangement details .

На фиг.1 приведена схема устройства стабилизации процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ.Figure 1 shows a diagram of a device for stabilizing the cutting process on CNC turning equipment.

Устройство стабилизации процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ содержит тепловизор с цифровым выходом 1, нечеткий контроллер 2, включающий блок формирования функций принадлежностей 3, блок фаззификации 4, блок композиции 5, блок аккумуляции 6, блок дефаззификации 7, блок усиления сигнала 8, шаговый электродвигатель 9, зубчатое колесо 10, кулису 11, пиноль задней бабки 12, направляющие пиноли задней бабки 13, деталь 14, переднюю бабку 15 и резцедержательный блок 16.The stabilization device of the cutting process on CNC turning equipment contains a thermal imager with digital output 1, a fuzzy controller 2, including an accessory function generation unit 3, a fuzzification unit 4, a composition unit 5, an accumulation unit 6, a defuzzification unit 7, a signal amplification unit 8, a stepper motor 9, a gear wheel 10, a link 11, a tailstock of a tailstock 12, guiding pins of a tailstock 13, a part 14, a headstock 15 and a tool holder 16.

Связи в устройстве стабилизации процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ расположены в следующем порядке: цифровой выход тепловизора 1 подключен к входу блока фаззификации 4, к которому также подсоединен выход блока формирования функций принадлежностей 3, входящие в структуру нечеткого контроллера 2. Выход блока фаззификации 4 соединен с входом блока композиции 5, выход которого подключен к входу блока аккумуляции 6. Выход блока аккумуляции 6 соединен с входом блока деффазификации 7. Выходным сигналом нечеткого контроллера 2 является сигнал с выхода блока дефаззификации 7, который подключен к входу блока усиления сигнала 8. Выход блока усиления сигнала 8 соединен с входом шагового электродвигателя 9, на шпинделе которого жестко закреплено зубчатое колесо 10. Зубчатое колесо 10 взаимодействует с входом кулисы 11, а выход кулисы 11 воздействует на пиноль задней бабки 12, при этом пиноль задней бабки 12 перемещается по направляющим пиноли задней бабки 13. При этом деталь 14 установлена в центрах передней бабки 15 и пиноли задней бабки 12, а с обрабатываемой поверхностью детали 14 взаимодействует резцедержательный блок 16. Использование этих связей в устройстве позволяет стабилизировать процесс резания на токарном оборудовании с ЧПУ в реальном времени с целью повышения точности обрабатываемых поверхностей детали.The connections in the stabilization device of the cutting process on CNC turning equipment are arranged in the following order: the digital output of the thermal imager 1 is connected to the input of the fuzzification unit 4, to which the output of the accessory function formation unit 3 is also connected, which are included in the structure of the fuzzy controller 2. The output of the fuzzification unit 4 is connected with the input of the composition unit 5, the output of which is connected to the input of the accumulation unit 6. The output of the accumulation unit 6 is connected to the input of the dephasification unit 7. The output signal of the fuzzy controller 2 is the signal from the output of the defuzzification unit 7, which is connected to the input of the signal amplification unit 8. The output of the signal amplification unit 8 is connected to the input of the stepper motor 9, on the spindle of which the gear wheel 10 is fixed, the gear wheel 10 interacts with the input of the backstage 11, and the output of the backstage 11 acts on the tailstock tailstock 12, while the tailstock 12 moves along the guides of the tailstock 13. In this case, the part 14 is installed in the centers of the headstock 15 and the tailstock of the tailstock 12, and with the workpiece surface 14 odeystvuet reztsederzhatelny block 16. Using these connections the device to stabilize the cutting process on a lathe with CNC equipment in real time in order to increase the accuracy of machined surfaces detail.

На фиг.2 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 y1 происходит перемещение пиноли задней бабки 12 вдоль направляющих 13 на величину w1 относительно ее оси ординат y2. В случае поворота шаговым электродвигателем 9 зубчатого колеса 10 на +90° (положение 2, выделено пунктиром) относительно оси ординат y1 происходит перемещение пиноли задней бабки 12 вдоль направляющих 13 на величину w2 относительно ее оси ординат y2. Максимальное перемещение вдоль оси абсцисс x2 пиноли задней бабки 12 относительно направляющих 13 составляет w=w1+w2. При этом перемещение вдоль оси абсцисс x2 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 w=0,02 мм, a w1=w2=0,01 мм.Figure 2 shows the conversion of the rotational movement of the stepper motor 9 into the translational movement of the tailstock of the tailstock 12. In the case of rotation of the gear wheel 10 by -90 ° (position 1) with respect to the ordinate axis y 1 , the tailstock of the tailstock 12 moves along the guides 13 by the value of w 1 relative to its ordinate axis y 2 . In the case of rotation of the gear wheel 10 by + 90 ° by a step electric motor 9 (position 2, indicated by a dotted line) relative to the ordinate axis y 1 , the tailstock 12 pins move along the guides 13 by the amount of w 2 relative to its ordinate axis y 2 . The maximum movement along the x-axis x 2 pintles of the tailstock 12 relative to the guides 13 is w = w 1 + w 2 . In this case, the displacement along the x-axis x 2 must not exceed the runout value, so for CNC lathes with the largest workpiece diameter 400 mm, the runout should not exceed 0.02 mm, i.e. the displacement value is w = 0.02 mm, aw 1 = w 2 = 0.01 mm.

Устройство стабилизации процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ работает следующим образом. С момента включения вращения детали 14 в центрах передней 15 и пиноли задней 12 бабок станка с ЧПУ при прохождении резца резцедержательного блока 16 по ее поверхности происходит изменение температуры в зоне резания, вызывающие 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 бочкообразность, седлообразность или конусность детали.The stabilization process of cutting on turning equipment with CNC operates as follows. From the moment of turning on the rotation of the part 14 in the centers of the front 15 and the back of the rear 12 of the headstock of the CNC machine when the cutter of the tool holder 16 passes over its surface, the temperature in the cutting zone changes, causing inconsistent cutting forces and / or the axis and spindles of the front and rear headstock relative to the axis of the part. As a result, there is a decrease in the accuracy of the surface being machined, and barrel-like, saddle-like, or tapering of the part may appear.

Тепловизор с цифровым выходом 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. Например, если шаговый электродвигатель 9 повернул зубчатое колесо 10 на -45°, то пиноль задней бабки переместится влево относительно оси ординат y2 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 резцедержательного блока 16. Следовательно, в режиме реального времени производится стабилизация тепловых процессов в зоне резания. Таким образом, осуществляется автоматизированная стабилизация процесса резания при токарной обработке деталей на оборудовании с ЧПУ.The thermal imager with digital output 1 constantly monitors the temperature in the cutting zone. In this case, a digital signal of the current temperature value t from the imager 1 is fed to the input of the fuzzification unit 4, which is part of the structure of the fuzzy controller 2. In the fuzzy controller, depending on the current temperature value, according to the method described below, the control signal is recalculated - the angle of rotation of the stepper motor 9 , which is transmitted to the stepper motor 9 through the signal amplification unit 8. In this case, the pintles of the tailstock of the CNC machine move along the abscissa. A rotation of the stepper motor 9 by -90 ° moves the tailstock of the tailstock 12 to the left by 0.01 mm, and a rotation of the stepping motor 9 by + 90 ° moves the tailstock of the tailstock 12 to the right by 0.01 mm. For example, if the stepper motor 9 rotates the gear wheel 10 by -45 °, then the tailstock headstock will move to the left relative to the y-axis y 2 by 0.005 mm. If the current temperature t is lower than the calculated one, the tailstock 12 should move to the left and shift the axis of the part 14 closer to the tool holder 16. If the current temperature t is higher than the calculated one, the tailstock 12 should move to the right and move the part 14 axis further from the tool holder 16. Therefore, in real time the stabilization of thermal processes in the cutting zone. Thus, automated stabilization of the cutting process is carried out during turning of parts on CNC equipment.

Способ стабилизации процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ осуществляется следующим образом.A method of stabilizing the cutting process on CNC turning equipment is as follows.

Перед началом токарной обработки на оборудовании с ЧПУ для деталей из стали, как известно [стр.76, Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т.Т.1. / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 656 с.] определяется температура в зоне резания:Before turning on CNC equipment for steel parts, as is known [p. 76, Handbook of a machine-building technologist. In 2 T.T.1. / Ed. A.G. Kosilova and R.K. Meshcheryakova. - 4th ed., Revised. and add. - M.: Engineering, 1986. 656 S.] is determined by the temperature in the cutting zone:

Figure 00000002
Figure 00000002

где V - скорость резания; t - глубина резания; S - подача.where V is the cutting speed; t is the depth of cut; S - feed.

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:In the block of forming the functions of accessories 3, which is part of the fuzzy controller 2, the functions of the accessories of the terms input (temperature - T) and output (rotation angle of the stepper motor - U) are formed:

Figure 00000003
Figure 00000003

где tmin…max - численные значения температуры в зоне резания (от минимального до максимального значения); µ(tmin…max)→[0, 1] - соответствующие величинам температуры значения функции принадлежности (из интервала от 0 до 1); umin…max - численные значения угла поворота шагового электродвигателя в зоне резания (от минимального до максимального значения, то есть от -90° до +90°); µ(umin…max)→[0, 1] - соответствующие величинам угла поворота значения функции принадлежности (из интервала от 0 до 1).where t min ... max - numerical values of temperature in the cutting zone (from minimum to maximum value); µ (t min ... max ) → [0, 1] - values of the membership function corresponding to the temperature values (from the interval from 0 to 1); u min ... max - numerical values of the angle of rotation of the stepper motor in the cutting zone (from minimum to maximum value, that is, from -90 ° to + 90 °); µ (u min ... max ) → [0, 1] - the values of the membership function corresponding to the angle of rotation (from the interval from 0 to 1).

Функция принадлежности входной Т и выходной U величин состоит из пяти термов. Для температуры Т=(tо_м, tм, tн, tб, to_б), для угла поворота U=(uсильно_влево, uвлево, uнормально, uвправо, uсильно_вправо). Принципиальных ограничений на количество термов входной и выходной переменных нет, в целях сокращения объема вычислений ограничимся пятью термами.The membership function of the input T and output U quantities consists of five terms. For the temperature T = (t o_m , t m , t n , t b , t o_ b ), for the angle of rotation U = (u is strongly left , u left , u is normal , u right , u is strongly right ). There are no fundamental restrictions on the number of terms of the input and output variables; in order to reduce the amount of computation, we restrict ourselves to five terms.

В блок фаззификации 4 из блока формирования функций принадлежностей 3 передаются значения функций принадлежностей и в зависимости от текущего значения температуры t, полученного от тепловизора 1, формируется фаззифицированный вектор значений для каждого терма функции принадлежности t', где текущее значение температуры t является аргументом µ(tmin…max), позволяя найти количественное значение из интервала [0, 1] для t'=µ(t). Этап фаззификации считается законченным, когда будут найдены значения t' для пяти термов функции принадлежностей входной величины Т:The fuzzification unit 4 from the accessory function generation unit 3 transfers the values of the membership functions and depending on the current temperature t received from the thermal imager 1, a fuzzified vector of values is generated for each term of the membership function t ', where the current temperature t is the argument µ (t min ... max ), allowing us to find a quantitative value from the interval [0, 1] for t '= µ (t). The fuzzification stage is considered completed when the values of t 'are found for five terms of the membership function of the input quantity T:

Figure 00000004
Figure 00000004

В блоке композиции 5 введена система нечетких правил управления, состоящая из пяти правил и имеющая следующий вид:In composition block 5, a system of fuzzy control rules is introduced, consisting of five rules and having the following form:

1. Если «t≤t0_м», то «u≤uсильно_влево»;1. If "t≤t 0_m ", then "u≤u is strongly left ";

2. Если «t=tм», то «u=uвлево»;2. If "t = t m ", then "u = u to the left ";

3. Если «t=tн», то «u=uн»; (4)3. If "t = t n ", then "u = u n "; (four)

4. Если «t=tб», то «u≤uвправо»;4. If "t = t b ", then "u≤u right ";

5. Если «t≥t0_б», то «u≥uсильно_вправо».5. If "t≥t 0_b ", then "u≥u is strongly_right ."

При этом система нечетких правил управления построена таким образом, чтобы в любой момент времени условная часть истина только в одном нечетком правиле управления и ложна во всех остальных правилах этой системы. Вследствие этого в каждом цикле сканирования системы нечетких правил управления обрабатывается не вся система, а только та ее часть, которая имеет в формуле (3) значения весовых коэффициентов (t'o_м, t'м, t'н, t'б, t'o_б), отличные от нуля.Moreover, the system of fuzzy control rules is constructed in such a way that at any moment the conditional part is true in only one fuzzy control rule and false in all other rules of this system. As a result of this, in each scan cycle of the system of fuzzy control rules, not the entire system is processed, but only that part of it that has in the formula (3) the values of the weight coefficients (t ' o_m , t' m , t ' n , t' b , t ' o_b ) other than zero.

Также в блоке композиции каждому правилу присваиваются весовые коэффициенты: F=(f1, f2, f3, f4, f5). Численные значения весовых коэффициентов назначает эксперт. Если они не заданы, то по умолчанию эти коэффициенты равны единице, то есть f1=f2=f3=f4=f5=1.Also, in the composition block, each rule is assigned weighting factors: F = (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f 5 ). The numerical values of the weights are assigned by the expert. If they are not specified, then by default these coefficients are equal to unity, that is, f 1 = f 2 = f 3 = f 4 = f 5 = 1.

Далее в блоке композиции 5 производится алгебраическое произведение величин фаззифицированного вектора значений для каждого терма функции принадлежности t' на значения соответствующих весовых коэффициентов F:Next, in the composition block 5, an algebraic product of the values of the fuzzified value vector is made for each term of the membership function t 'by the values of the corresponding weight coefficients F:

Figure 00000005
Figure 00000005

После этого методом нечеткой композиции по формуле:After that, the method of fuzzy composition according to the formula:

µ'(umin…max)1…5=min{a1…5,µ(umin…max)} (6)µ '(u min ... max ) 1 ... 5 = min {a 1 ... 5 , µ (u min ... max )} (6)

вычисляются новые значения выходной величины угла поворота шагового электродвигателя в виде новых термов функций принадлежности.new values of the output value of the angle of rotation of the stepper motor are calculated in the form of new terms of membership functions.

В блоке аккумуляции 6 производится логическое объединение новых термов функции принадлежностей, полученных по формуле (6), и формируется нечеткий вектор функций принадлежностей U':In accumulation block 6, a logical union of new terms of the membership function obtained by formula (6) is performed, and a fuzzy vector of membership functions U 'is formed:

Figure 00000006
Figure 00000006

В блоке дефаззификации 7 нечеткий вектор функций принадлежностей U' преобразуется в единственное четкое значение по методу центра тяжести:In the defuzzification unit 7, the fuzzy vector of the accessory functions U 'is converted to a single clear value by the method of center of gravity:

Figure 00000007
Figure 00000007

где n - количество нечетких правил управления.where n is the number of fuzzy control rules.

Таким образом, выбор нового значения для выходного параметра угла поворота шагового электродвигателя для стабилизации процесса резания при токарной обработки на оборудовании с ЧПУ производится по формулам (1)-(8).Thus, the choice of a new value for the output parameter of the angle of rotation of the stepper motor to stabilize the cutting process during turning on CNC equipment is made according to formulas (1) - (8).

В качестве примера разберем стабилизацию процесса резания при чистовом проходе в ходе токарной обработки детали 14 в зависимости от текущего значения температуры в зоне резания t, полученного от тепловизора 1. Данные для расчета: скорость резания V=130 м/мин; глубина резания tp=0,5 мм; подача 0,18 мм/об.As an example, we will analyze the stabilization of the cutting process during the finishing pass during turning part 14 depending on the current temperature in the cutting zone t obtained from the thermal imager 1. Data for calculation: cutting speed V = 130 m / min; cutting depth t p = 0.5 mm; feed 0.18 mm / rev.

Шаг 1. По формуле (1) необходимо рассчитать значение температуры в зоне резания и передать его в блок формирования функций принадлежностей 3:Step 1. According to the formula (1), it is necessary to calculate the temperature in the cutting zone and transfer it to the accessory function formation block 3:

Θ=166,5·1300,4·0,50,105·0,180,2=768°С.Θ = 166.5 · 130 0.4 · 0.5 0.105 · 0.18 0.2 = 768 ° С.

Шаг 2. В блоке формирования функций принадлежностей 3 строим по формуле (2) термы функций принадлежностей для входной и выходной величин. Графики функций принадлежностей приведены на фиг.3. На фиг.3,а представлен график для входной величины - температуры. При этом крайние точки на графике равны: Θ1=Θ-100=768-100=668, °С; Θ2=Θ+100=768+100=868, °С. Середина графика соответствует рассчитанному значению температуры по формуле (1), то есть 768°С. Термы tо_м и tо_б представлены в виде трапеции и равны: tо_м=[668, 668, 678, 728], tо_б=[808, 858, 868, 868]. Термы tм, tн и tб представлены в виде треугольников и равны: tм=[668, 718, 768], tн=[718, 768, 818] и tб=[768, 818, 868]. Данные указаны в градусах Цельсия.Step 2. In the block for forming accessory functions 3, we construct, according to formula (2), the terms of the accessory functions for input and output quantities. Graphs of accessory functions are shown in FIG. 3. Figure 3, a presents a graph for the input value - temperature. Moreover, the extreme points on the graph are equal: Θ 1 = Θ-100 = 768-100 = 668, ° С; Θ 2 = Θ + 100 = 768 + 100 = 868, ° С. The middle of the graph corresponds to the calculated temperature value according to the formula (1), i.e. 768 ° С. The terms t o_m and t o_b are presented in the form of a trapezoid and are equal to: t o_m = [668, 668, 678, 728], t o_b = [808, 858, 868, 868]. The terms t m , t n and t b are presented in the form of triangles and are equal: t m = [668, 718, 768], t n = [718, 768, 818] and t b = [768, 818, 868]. Data are in degrees Celsius.

На фиг.3,б представлен график для выходной величины - угла поворота шагового электродвигателя 9. При этом крайние точки на графике равны u1=-90°, u2=+90°, то есть при вращении зубчатого колеса 10 на эти углы перемещение пиноли задней бабки составит: при вращении зубчатого колеса 10 влево на -90°, пиноль задней бабки 12 переместится по направляющим 13 влево на 10 мкм; при вращении зубчатого колеса 10 вправо на +90°, пиноль задней бабки 12 переместится по направляющим 13 вправо на 10 мкм. Середина графика соответствует нулю, то есть шпиндель шагового электродвигателя 9 не вращается по часовой или против часовой стрелки. Термы uсильно_влево и uсильно_вправо представлены в виде трапеции и равны: uсильно_влево=[-90, -90, -85, -40], uсильно_вправо=[40, 85, 90, 90]. Термы uвлево, uнормально и uвправо представлены в виде треугольников и соответственно равны: uвлево=[-90, -45, 0], uнормально=[-45, 0, 45] и uвправо=[0, 45, 90]. Данные указаны в углах.Figure 3, b shows a graph for the output value - the angle of rotation of the stepper motor 9. In this case, the extreme points on the graph are equal to u 1 = -90 °, u 2 = + 90 °, that is, when the gear 10 rotates by these angles, the tailstock pintles will be: when the gear 10 rotates to the left by -90 °, the tailstock pins 12 will move along the guides 13 to the left by 10 microns; when the gear wheel 10 rotates to the right by + 90 °, the tailstock tailstock 12 will move along the guides 13 to the right by 10 μm. The middle of the graph corresponds to zero, that is, the spindle of the stepper motor 9 does not rotate clockwise or counterclockwise. The terms u are strongly left and u are strongly right represented in the form of a trapezoid and are equal to: u strongly_ left = [- 90, -90, -85, -40], u strongly_right = [40, 85, 90, 90]. The terms u left , u normal and u right are represented as triangles and are respectively equal: u left = [- 90, -45, 0], u normal = [- 45, 0, 45] and u right = [0, 45, 90]. Data shown in corners.

Шаг 3. Значения функций принадлежностей из блока 3 поступают в блок фаззификации 4. Также в блок фаззификации передается в режиме реального времени от тепловизора 1 текущее значение температуры в зоне резания. Пусть тепловизор 1 определил, что температура в зоне резания 708°С, данная величина не равна расчетной, то есть 708≠768°С. Далее в блоке фаззификации 4 находится фаззифицированный вектор значений для каждого терма функции принадлежности t' (фиг.4):Step 3. The values of the accessories functions from block 3 are sent to the fuzzification unit 4. Also, the current temperature value in the cutting zone is transmitted in real time from the imager 1 to the fuzzification unit. Let thermal imager 1 determine that the temperature in the cutting zone is 708 ° С, this value is not equal to the calculated one, that is, 708 ≠ 768 ° С. Next, in the fuzzification unit 4, there is a fuzzified vector of values for each term of the membership function t '(Fig. 4):

t'=(

Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
,
Figure 00000012
)=(0,4;0,8;0;0;0).t '= (
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
,
Figure 00000012
) = (0.4; 0.8; 0; 0; 0).

Третий, четвертый и пятый термы имеют нулевой результат, поэтому в дальнейших расчетах использоваться не будут. Полученный вектор передается в блок композиции 5.The third, fourth and fifth terms have a zero result, therefore, they will not be used in further calculations. The resulting vector is transmitted to composition block 5.

Шаг 4. В блоке композиции 5 определяется, что значения первого t'о_м и второго t'м терма вектора t' отличны от нуля, поэтому для дальнейшего нечетко-логического вывода будут рассматриваться только первое и второе нечеткое правила управления, определенные формулой (4):Step 4. In the composition block 5, it is determined that the values of the first t ' о_м and the second t' m term of the vector t 'are nonzero, therefore, for the further fuzzy-logical conclusion, only the first and second fuzzy control rules defined by formula (4) will be considered :

1. Если «t≤to_м», тo «u≤uсильно_влево»;1. If "t≤t o_m ", then "u≤u is strongly left ";

2. Если «t=tм», то «u=uвлево».2. If "t = t m ", then "u = u to the left ."

Далее в блоке композиции 5 производится по формуле (5) алгебраическое произведение величин фаззифицированного вектора значений для каждого терма функции принадлежности t' на значения соответствующих весовых коэффициентов F. Пусть все весовые коэффициенты равны 1, тогда:Further, in the composition block 5, according to formula (5), an algebraic product of the values of the fuzzified value vector for each term of the membership function t 'is produced by the values of the corresponding weight coefficients F. Let all the weight coefficients be 1, then:

А=(а12)=(0,4·1;0,8·1)=(0,4;0,8).A = (a 1 , a 2 ) = (0.4 · 1; 0.8 · 1) = (0.4; 0.8).

Затем по формуле (6) методом нечеткой композиции вычисляются новые значения выходной величины угла поворота шагового электродвигателя 9 в виде новых термов функций принадлежности. На фиг.5,а приведен новый терм µ'(umin…max)1, соответствующий терму uсильно_влево. На фиг.5,б приведен новый терм µ'(umin…max)2, соответствующий терму uвлево.Then, using the formula (6), using the fuzzy composition method, new values of the output value of the angle of rotation of the stepper motor 9 are calculated in the form of new terms of membership functions. Figure 5, a shows the new term µ '(u min ... max ) 1 , corresponding to the term u strongly_left . Figure 5, b shows the new term µ '(u min ... max ) 2 , corresponding to the term u to the left .

Шаг 5. В блоке аккумуляции 6 по формуле (7) производится логическое объединение двух новых термов функции принадлежностей, полученных по формуле (6), и формируется нечеткий вектор функций принадлежностей U'. Результат операции графически показан на фиг.6.Step 5. In the accumulation block 6 according to the formula (7), two new terms of the membership function obtained by the formula (6) are logically combined and a fuzzy vector of membership functions U 'is formed. The result of the operation is graphically shown in Fig.6.

Шаг 6. В блоке дефаззификации 7 согласно формуле (8) вектор функций принадлежностей U' преобразуется в единственное четкое значение (фиг.7), с целью упрощения вычислительной процедуры для расчета ограничимся четырьмя точками, для более точного вычисления количество точек нужно увеличить:Step 6. In the defuzzification block 7 according to formula (8), the vector of accessory functions U 'is converted to a single clear value (Fig. 7), in order to simplify the computational procedure for calculation, we restrict ourselves to four points, for a more accurate calculation, the number of points must be increased:

Figure 00000013
.
Figure 00000013
.

Поворот шаговым электродвигателем 9 зубчатого колеса 10 на -57° вызовет перемещение пиноли задней бабки 12 влево по направляющим 13 относительно нулевой линии y2 (фиг.2) на 0,0063 мм.The rotation of the gear wheel 10 by a step electric motor 9 by -57 ° will cause the quill of the tailstock 12 to move to the left along the guides 13 relative to the zero line y 2 (figure 2) by 0.0063 mm.

Таким образом, с помощью предложенного способа осуществляется расчет угла поворота шагового электродвигателя с целью стабилизации процесса резания и передачи его на исполнительные механизмы оборудования с ЧПУ.Thus, using the proposed method, the rotation angle of the stepper motor is calculated in order to stabilize the cutting process and transfer it to the actuators of the CNC equipment.

Таким образом, предлагаемый способ и реализованное на нем устройство позволяют в режиме реального времени осуществлять стабилизацию процесса резания при токарной обработке детали на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени путем расчета угла поворота, на который необходимо повернуть зубчатое колесо с помощью шагового электродвигателя с целью смещения пиноли задней бабки станка с ЧПУ.Thus, the proposed method and the device implemented on it allow real-time stabilization of the cutting process when turning the part on CNC equipment in real time by calculating the angle of rotation by which the gear wheel must be rotated with the help of a stepper motor in order to offset the pins tailstock of the CNC machine.

Claims (1)

Устройство для стабилизации процесса резания на токарном оборудовании с ЧПУ, содержащее тепловизор с цифровым выходом, блок усиления сигнала и резцедержательный блок, отличающееся тем, что оно снабжено шаговым электродвигателем, зубчатым колесом, кулисой, пинолью задней бабки и направляющими задней бабки, представляющие собой механизм преобразования вращательного движения в поступательное, а также нечетким контроллером, содержащим блок формирования функций принадлежности, блок фаззификации блок композиции, блок аккумуляции и блок дефаззификации, соединенные последовательно между собой, при этом цифровой выход тепловизора подключен к входу блока фаззификации, к которому также подсоединен выход блока формирования функций принадлежностей входящего в структуру нечеткого контроллера, выход блока фаззификации соединен с входом блока композиции, выход которого подключен к входу блока аккумуляции, а его выход соединен с входом блока деффазификации, при этом выходным сигналом нечеткого контроллера является сигнал с выхода блока дефаззификации, который подключен к входу блока усиления сигнала, его выход соединен с входом шагового электродвигателя, на шпинделе которого жестко закреплено зубчатое колесо, с возможностью взаимодействия с входом кулисы, а ее выход выполнен с возможностью воздействия на пиноль задней бабки. A device for stabilizing the cutting process on CNC turning equipment containing a thermal imager with a digital output, a signal amplification unit and a tool holder, characterized in that it is equipped with a stepper motor, a gear wheel, a link, a tailstock quill and tailstock guides, which are a transformation mechanism rotational motion in translational, as well as a fuzzy controller containing a block for forming membership functions, a fuzzification block, a composition block, an accumulation block, and a block for fuzzification connected in series with each other, while the digital output of the thermal imager is connected to the input of the fuzzification unit, to which the output of the unit for forming the functions of accessories belonging to the fuzzy controller is also connected, the output of the fuzzification unit is connected to the input of the composition block, the output of which is connected to the input of the accumulation unit, and its output is connected to the input of the defazzification unit, while the output signal of the fuzzy controller is the signal from the output of the defuzzification unit, which is connected to the input at the signal amplification unit, its output is connected to the input of a stepper motor, on the spindle of which the gear wheel is rigidly fixed, with the possibility of interaction with the input of the scenes, and its output is made with the possibility of influencing the tailstock tailstock.
RU2010134471/02A 2010-08-17 2010-08-17 Nc lathe cutting stabiliser RU2465116C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010134471/02A RU2465116C2 (en) 2010-08-17 2010-08-17 Nc lathe cutting stabiliser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010134471/02A RU2465116C2 (en) 2010-08-17 2010-08-17 Nc lathe cutting stabiliser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010134471A RU2010134471A (en) 2012-02-27
RU2465116C2 true RU2465116C2 (en) 2012-10-27

Family

ID=45851649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010134471/02A RU2465116C2 (en) 2010-08-17 2010-08-17 Nc lathe cutting stabiliser

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2465116C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2677443C2 (en) * 2017-06-15 2019-01-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" Device of high-precision processing of details on lathe tools with numerical program control

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2025254C1 (en) * 1991-02-25 1994-12-30 Коуров Георгий Николаевич Method for automatic control of machining process
US6640676B2 (en) * 2001-01-31 2003-11-04 Mori Seiki Co., Ltd. Tool presetter and tool offset amount calculation method
RU2309443C1 (en) * 2006-03-09 2007-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Device for feedback control of production processes
RU2379169C2 (en) * 2008-03-11 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет Method and device for accuracy control of details treatment
RU2381888C2 (en) * 2008-02-05 2010-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет Heat control device of working accuracy of details

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2025254C1 (en) * 1991-02-25 1994-12-30 Коуров Георгий Николаевич Method for automatic control of machining process
US6640676B2 (en) * 2001-01-31 2003-11-04 Mori Seiki Co., Ltd. Tool presetter and tool offset amount calculation method
RU2309443C1 (en) * 2006-03-09 2007-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Device for feedback control of production processes
RU2381888C2 (en) * 2008-02-05 2010-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет Heat control device of working accuracy of details
RU2379169C2 (en) * 2008-03-11 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет Method and device for accuracy control of details treatment

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2677443C2 (en) * 2017-06-15 2019-01-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" Device of high-precision processing of details on lathe tools with numerical program control

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010134471A (en) 2012-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1869531B1 (en) Method of tolerance-based trajectory planning
Chiu et al. Contouring control of machine tool feed drive systems: a task coordinate frame approach
Su et al. Contouring accuracy improvement using cross-coupled control and position error compensator
Yeung et al. Virtual CNC system. Part I. system architecture
US9274517B2 (en) Numerical controller for speed control according to instructed path speed condition
Emami et al. A look-ahead command generator with control over trajectory and chord error for NURBS curve with unknown arc length
US5930142A (en) Numerical control system with hierarchical interpolation functions
Lee et al. Adaptive nonlinear contour coupling control for a machine tool system
JP2000250614A (en) Backlash correction device and numerical control system
Zhong et al. A linear cross-coupled control system for high-speed machining
JP2015011669A (en) Numerical control device with starting point path shortening function of complex fixed cycle
Molina et al. Artificial hydrocarbon networks fuzzy inference systems for CNC machines position controller
JP2009009274A (en) Numerical controller
RU2465116C2 (en) Nc lathe cutting stabiliser
Yan et al. NC program evaluator for higher machining productivity
RU2465115C2 (en) Nc lathe cutting speed control device
JPS63229506A (en) Output system for axis speed
JP2011070483A (en) Numerical control device for table turning five-axis machine tool
US11003161B2 (en) Numerical controller
RU2458773C2 (en) Feed control device in turning at cnc lathes
CN116872199A (en) Method and device for pre-compensating dynamic contour errors of parallel robots
Guo et al. A rapid and accurate positioning method with linear deceleration in servo system
WO2023002627A1 (en) Movement route determination device and computer program
RU2586189C2 (en) Method and device for controlling cutter cooling
JP4982170B2 (en) Machining control device and machining control program

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120818