В общем объёме парка металлорежущих станков отечественного машиностроения универсальные станки составляют около 60% [1]. Наряду со станками с ЧПУ, имеющими высокий уровень автоматизации в решении геометрических задач управления, универсальные станки широко используются для производства нестандартных, специализированных видов изделий, где требуется высокая квалификация и накопленный опыт станочника. Находящийся в эксплуатации огромный по численности отечественный парк универсальных станков, сравнимый с количеством станков с ЧПУ, нуждается в использовании имеющихся резервов повышения производительности металлообработки. Важным резервом повышения производительности универсальных станков является решение задач по устранению потерь времени при переходе от производства одного вида продукции к другому за максимально короткое время. В этой связи целью является повышение эффективности работы универсальных станков за счет их модернизации в виде разработки и внедрения информационно-управляющей системы на базе программируемого аппаратного комплекса, состоящего из взаимозаменяемых и совместимых компонентов.
Модернизация универсального станка, кроме оснащения привода главного движения преобразователем частоты питающего переменного тока, с возможностью плавного бесступенчатого регулирования числа оборотов, может идти по пути построения для него информационно-управляющей системы. Такая система в диалоговом режиме с оператором (станочником) возьмёт на себя ряд функций, связанных с назначением и оперативной коррекцией режимов резания, т.е. функций управления стабильностью и качеством процесса металлообработки в зависимости от изменяющихся условий многономенклатурного производства, что сулит значительную технико-экономическую выгоду.
Для обеспечения точности выбора, например, допустимой скорости резания, силы резания, параметров шероховатости обработанной поверхности необходимо иметь оперативную информацию о фазовом составе твердосплавного инструмента (его режущих способностях) [2], информацию об упрочненном состоянии стали в процессе резания, оценить сочетание теплофизических свойств стали и инструментального материала и оценить условия в зоне резания. Таких данных в справочно-нормативной литературе нет.
Для этого предлагается при построении информационно-управляющих оперативных систем универсальных станков в качестве оценочной характеристики физико-механических свойств каждой контактной пары использовать величину термоЭДС естественной термопары «инструмент — заготовка», измеренной на строго определенных режимах предварительного пробного прохода. Величина термоЭДС в этом случае используется не как информация о температуре в зоне резания, а как информация о физико-механических свойствах всех групп обрабатываемых и инструментальных материалов с последующим введением её в модели расчёта параметров процесса резания [3, 4].
Введение в структуру математических моделей расчёта дополнительного информационного параметра о свойствах контактных пар (величины термоЭДС предварительного пробного прохода) позволит значительно повысить точность расчёта и спрогнозировать значения основных его величин.
Функционально информационно-управляющюю систему универсальным станком можно реализовать двумя способами: с применением аппаратного программируемого логического контроллера (ПЛК) и с применением программно-реализованного ПЛК на персональном компьютере (ПК).
В конечном счете, на выходе получаем научно-технический продукт в виде аппаратного комплекса модернизации, состоящий из программируемого контроллера, нормирующего преобразователя сигнала термопары, планшетного компьютера и модулей связи с технологическим оборудованием предназначен для решения задач назначения, корректировки режимов обработки станков при высокоинтенсивной смене групп обрабатываемых и обрабатывающих материалов. Информационно-управляющая система функционирует в диалоговом режиме со станочником. Научная новизна заключается в том, что система технологической адаптации строится на базе сигнала, полученного из зоны резания в процессе стружкоотделения (термоЭДС), характеризующего сочетания физико-механических свойств контактной пары «инструмент-заготовка», что в перспективе может повысить точность расчета технологических параметров обработки при изменении свойств инструмента и заготовки разных партий поставок. Эффективность применения сигнала термоЭДС из зоны резания по сравнению с другими аналогами заключается в том, что для получения данного сигнала не требуется дополнительных источников энергии, так как он сопутствует процессу резания и имеет четкую корреляцию с разбросом физико-механических свойств контактной пары «инструмент-заготовка». На рис. 1 представлен один из вариантов организации структурной схемы информационно-управляющей системы универсального токарно-винторезного станка, построенной на базе аппаратного ПЛК.
Конечный продукт может быть использован в механообрабатывающих цехах машиностроительных предприятий, участков токарной, фрезерной обработки при серийном производстве. Конечный продукт реализуется в виде программно-аппаратного комплекса, подключаемого к станочному оборудованию.