Mechatronic technological system information support

Abstract

The article focuses on a new way to solve the problem of cutting processing due to the appearance of a wide range of superhard and hard-to-machine structural materials for aircraft, automobile, ship and engine construction, as well as for spacecraft, medicine (orthopedics, dentistry), nuclear and military equipment. Such materials have an organized regular structure, high strength, super hardness. As a result, there is a problem of defect-free machining of these materials without damaging their balanced structure. The article describes a new approach and formulates innovative principles for creating a new class of mechatronic technological systems for precision machining of parts made of these materials using the example of drilling small diameter deep holes. The core of the mechatronic technological system is a mechatronic parametric stabilizer of the power load on the cutting tool. The mechatronic technological system provides a program task, automatic stabilization and maintenance in the tracking mode of the power load on the cutting tool with “disturbance control”. For example, in the technological cycle of drilling small diameter holes, such a system protects the drill bits from breakage. An integrated technological system is proposed with the following three levels of control: intelligent (upper), adaptive (middle) and robust (lower). The basis of the multi-level system is a high-speed robust automatic control system “by the disturbance”. The disturbance is the load torque, which is either automatically stabilized, or tracked when setting a program from a computer, or changes according to the program that sets the mechatronic technological system the functioning (operation) algorithm. This algorithm can vary widely with different methods of machining parts by cutting (grinding), including shaping free 3D surfaces according to their digital models. The mechatronic technological system proposed is easily integrated into the cutting (grinding) system of CNC machines, expanding their capabilities by transferring the standard control program of the CNC to a higher level of the control hierarchy. This allows machining any complex-shaped parts, including “double curvature” parts, namely impellers, turbine blades, rowing screws, etc.

У статті акцентується увага на новому способі вирішення проблеми обробки різанням у зв'язку з появою широкої номенклатури надтвердих і важкооброблюваних конструкційних матеріалів для літако-, автомобіле-, корабле - і двигунобудування, а також для космічних апаратів, медицини (ортопедія, стоматологія), атомної та військової техніки. Такі матеріали мають організовану регулярну структуру, високу міцність, супертвердість. Як наслідок, виникає проблема бездефектної обробки цих матеріалів без пошкодження їх врівноваженої структури. У статті описаний новий підхід і сформульовані інноваційні принципи створення нового класу мехатронних технологічних систем для прецизійної обробки деталей із зазначених матеріалів на прикладі операції свердління глибоких отворів малого діаметра. Ядром мехатронної технологічної системи є мехатронний параметричний стабілізатор силового навантаження на ріжучий інструмент. Мехатронна технологічна система забезпечує програмне завдання, автоматичну стабілізацію і підтримку в стежить режимі силового навантаження на ріжучий інструмент з управлінням “по збуренню”. Наприклад, в технологічному циклі свердління отворів малого діаметра така система оберігає свердла від поломки. Запропонована інтегрована технологічна система, що містить наступні три рівні управління: інтелектуальний (верхній), адаптивний (середній) і робастний (нижній). Основу багаторівневої системи становить швидкодіюча робастна система автоматичного управління “по збуренню”. Збуренням є момент навантаження, який або автоматично стабілізується, або відстежується при завданні програми від комп'ютера, або змінюється за програмою, що задає алгоритм функціонування для мехатронної технологічної системи. Цей алгоритм може змінюватися в широких межах при різних способах обробки деталей різанням, включаючи формоутворення довільних 3D поверхонь по їх цифровим моделям. Мехатронна технологічна система, яка запропонована, легко вбудовується в технологічну систему верстатів з ЧПК, розширюючи їх можливості шляхом переведення штатної керуючої програми ЧПК на більш високий рівень ієрархії керування. Це дозволяє обробляти будь-які складнопрофільні деталі, включаючи деталі “подвійної кривизни” (імпелери, турбінні лопатки, гребні гвинти і т.п.).

Larshin V. P., Gushchin A. M.Mechatronic Technological System Information Support.Applied Aspects of Information Tech-nology.2021; Vol.4No. 2: 153–167. DOI:https://doi.org/10.15276/aait.02.2021.3