Способ управления упругими перемещениями при шлифовании
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УПРУГИМИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯМИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ , при котором в процессе шлифования измеряют фактические перемещения шпинделя, сравнивают их с заданными и сообшают шпинделю корректирующие перемещения , отличающийся тем, что, с целью повышения точности процесса шлифования путем использования инерционных центробежных сил, берут шлифовальный круг, часть абразивной внутренней поверхности которого снабжена емкостью для СОЖ, при этом СОЖ подают в емкость в момент нахождения ее напротив зоны шлифования. (Л со 00
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК ((9) SU())) 3 (5D
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3590170/25-08 (22) 17.03.83 (46) 23.06.84. Бюл. № 23 (72) В. Г. Гусев, Б. И. Горбунов, В. С. Корсаков, А. Н. Лаврентьев, В. А. Орлов, А. И. Судьин и С. Л. Ханский (71) Муромский филиал Владимирского политехнического института (53) 621.922.079 (088.8) (56) 1. Самоподнастраивающиеся станки.
Под ред. Б. С. Балакшина. «Машиностроение», 1970, с. 319 †3 (прототип). (54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УПРУГИМИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯМИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ, при котором в процессе шлифования измеряют фактические перемещения шпинделя, сравнивают их с заданными и сообщают шпинделю корректирующие перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности процесса шлифования путем использования инерционных центробежных сил, берут шлифовальный круг, часть абразивной внутренней поверхности которого снабжена емкостью для СОЖ, при этом СОЖ подают в емкость в момент нахождения ее напротив зоны шлифования.
1090772
Изобр«теillt< относится к м(таллообработке шлифовавшиеxt.
Известеli -" ïîñîá управления уп руги м и перемещения в технологической системе станок — — приспособление инсгруме!и — деталь (СПИД), основанный на измерении упругих деформаций (перемещений) в
СПИД, сравнении фактических перемещений с заданными. При отклонении фактических перемещений от заданныx Îсу(цествляют поднастройку системы (внос 51 г поправку в размер статической или динамической настройки системы СПИД) !1).
Однако известный способ управления упругими перемещениями караке«(?Из е(iя сложностью его реалиç3ции. Тàh для Внесения поправки в систему необходимо иметь специальныс сравнительно сложные;(вижители и осу(цествлять дополнительную модернизацию технологической системы, например заднюю оабку круглошлифовального сганка
С 1«Д> ЕТ УC 1<1 HЯ Б:Ifl f33TI> Hci ОСИ ДГI Я ВОЗМОЖНО сти ее поворота при вне«сини поправки и др.
Кроме того, для внесения поправок Тр!. буется преодолевать больши« силы, оизмеримы«
С СИЛ Я МИ РЕЗВ НИЯ.
Цель изоорст«ния повын(енис Гоч!Н>сти
ПРОЦЕССа ШлпфоВЯНИЯ:(У ГСМ (1«IIOЛЬЗОВ it! fisi инерционных f(«!IT(>06«off f, сил.
ПО(ТЯ Б. 1«Н i!3 Я II (X1 Ь lOCT (11 с) ("TÑ5! ТЕ(<1, <(т(» со Г.! Я с и 0 с и Ос 0 О »,, н 1? <3 !3. 1 t. f i H H x (1 Р ) I и,l I t и с f ) ( ме(цениями в проц«ссс IllëèôOH;IHHH изм«ряК)Т ф сl К Т И Ч С С К И С П С> Р С> М l I i(I i (1 51 I I (11! I i, f t i 1 Я, P <1
BHHB3K)T ИХ С ЗЯ,(31!(If>l)fk 11 «00<)11!<110 дс,1 (0 Ix(? f) j?«ктир w K)Ill!I(нс рс мс и<сil f!51, 6 f!x !
11«(I(фо(3Я 1 f>!If>! Й кр Г, и ЯСТI> cl 6f) «! 3:f it!i<) !1 !3 н > !ренней 1(овсрхности которого с 36<к«((;! с,1KOCThK?,l,,I53 (.ОЖ, E!OT(,() !0 IIO 1;i!<> f (3 >«I i.
«(((КОСТ! В МОМ«! т rf 1 0>К;1«НИ5! С «!ifi!!p<)TIIII
30 Н Ы 111,1 1! () 0 H .- i !1115! .
Н 3 (() 11 Г. И 3 06 f) с) ж r (I > l (X ("! cl, i I, 1 и t j > с ) Б cl I l f 51
1(« рИ ф(.р И «5(Кр > I ñi (т С I fill!1 дс (11 r! (К(! дЛЯ (?СГИСТ!)Яlll!11 ИЗМС Н I!kiri < i!!)> I X . !((>С >1«IkICfl K (1 ill ° 1 Ифов Я, i i>l! O I 0 с (? < I
Обраоятыва«мс>й:1«тали: f!;I "()I! . 2 блок
CX«Xl cf «(I«1 (»! 1 I <11)ТС>М ((ТИ i СKOI 0 < If!? с<13. I Ñ I! rl sf ((..Зс У ) м I 1 p > I i )! И I 1 <. (t « >! (. Ill « I l l 5 1 м (I: i 1 ф И I . > -с(«н « (-. ()и Фи(. 1; на фиl -(сс епи(I)-1) Ii!1 фи(., >: i13 фиг. > 13ll,(11 Ili фиг
113 фи(. 6 — узел 1 на фиг. >.
1(
ГО М 2 Б 0 3 (И К с! К>1 ((i. 11>l j) «:3 rt I I f t sf, K 0 I 0 P l>l t.
Вызывают i пру (и(II«ðñ )lс .:Ис н И5: к;>у (,1 и
ДЕТЯ:!И, 1!3(>!(>НЯIОН(ИСС Я c Г "I с Н ИС М !3()«>t«!fit (ИЛ И фо В<1 НИ Я 110 .>(НОГ(i >! .I РИ I f1 rf ct >1, 1 cf K, l rtНРИ МЕР, Б(. ЛЕДСТ()ИС Hd (> ИЛ Си И Я III, l kl(i)013 3,!1ного круга !Геравнс»:с f) f!0« I ГH(. р„0! и нрипуска детали в различны . «« ((!«(ках и т. п.
Упругие перемещения рег!! c I ðp р) !О(«5!
Биброгенераторным датчиком 3, нанрим«р, ВГД-10. Сигtf3.1 от .TBTчикя ) посTупаег на сравниваю(цее устройсTHO .1, 130«lip!1!(klxl:-lli!ЩЕЕ таКжЕ СИГНаЛ от kdдагс)ИКЯ 5. Б(,(Х >Д сряннивакпц-<(О сгройства соединен с x cHii! Гс, < м (>, сигнал 0Т которого поступает !
le! i:ñ!,Ift;.ói,иый .(россель 7. Дроссель в
ЗЯ()И«И((0«(И !>1 БЕЛ lriHHil И ЗНаКа ПОДЯННОГО (я (3«(0 3,(«(.- рич«ског0 сигналя регулирует ра«xo.((.ОЖ.;(я:!рявляемой к внутр< иней ((Ивер х ги>сти 8 «60p Hof шл ифов ял ьно го
Kр) Гñi 2.
KoI fc 1 р> к пи 5! сбор но Го 36(>33 и()НОГО кр>>Гя 2, и;ыво.»IIO«;35I управлять упруги. (и пе(?«(!с !И«пнями систе",(ы (.(IÈ,1 (помо(пью (1IIepiI(30iliIaix сил, состоит из корпуса 9. вынс?лlli нного H Бидс пос;!,1(t- .: втулки и пернф(pit(till>IX Ilpp;10,11> !r> С 1 «р?кн(. Й 10. ПО
00раз«кипим ст«ржнсй !О Выполнены про(5 . (ОЛЬНI>I(. II!(.! И 11 lt 12. (Т(j))KHH !Г) Обр3зуK)Tiя после фрезсрования B корпящее 9 продольны;:(Язов, в кс? Горы« затем встав15! K)Ti 5l <(6(> 3 3 ив ны« . (i X!! HTHI ). (> I!l(. I(i 1 1
ВСГсп<Г! !II>f С НатЯ: С>М P3;IHciËÜÍÛÅ ПЛЯ«тИНЫ ! (, 0(>,)с!.3X IOLI!>>it«м«ж,(> Собой j)<13;i(, l(ННЫЕ ((? г <) г !pi l cl сxfKO«T(3 15 для рязме(цения
С. (?Ж, !(> 6< "ро дь 1() 1, рс,д я )«.че:.—
il l>l! ;(, I 5l f() 1>3<< (3!»> Т Р Ь К Р> Гсl, > CTd (013,1(III>l IIO,(11,!0!(I <)!) Г(р г h дру(((1pH
fI0 1ii÷ñ (, (?Ж !)па трь кру f а ем кс>сти I и зак>ли)1(от«5! (;«риодн (сски жидкостьк>. Б ре.А, Ii>1;: I«чс Г(> 06рci «ются 061 «мы (> --20 (.(?Ж, (фи(,), !рi()!>!Ij)OBOЯ 2! «.(ужи для !
0.(Я И (.(? /Ê:3 30П >> !)(33111*.5i (li (X 1ЬК> .10ПОЛ;И(С,(,: < () OX frf>f<1(fff!5! 1(ci,(И )
СI I <>61>! i t I >(С ir!!)i, ) Н(i )f(ilk<1,1ИСЬ:.3 ОСЕp . "<>:>, i> r! I! i) cl 13, I r i If! (1:10," С И!". Hki «>! >. (t«1 pc < 11! ИЯ.
l i (i : !3 < (0 I t)I > I! f !) Н t t." t I? d kf it () Я (,С : ;-! t."! .i 5l I! f):>I t f. i!;! 2. I10(, Я Я:I р И к,>;!.151(ТС 5.
К !(О f) I i)>С М l I i i r! -I (il(110КЯЗЯ rl hi I . (<, (П>! Ill h<1
fi >f(Ст БН,".",)
"ОР >ГO СП> )I>l. I! I f> .h!!0(0,i!le. С ГР;! (С
t)6pЯ, «! ««5l f.(>л(,<ц Б<>й 3(30? 2. 1, черс 3 Оторьlli трx с>очf;OH . )ц-,! 11) . и)60;(н< иро л<ь1Я(Б H«1 (П> л .), I . i lf(.3 с(Д< H!l t(>1 i I » .1(? И
f3f)
1 ((k! f)<>1ц;110(:(>. f!i ri
1>(t r f:I 1>it) 0>1, Г .. . ) . 1)r. .i t. + Н(> .> (i 3 1((1 с>С),! <О!3!. (.6«>рн!(й 36()().3И()Н(,(И Kpii ((СРС,I РЯ(>0. 0((:«<". ЯН, H,IÈHЯК> I! cl i3ÐH (аЮП1 к(0«rf 1;1 1 > )(> l l (I П !i Is! > f>0.1 I O>f . > ., 1;it>r., . I t1 r С.l i .+ 1! Иро(3<111(151 ко и !С < I !3<1 (.i > IX, I(0 !с! БЯС. (ОH Б!IТТpb KÐÓÃcI С ЦЛЬК> С(;10ИГ(И:3<)ЦИИ УИРУГHX (ePЕ..I!(i lilllt I3 сигl!. ñ (:1(ИД. I I f! lt H!teil:ц НИИ;бор! >ГО ябраЗ(,ВНО(0 К(?У! <:.)И 1ci(ТИЧ НОС 33110. НЕНИЕ (>)!кос ги 1;> t..()Æ I! Г<п (омс нт, когда ем50 кос(В 1 ) ок f 3!>IH!i Г,51 H: <>Hi (рубо((ро!30да ft) ! (lit I (н;>пр< (ив 3<п!ы ill,lk!(j?(?B3í)tÿ) . <..ОЖ из ос;ьс,(0(3 18 .f 19 ноступас r в зону рсс)ания fl(< 110< f)(;1C I!3! !i i l<> 0 r ill(C . В,(ЯЯ СX".3:30 HO«, О XЛ <1 dr, (cf K)! l! (С I! >10 К > Н (С С ДС> И < 1 В И (. Уllf)cli3.1(1! Hr., Ир, ГИ,:И (1«р«)!«щЕНИяМИ В СИС! СМ«С(111Д " И»МО:lif>10 ПрсдЛя< я(сМОГО clipt. 06)cf ()i (If1! с . 3, (sf((ся слсдмк?И(и 1 образом. .)<1,<ЯТ !ИKO>. . > ir! I el! i >! H(1>1 lkt! d ) H!)>,!ИХ ! I(j)Fxf t. 111сн ий Б с. l!. тс 1« (,1 I И, 1 (3;f 111(>тсЯ 1098772 20 IàI 4Р гп — -» р — „ » р 30 40 50 55 величина размера динамической настройки) в виде опорного напряжения и подается в сравниваюшее устройство 4. Датчик 3, измеряя фактическую величину размера динамической настройки (фактическую величину упругих деформаций в системе),. посылает также электрические сигналы в сравнивающее устройство 4. После сопоставления заданной и фактической величин размера динамической настройки сравниваюшее устройство 4 выдает знак и величину отклонения размера динамическои настроики, которое, пройдя усилитель, поступает в исполнительное устройство 7 (регулируемый дроссель), изменяющее расход СОЖ, направляемый в емкости 15 сборного круга 2. Увеличение или уменьшение количества СОЖ, поступаюшей в емкости 15, приводит к изменению величин неуравновешенных центробежных сил, действующих на ось шпинделя, которые упруго перемещают ось шпинделя с кругом на деталь или от детали, стабилизируя тем самым упругие перемещения (размер динамической настройки) в системе СПИД, т. е. приводя их к заданным. Пусть имеется какое-то исходное состояние технологической системы СПИД, при котором осуществляется процесс шлифования с подачей СОЖ через круг в зону резания, и величины заданных задатчиком 5 упругих деформаций составляют У и Z соответственно по осям координат. В процессе шлифования происходит затупление круга и другие явления, в результате чего силы резания Р, и Pz получают приращение и Ру и A Pz соответственно. Приращения Л Ру и АР приводят к вознипновению дополнительных упругих перемещений в системе, величина которых определяется по формулам ЛУ= — и Z=4 Ji J» где ъ, j» — жесткость системы инструмент— деталь в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно. Поскольку порядок компенсации дополнительных упругих деформаций по осям Y и Z аналогичен, то в дальнейшем рассмотрим компенсацию только по оси У . Фактические упругие перемешения (Y+ AУ) фиксируются датчиком 3 и подаются в сравнивающее устройство 4. На выходе сравнивающего устройства 4 имеется сигнал, пропорциональный в личине A У, который усиливается в усилителе 6 до значения, пропорционального К h У (К вЂ” коэффициент усиления). Величина напряжения, пропорциональ ная значению К АУ, поступает на соленоид егулируемого дросселя 7 (например, игольчатого дросселя), который в зависимости от величины напряжения перемешает иголку дросселя 7 в направлении уменьшения или увеличения проходной щели. Это приводит к увеличению или у меньшению количества СОЖ, поступаюшей в емкости 18 — 20, а следовательно, к уменьшению или x Båëè÷åíèþ инерционных центробежных сил P, t Р»=ф1 и Q<, что приводит к упругому перемещению оси шпинделя с шлифованным кругом, компенсируя возникшее отклонение AY. Количество СОЖ, необходимое для компенсации A У, определяется расчетным путем. Находим прирашение силы AРу, вызвавшей дополнительное упругое перемешение ЛY, AP =дУ j, дУ вЂ” зарегистрировано V 1 датчиком, а жесткость известна из данных станка. Находим вектор неуравновешенной центробежной силы, необходимый для компенсации вектора A Р>, из равенства Ь Py —— = — Q . По известному вектору Q,, частоте вращения сборного круга и размерам емкости 15 находим массу mСОЖ, которую необходимо подать внутрь круга для устранения перемещения где с1 — циклическая частота вращения инструмента; — радиус, на котором расположен центр масс СОЖ, размещенной в емкости 15. Если СОЖ наливается одновременно в две соседние емкости 18 и 19 (фнг. 3), то численное значение масс m, и rn» определится по формуле I l3E I . m le Р, ъ»Р» причем Рс + Р» = g» где Pi, р — радиус, на котором расположен центр масс СОЖ, размешенной в емкостях 19 и 18 соответственно. Аналогично можно компенсировать и упругие перемещения по оси Z, при этом Яа, la P . ; ap,=st („ ъ — Р» — хх » р но для этого нужно иметь два трубопровода 16 и 17, два дросселя 7 и два комплекта приборов, изображенных на фиг. 2. Учитывая, что упругие перемещения в системе СПИД в направлении оси Z несущественно влияют на погрешности обработки, для повышения точности обработки следует прежде всего осуществлять управление упругими перемещениями в направлении оси У, а в направлении оси Z их не стабилизировать. Пример. Предположи м, что с ила реза ни я P„при шлифовании кругом наружного диаметра D= 500 мм, высотой абразивного слоя Н =100 мм, марка абразива 24А16ПСМ26К5Б составляет 500 Н, а величина hP> может доходить до 50% от силы Ру, т. е. до 250 Н. Учитывая износ шлифовального круга на 1098772 1/3 наружного диаметра круга, получаем минимально допустимый рабочий диаметр как D,", = D — D=330 Следовательно, максимальный наружный диаметр корпуса 9 можно принять равным н ах 0 =320 мм. С учетом прочности хвостовика сегментов 13 наибольший диаметр внутренней полости 15 Р =-290 мм. Длина дуги окружности, ограничивающей основание емкости 15, равна S = ", К =147 мм, где К, = 5 мм — толщина пластины. Высоту пластины 14 в радиальном направлении принимаем равной 10 мм, тогда минимальный диаметр пластин 14 равен Рв —— D, — 2.10 =270 мм. Длина дуги окружности диаметром Dz ограничивающая локализованные емкости 15, определяется 4 — —,— К, =136 мм. Объем емкости 15 Vg — H(— — - -}= 341,о см, Масса СОЖ, размещаемая в одной емкости 15, равна rn =J V =141,5 г. Находим частоту Ю вращения круга, исходя из скорости резания, равной 50 м!с. 60 1000V ур =1910 об/мин; Ъс1 = — " =200 С Численное значение вектора I V lq I, которое можно скомпенсировать, определится как } др — (gyI = п д,р ; 0 800 Максимальные упругие перемещения, которые можно скомпенсировать предлагаемым способом при J =50Н/мкм, составляют Л *" =- -- -16 мкм. lc P J1 г.сл и и необходимо компенсировать зна че ния Л у >16 мкм, то следует увеличить объем локализованных емкостей 18 — 20 путем 10 увеличения радиальной высоты пластин !4. Выполненные расчеты показывают, что количества СОЖ, разм,асмой в емкости, достаточно не только для компенсации приращения силы APy, но и компенсации сил Р> и Р, а следовательно, и упругих перемещений, вызванных этими силами. Это свидетельствует о возможности реализации способа. Г!рсимущество предлагаемого способа состоит в том. что значительные силы, помощью которых осуществляется управление упругими перемещениями системы, создаются не специальными движителями, а вращением инструмента на рабочей частоте. Это zs позволяет избежать применения специального -илового органа для компенсации отклонений упругих перемещений системы от заданных перемещений, избежать модернизации оборудования, т. е. снизить трудоемкость создания САУ, при обеспечении необходиЗО мых точностных параметров процесса шлифования. 1098772 12 11 I (;(A t tt () l 1н о(.ои;(.(ак(((!" i!I 1 (.„,;,;,. 1! t t:tt!ë tt и!и(л HI IH III I!4 1 < ci,(;t1(с(вс нно(о косиитета (.(.(.Р IIt);I(ë, .ì и о(ага t ни!! и .ткрн(тки ((,s(t,5!), Моска((. rK Л к Раушская на(к.. 4,5 Филиа.l 111111 «11(I гг (тъ, г . к гt)Ito.(. . . 11роектная
