Способ управления процессом врезного шлифования

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВРЕЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ, включающий регулирование поперечной подачи по значению силы резания и по скорости съема в функции припуска, отличающийся тем, что, с целью повьшения производительности путем более полного использования режущей способности шлифовального круга в течение всего периода его стойкости, на этапе врезания управление ведут по силе резания, измеряя скорость съема припуска, а при достижении скоростью съема заданного значения по скорости съема в функции припуска .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ИЦ П

РЕСПУБЛИК

4(sl) В 24 В 51/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3470866/25-08. (22) 16.07.82 (46) 15 03.85. Бюл. У 10 .(72) В.И.Сивачек и В.С.Мучкин (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.9.08 (088.8) (56) 1. Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифованием. М., "Машиностроение", 1975, с. 80-93, 129, 186-193 (прототип). (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ВРЕЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ, включающий pery„„$0„„! 1 858 лирование поперечной подачи по значению силы резания и по скорости съема в функции припуска, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности путем более полного использования режущей способности шлифовального круга в течение всего периода его стойкости, на этапе врезания управление ведут по силе резания, измеряя скорость съема припуска, а при достижении скоростью съема заданного значения— по скорости съема в функции припуска.

1144858

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования на кругло- и внутришлифовальных станках, Целью изобретения, является повышение производительности путем более полного использования режущей способности шлифовального круга в течение всего периода его стойкости за счет учета реального значения силы резания на этапе врезания.

На фиг. 1 и 2 представлены блоксхемы устройств для реализации предлагаемого способа; на фиг. 3 и 4— графики изменения силы резания.и 15 скорости съема, иллюстрирующие работу устройств соответственно фиг.1 и 2.

Устройство, изображенное на фиг. 1, содержит измерительную скобу 20 с первичным преобразователем 1, вторичный преобразователь 2, первый формирователь 3 команды на отвод шлифовального круга, дифференциальную цепочку 4 с усилителем 5, первый 25 формирователь 6 команды на управление поперечной подачей, задатчик 7 силы резания, измерительный преобразователь 8 силы резания, второй формирователь 9 команды на управление ЗО поперечной подачей, сумматор 10, привод 11 поперечной подачи шлифовального круга.

Устройство работает следующим образом.

Измерительная скоба с первичным измерительным преобразователем 1 воспринимает размер обрабатываемой детали и выдает. сигнал переменного тока на вход вторичного преобразователя 2, который вырабатывает постоянное напряжение U, пропорциональное текущему значению припуска (фиг.3); Этот сигнал подается одновременно на входы формирователя

3 команды на отвод шлифовального круга, дифференцирующей цепочки 4 и на первый вход первого формирователя

6 команды на управление поперечной подачей. Дифференцирующая цепочка 4 5О вырабатывает сигнал Ue = dUn/dt, пропорциональный скорости съема припуска, который после усиления в усилителе 5 в k раз подается на второй вход первого формирователя 6 команды 55 в виде сигнала kU .

Одновременно с этим производится измерение текущего значения силы резания измерительным,преобразователем 8. Пропорциональный силе резания сигнал U с выхода измерительного преобразователя 8 подается на второй вход второго формирователя 9 команды на управление поперечной подачей,а на первый вход этого формирователя с выхода задатчика 7 поступает сигнал о

U определяющий требуемое значение силы резания на предварительном этапе съема припуска.

Первый и второй формирователи 6 и 9 выполнены в виде двухпозиционных релейных элементов. Они сравнивают поступающие на их входы сигналы и в зависимости от результатов сравнения выдают команды на включение или выключение поперечной подачи шлифовального круга. Команда на включение подачи каждым из этих формирователей выдается при выполнении следующих условий

> kUv о

U) ) 13р

В противоположном соблюдаются условия (2) случае, когда (3) (4) В начале цикла обработки когда съем припуска еще не происходит, сигнал Б„ имеет значение Up, (фиг.3)> соответствующее начальному припуску, а сигнал U на выходе дифференцирующей цепочки 4 и сигнал измерительного преобразователя 8 силы равны нулю.

Uh а ku÷ о

U с U указанные формирователи выдают команды на выключение поперечной подачи шлифовального круга.

Сумматор 10 выполнен в виде логического элемента ИЛИ и предназначен для выдачи в привод 11 поперечной подачи команд на включение или выключение поперечной подачи шлифовального круга. Команду на включение этот сумматор выдает в тех.случаях, когда соответствующие команды поступают одновременно на оба его входа, т,е. при одновременном выполнении условий (1) и (2). Если же хотя бы на один из его входов поступает команда на выключение подачи, т.е. выполняется одно из условий (3) или (4), или оба одновременно, то сумматор 10 выдает команду на выключение подачи.

11448

Ъ

В этот момент соблюдаются условия (1) и (2) и шлифовальная бабка станка движется со скоростью быстрого подвода к обрабатываемой детали. На фиг.3 началу цикла--соответствуют совпадающие точки Ас и Во.

После входа шлифовального круга . в контакт с обрабатываемой деталью начинается съем припуска, в результате чего пропорциональный припуску 19 сигнал U> уменьшается, а пропорциональные скорости съема припуска и силе резания сигналы U и Up возрастают. При этом точки А и В, ото—

1 бражающие зависимость соответственно силы резания и скорости съема припуска от его текущего значения, будут описывать траектории А А1 и

ВОВ в направлении, указанном стрелками (фиг.3). щ

При отсутствии формирователей 6 и 9 возрастание силы резания и скорости съема припуска происходило бы по пунктирному продолжению траекторий А А, и В В,. Однако, как только сигнал Up превысит заданное значение силы резания Uр (точка A1), о выполнится условие (4) и формирова— тель 9 выдаст команду на выключение подачи, которая сумматором 10 будет передана в привод 11 поперечной подачи.

При выключении поперечной подачи съем припуска происходит за счет на-, тягов в упругих элементах технологи35 че ской системы СПЩ, но сила резания и скорость съема припуска будут постепенно уменьшаться (траектории

А,А .и В В ). Как только сигнал Up станет меньше заданного значения о

Up (точка А ), то выполнится условие (2) включенйя подачи. Поскольку условие (1) по прежнему выполняется, то сумматор 10 выдаст команду на включение подачи. После этого сила резания и скорость съема припуска .начнут возрастать (траектории А А > и В В ) до тех пор, пока в точке А не выполнится условие (4) и формирователем 9 снова не будет выдана б команда на выключение подачи. В дальнейшем процесс включения и выключе- ния подачи по командам формирователя

9 будет осуществляться аналогично описанному. В результате этого на у предварительном этапе обработки сила резания будет поддерживаться в среднем на уровне 0 котоо

Р 9

4 фиг. 3 показан лини— рый на ей PG.

Между силой резания и скоростью съема припуска существует, как известно, пропорциональная зависимость (6) вытекающим из условий (1) и (3).

При этом сила резания будет также снижаться пропорционально принуску.

В тот момент, когда на обрабатываемой детали будет получен заданный размер, сигнал 0„ на выходе вторичного преобразователя будет равен заранее настроенному значению U

При этом формирователь 3 выдаст с рс (5) где Кр — коэффициен1 режущей способности шлифовального.круга. В связи с этим скорость съема припуска на предварительном этапе обработки о о стабилизируется,на уровне U = К U (линия МИ на фиг.3).

В процессе съема припуска сигнал уменьшится до некоторого значения U ;, при котором впервые выполнится условие выключения подачи (3) для формирователя 6 (точка В;). С этого момента начинается заключительный (чистовой) этап обработки.

Изменение силы резания и скорости съема припуска пойдет по траектории

А; А;, < и В; В;,„. Но в отличие от предыдущего очередное включение подачи произойдет в тот момент, когда кроме условия (4) выполнится дополнительно и условие (3) для формирователя 6 (точка В; ), так как только в. этом случае сумматор 19 передаст в привод подачи команду на включение подачи.

После включения подачи сила резания и скорость съема припуска будут воз.— растать по траекториям A .À;, и

М

В;,В;, . Очередное выключение подачи произойдет в точке В„, так как в ней выполнится условие выключения подачи (3) формирователем 6.

В дальнейшем процесс включения и выключения подачи в отличие от предварительного этапа обработки будет .осуществляться формирователем 6, в результате чего скорость съема припуска будет снижаться пропорционально уменьшению текущего значения припуска, — в среднем по линии QL, которая определяется уравнением

1144858

55 команду на быстрый отвод шлифоваль1 ного круга и обработка будет закончена, В момент окончания обработки скорость съема припуска будет равна заранее заданному значению U

= — U что необходимо для получеK hK ния высокой точности, а сила резанияя — з качению U Р„.

В процессе работы шлифовальный круг затупляется и изнашивается, в связи с чем коэффициент режущей способности шлифовального круга

К р уменьшается. Это приводит к тому, что при одном и том же стабилизированном значении силы резания

U установившееся значение скорости о о съема припуска U на предварительV ном этапе обработки по, мере затуп.ления и износа;-шЪифовал ного круга будет постоянно. снижаться. На заключительном этапе обработки среднее значение фактической .скорости съема припуска будет изменяться по линии

OL вне зависимости от степени затупления и износа шлифовального круга.

Поскольку на предварительном этапе обработки устройство поддерживает силу резания на заданном предельно допустимом по технологическим условиям.(номинальном) уровне, то скорость съема припуска на этом этапе, снижаясь по мере затупления .и износа шлифованьного круга, .в любой момент времени периода его стойкости имеет максимально возможнее, определяемое текущим значением режущей способности шлифовального круга значение.

Способ может быть реализован также с помощью устройства, блок-схема которого изображена на фиг. 2.

Устройство 1 содержит измерительный преобразователь 2 припуска обрабатываемой детали, программирующий блок 3 и дифференцирующий элемент 4, первый сравнивающий элемент 5, усилитель 6 сигнала ошибки и подключенньпЪ к его выходу привод 7 поперечной подачи, вьиодной- элемент которого, например вал электродвигателя или шток гидроцилиндра, является выходом устройства и предназначен для присоединения к входному элементу механизма поперечной подачи шлифовального станка 8, задатчик 9 сиI лы резания, измерительный преобразователь 10 силы р зания, второй

45 сравнивающий элемент 11, пороговый элемент 12 с памятью и коммутатор 13.

Программирующий блок 3 содержит задатчик 14 конечной скорости съема припуска, масштабирующий усилитель

15 и сумматор 16.

На фиг. 4 по оси абсцисс отложен сигнал Uh, пропорциональный припуску Ь на обрабатываемой детали, а на оси ординат — сигналы Uq и Up, пропорциональные соответственно скорости съема припуска V и силе резания P.

Горизонтальной линией Up „ намс с несено предельно допустимое по технологическим условиям значение силы резания на первом этапе обработки, а наклонной линией Uy — програмпс мное значение скорости съема припуска на втором этапе обработки. Штриховкой отмечены области недопустимых значений для силы резания и скорости съема припуска.

Устройство работает следующим образом.

В начале цикла обработки сигнал на выходе измерительного преобразователя 2 припуска имеет максимальное з н ач ение U ь, (фиг . 4), про порцион ал ьное начальному значению припуска на обрабатываемой детали, а сигнал Ур на выходе измерительного преобразователя 10 силы резания равен нулю, так как процесс съема припуЬса еще не начат и сила резания отсутствует, Поэтому сигнал hU = U„- — Up на

Р смаке выходе второго сравнивающего элемента Г1, где Upцц„ — сигнал задатчика

9 силы резания, имеет максимальное значение.

Пороговый элемент 12 в начале цикла обработки находится в первом устойчивом состоянии и так воздействует на коммутатор 13, что последний подключает к входу усилителя 6 сигнала ошибки, выход второго сравниваю( щего элемента 11, образуя таким образом замкнутый контур подсистемы управления силой резания, задающим воздействием для которого является сигнал задатчика силы резания

Прм,„© — const. Поскольку сигнал

6U, поступающий на вход усилителя

6 ошибки, в этот момент имеет максимальное значение, то привод поперечной подачи в начале цикла сообщает шлифовальной бабке станка 8 движение к обрабатываемой детали с макси1144858

55 иальной скоростью быстрого подводаЧп = Ч (фиг.4).

В момент входа.шлифовального Круга в контакт с обрабатываемой деталью возникает сила резания и начинается предварительный этап съема припуска. При этом сигнал Up измерительного преобразователя 10 силы резания постепенно возрастает (фиг.4), а сигнал И измерительного преобразователя 2 припуска уменьшается.

В связи с нозрастанием силы резания сигнал (Ulf будет уменьшаться, что, в свою очередь, приведет к соответствующему уменьшению скорости поперечной подачи Vff. Процесс уменьшения скорости поперечной подачи будет продолжаться до тех пор, пока сигнал 6U не достигнет устаноР вившегося значения 4У,, которое

Р сТ определяется статическйми свойствами замкнутото контура подсистемы

1 управления силой резания и может быть достаточно. малым при соответствующем выборе параметров элементов, входящих в усилитель сигнала ошибки и привод поперечной подачи.

После этого съем припуска будет происходить с постоянной силой резания, значение которой с точностью до достаточно малой статической ошибки

gU будет равно заданному предельГ j но допустимому значению U,ч макс

Процессы изменения скорости съема припуска и пропорционального

dUn ей сигнала U = — выдаваемого

vc дг дифференцирующим элементом 4, будут подобны процессу изменения силы резания и, начиная с того момента, когда сила резания достигнет заданного значения, скорость съема при-. пуска также примет установившееся значение, которое равно установившемуся значению скорости поперечной .подачи и на фиг.4 показано горизонтальной линией U> с Чст.

В процессе обработки партии деталей шлифовальный круг постепенно затупляется и изнашивается, что отражается в уменьшении коэффициента

его режущей способности К . Следовательно, при одном и том же установившемся значении силы резания значение скорости съема припуска на предварительном этапе обработки затупления шлифовального круга

45 (или, что То же, — по мере увеличения количества обработанных деталей) будет систематически снижаться.

На фиг.4 это отображено горизонтальI ff ными линиями И „с > Ц „,, > Ц„

В процессе съема припуска сйгнал П, выдаваемьй измерительным преобразователем 2 припуска непрерывно уменьшается. Поэтому сигнал Б „ программного значения скояс расти съема припуска, который формируется в программирующем блоке 3 в соответствии с зависимостью

= Uy„, + KUg, где UYf,f сигнал задатчика 14 конечной скорости, К— коэффициент усиления масштабирующего усилителя 15, в течении цикла также будет уменьшаться.

Сигналы с выходов программирующего блока 3 и дифференцирующего элемента 4 непрерывно поступают соответственно на суммирующий и вычитающий входы первого сравнивающего элемента 5. В этом сравнивающем элементе определяется сигнал отклонения фактического значения скорости съема припуска от ее программного зна"е""я 6Uyс Uyffñ П с кото рый подается на вход коммутатора

13. По мере съема припуска сигнал ьУу постепенно уменьшается и в некоторый момент, которому на оси абсцисс соответствует точка U g

2 (фиг.4), становится равным нулю.

Пороговый элемент настроен на срабатывание при равенстве нулю поступающего на его вход сигнала.

Поэтому в тот момент, когда сигнал

hUyс в процессе своего уменьшения впервые станет равным нулю, пороговый элемент перейдет во второе устойчивое состояние, которое он saпоминает и сохраняет. до конца цикла обработки.

При переходе во второе состояние пороговый элемент воздействует на коммутатор так, что последний отключит выход второго сравнивающего элемента 11 от входа усилителя 6 сигнала ошибки и подключит к этому усилителю выход первого сравнивающего элемента 5. В результате этого образуется замкнутый контур подсистемы управления скоростью съема припуска. Задающим воздействием для этого контура является сигнал

C программной скорости Uyп„, 1144858

С момента перехода порогового элемента зо второе состояние начинается заключительный этап съема припуска, при котором привод 7 поперечной подачи изменяет скорость подачи шлифовальной бабки так, чтобы сигнал gU> был достаточно малым с (установившееся значение этого сигнала gUy „определяется статическими свойствами подсистемы управле- 10 ния скоростью съема припуска и может быть сделано достаточно малым путем соответствующего. выбора ее параметров).

l5

Поскольку сигнал gVy является с, 1c( достаточном малым, то процесс съема припуска на заключительном этапе будет происходить со скоростью практически равной задаваемому програм- 20 мирующим блоком значению Uy

= 11чп, = "чкс К"Ь.

Отсюда вытекает, что скорость съема припуска на заключительном этапе цикла обработки .будет уменьшаться пропорционально уменьшению припуска, причем эта пропорциональная зависимость (темп снижения ско.рости) определяется коэффициентом

К масштабирующего усилителя 15. В момент окончания обработки, т.е.. когда припуск будет полностью снят и сигнал на выходе измерительного преобразователя размера станет равным нулю, скорость съема припуска будет равна заданному значению Ц чкс

Таким образом, на предварительном этапе съема припуска вне зависимости от режущей способности шлнфовального круга стабилизируется сила резания на заданном предельно допустимом по технологическим условиям уровне. Установившееся значение скорости съема припуска на этом этапе, будучи наибольшим в начале периода стойкости шлифовального круга, уменьшается по мере потери шлифовальным кругом режушей способности. Однако для любого момента периода стойкости шлифовального круга установившееся значение скорости съема припуска будет максимально возможным, поскольку оно однозначно определяется соответствующим для того же момента периода стойкости значением коэффициента режущей способности шлифовального круга Кр . Это означает,:что способ обеспечивает предельно полное использование режущей способности шлифовального круга в течение всего его периода стойкости и благодаря. этому повышается производительность.

На втором (заключительном) этапе съема припуска осуществляется обработка со снижением скорости съема припуска пропорционально его текущему значению и окончание обработки при заданном конечном значении скорости съема припуска, что обеспечивает высокие показатели качества поверхностного слоя и точности обработанных деталей.

l 144858

Составитель А.Семенова

Техред 3 Палий

Корректор М.ДемчиХ

Редактор M.Áàíäóðà

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. 4

Заказ 1032/12 Тираж 769 Подписное

RHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5