Способ управления рабочим циклом поперечной подачи при шлифовании и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области машиностроения и станкостроения и может быть применено для автоматизации внутри шлифовальных, круглошлифовальных и желобошлифовальных станков в массовом и крупносерийном производстве. Целью изобретения является повьш1ение точности обрабатываемых деталей и производительности шлифовальных станков за счет того, что управление режимами обработки осуществляют в зависимости от численных значений математического ожидания и дисперсии постоянной времени процесса шлифования. Для этого припуск, при котором вьщают команды на переключение скоростей подачи с черновой на чистовую, а также на правку шлифовального круга, устанавливают в зависимости от численных значений математического ожидания и дисперсии постоянной времени процесса шлифования, а припуск, при котором выдают команду на переключение с чистовой подачи на выхаживание, устанавливают в зависимости от величины математического ожидания постоянной времени процесса шлифования, 2 с. и I з.п. ф-лы, 3 ил. (Л со Ф 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (59 4 В 24 В 49/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3973159/25-08 (22) 10.11 ° 85 (46) )5.06.87. Бюл. Ф 22 (71) Тольяттинский политехнический институт, (72) В.Н Лихелькевич и А. Г.Решетов (53) 621.91 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(- 984839, кл. В 24 В 49/00, 1980.

Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифованием. N.: 1975, с. 280. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИИ ЦИКЛОМ ПОПЕРЕЧНОЙ ПОДАЧИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области машиностроения и станкостроения и может быть применено для автоматизации внутри шлифовальных, круглошлифовальных и желобошлифовальных станков в массовом и крупносерийном производстве. Целью изобретения является повышение точности обрабатываемых деталей и производительности шлифовальных станков за счет того, что управление режимами обработки осуществляют в зависимости от численных значений математического ожидания и дисперсии постоянной времени процесса шлифования. Для этого припуск, при котором выдают команды на переключение скоростей подачи с черновой на чистовую, а также на правку шлифовального круга, устанавливают в зависимости от численных значений математического ожидания и дисперсии постоянной времени процесса шлифования, а припуск, при котором выдают команду на переключение с чистовой подачи на выхаживание, устанавливают в зависимости от величины математического ожидания постоянной времени процесса шлифования.

2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1 316$>

М EBSJ=Ч ° M (ЬТ,„) . (2) Изобретение относится к машиностроению и станкостроению и может быть применено для автоматизации внутришлифовальных, круглошлифовальных и желобошлифовальных станков в массовом и крупносерийном производстве.

Целью изобретения является повышение точности обрабатываемых деталей и производительности шлифоваль- fO ных станков за счет того, что управ9 ление режимами обработки осуществляют в зависимости от численных значений математического ожидания и дисперсии постоянной времени процесса. 15 шлифования.

На фиг, 1 приведены графики изменения скоростей поперечной подачи

V „, V,» Ч в функции текущего припуска S и изменения скоростей съема 20 металла Ч„ =Й(Б) в пределах одного рабочего цикла обработки деталей, поясняющие принципы организации способа управления рабочим циклом поперечной подачи. Точками 1-23 обозначе- 25 ны характерные точки фазовых траекторий, На фиг. 2 приведена блок-схема устройства, реализующая предлагаемый способ за счет автоматических корI ректировок значений припуска S при 30 котором происходит переключение скоростей поперечной подачи с черновой

7, на чистовую V, припуска S, при

Ст9 котором производят переключение с режима чистовой подачи на выхаживание и момента вывода шлифовального круга на правку в соответствии с расчетными значениями математического ожидания М(Т,В) и дисперсии П(Т,„), определяемыми по малой выборке (3-5 об- щ работанных деталей).

На фиг. 3 — принципиальная электрическая схема вычислительного устройства, осуществляющего расчет математического ожидания М(Т,„) и дисперсии Э(Т,В) на основе поступающей на. его вход информации о значении текущего припуска S(t). уровень скорости черновой подачи

Ч„, определяя производительность шли- 5О фовального оборудования, как правило, ограничивается стойкостью шлифовального круга, но в ряде случаев и предельными значениями упругой деформации системы СПИД, уровнем вибраций или другими факторами.

Для конструктивного упрощения устройства для реализации rüðåäëàãàåìoão способа управления и придания ему

00 2 универсальности уровни скоростей черновой Ч„ и чистовой V, подачи приняты неизменными. Корректируются же, автоматически перестраиваются значения

l ( припусков S, и S, при которых производят переключенйе скоростей соответственно с черновой на чистовую подачу и с режима чистового,шлифования на режим выхаживания по результатам обработки статистических данных о значении постоянной времени объекта т„.

Как известно, величина Т „ носит случайный характер, поэтому использование информации о ее величине должно основываться не на текущих значениях, а на статистических оценках— математическом ожидании М(Т,„) и дисперсии П(Т „), определяемых в первом приближении по малой выборке (в 3-5 деталей), Функциональную связь текущего припуска S и математического ожидания постоянной времени М(Т „) можно получить иэ следующего известного соотношения:

t

S=S -V t +V М(Т ) 1-ехр(- — — — -)

И Sn ВР 8В (ОЧ

М Т о

-v (t.-t. ), сс В19 где S — начальный припуск; время затраченное на вреВР

9 зание шлифовального круга до скорости съема металла М О 9 текущее время.

Из этого уравнения можно найти приближенные значения для разброса абсолютной величины припуска

Соотношение (2) позволяет также установить закономерность корректи1 ровки припуска S на черновую обработку.

Статистические оценки M (Т, ) и

П(ТВВ) используются в способе для формирования рабочего цикла, а в устройстве — для органиэации команд на переключение скоростей подачи и команды на вывод шлифовального круга на. правку.

Исследованиями установлено, что математическое ожидание постоянной времени М (ТВ„) зависит также и от длительности процесса шлифования между двумя плавками, Сразу же после правки круга наблюдается в течение

0,5-1,5 с некоторое снижение постоян3 131 ной времени М(Т,„) за счет приработки зерен круга, их частичного выкра.шивания и т.п, физико-механических явлений. Затем в течение 2-5 с процесс йротекает ""òàáèëüío, в установившемся режиме работы шлифовального круга, при неизменном значении

М(Т, ), и, наконец, режущая способность круга начинает ухудшаться, примерно по экспоненциальному закону. Соответственно и значение матожидания постоянной времени начнет во времени t возрастать по закону экспоненты:

1 л

М (То = (3) очи M(y ) т где - коэффициент, характеризующий физико-химические свойства металла обрабатываемой детали и шлифовального круга, а также режим обработки;

I — жесткость упругой системы шлифовального станка;

МГК )- математическое ожидание знаре:к чения режущей способности шлифовального круга для установившегося режима его работы.

Уровень повышения постоянной времени М (Тщ) можно ограничить некоторым допустимым значением М (То„) при котором обработка очередной де- . тали приостанавливается и круг выво дится на правку. Заметим, что правка круга всегда производится между двумя соседними рабочими циклами, а число циклов между правками корректируется в зависимости от численных значений М(Т „) и 0 (Т ц) .

Способ управления рабочим циклом поперечной подачи легко уяснить путем рассмотрения графиков, приведенных на фиг. 1. Цикл обработки детали включает в себя четыре этапа: врезание круга в деталь, черновое и чистовое шлифование, выхаживание.

Линия V (S) характеризует предельМпр но допустимый этап снижения скорости съема металла по условиям отсутствия прижогов и разделяет области бесприжоговой обработки и обработки с прижогом (она заштрихована), Врезание круга в деталь ведется со скоростью быстрого подвода V»»V„»V на участке 1-2-3 графика V =f (S) .

Когда скорость съема металла V„(S) (участок 1-9) достигает численного значения Ч„=Ч „ то переключают ско6800 4

f5

55 рость поперечного суппорта с быстрого подвода Ъ „на рабочую черновую подачу Ч« (участок 3-4). 3а время врезания t снимается какая-то часть ер припуска S, . Далее идет черновая обработка с постоянной скоростью V« (участок 4-5), при этом скорость съема припуска также будет примерно постоянной. При припуске S, производят переключение скоростей поперечного суппорта с черновой V, на чистовую

«

V (участок 5-6), и далее обработку ведут при постоянном значении скорости V, (участок 6-7). При припуске

S поперечную подачу прекращают (участок 7-8). Участок 9-10 и 10-11 показывает изменения скорости съема припуска. Начинают процесс выхаживания, при котором металл снимается за счет сил упругого деформирования в системе СПИД по кривой 11-12, близкой к экспоненте. Значение скорости съема металла в конце обработки устанавливают исходя из требований обеспечения шероховатости поверхности детали, При снятии всего припуска (S=0) дается команда на прекращение обработки — быстрый отвод круга от детали. Если из-за изменения режущей способности круга или его физико-механических свойств произойдет измененйе, в частности увеличение постоянной времени объекта управления М((Т „) M(T „j) то процесс изменения скорости съема металла V„=f(S) будет протекать в соответствии с кривой 1-13-10-14-15 и в конце обработки будет характеризоваться скоростью съема припуска (<)

Ч„ „ » Ч„ . Видно, что скорость съема металла на участке фазовой траектории 10-14-15 входит в область прижогов, что приведет к браку обрабатываемой детали по этому показателю качества.

Скомпенсировать отрицательное воздействие вариаций постоянной времени можно путем коррекции момента переключения скоростей с черновой подачи (1) на чистовую (в частности, при М(Т „)>

) М1Т „) сделать это при припуске

S, > S, ), и моменте переключения со (i) скорости чистовой подачи на выхажиг вание (в частности, при M(T „) )

) N(T Ä) сделать это при припуске

S 1 S ). При этом процесс съема ме талла будет происходить по кривой

1-13-16-17-12, а скорость съема металла в конце обработки будет иметь оптимальное значение 7 „ „ ° Припуску

1316800 6

S," соответствуют точки 18 и 19, (ч припуску Я вЂ” точки 20 и 21, Цикл поперечной подачи V (S) при

» этом будет происходить согласно кри-, вой 1-2-22-23 — 18-19-20-21, Как и в случае. отработки команды S так и (\> при отработке команды Sl учитывает(о ся значение матожидания и дисперсии постоянной времени, т.е. Б,), Я

=f(M(T«j, D (T>>J ) . .За счет этого стабилизируются качественные показатели . обработанной поверхности па шероховатости и геометрыл, повышается среднестатистическая производительность .процесса.

Блок-схема устройства, реализу, ющего способ управления рабочим циклом поперечной подачи, представлена на фиг, 2. Устройство содержит датчик 24 текущего припуска обрабатываемой детали 25. Суппорт 26 поперечной подачи шлифовального круга 27 имеет механизмы 28 привода черновой подачи, 29 чистовой подачи, 30 быстрого подвода и отвода и 31 правки шлифовального круга, которые соответственно управляются исполнительными органами 32 черновой подачи, 33 чис-. товой подачи, 34 подвода и отвода шлифавального кауга, а также исполнительным органом 35 механизма правки. Устройство содержит задатчик 36 черновой подачи V«, задатчик 37 скорости чистовой подачи V . Первые входы исполнительных органов 32-35 подач и правки подключены к соответствующим выходам .задатчиков 36 скорости черновой подачи V, 37 скорости чистовой подачи Ч, 38 скорос-. ти быстрого отвода и подвода, а также задатчика 39 периода правки. В схеме содержится четыре нуль-органа

40-43, которые формируют дискретные команды, а именно: первый нуль-орган 40 — на переключение скоростей с быстрого подвода V на черновую паS» дачу 17,, для чего его первый выход подключен к второму входу исполнительного органа 34 подвода и отвода,. второй — к второму входу исполнительного органа 32 черновой подачи; второй нуль-орган 41 — на переключение скоростей поперечной подачи с черновой V на чистовую », для чего его первый выход подключен к второму входу исполнительного органа 33 чистовой подачи, а второй — к третьему входу исполнительного органа 32; третий нуль-орган 42 — на отключение чистовой подачи и начало размерного выхаживания, для чего его выход подклк>чен к третьему входу исполнительного органа 33; четвертый нуль-орган

43 — на окончание процесса обработки и быстрый отвод шлифовального круга, для чего его выход падключей к третьему входу исполнительного органа 34.

Выход датчика 24 текущего припуска соединен с входами блока 44 измерения скорости съема припуска, выход которого подключен к входу первого нуль-органа 40, к первым входам второго 41, третьего 42 и четвертого 43 нуль-органов, а также к входу вычислительнога устройства 45.

Вычислительное устройство 45 имеет типовую конструкцию и пред=тавлено на фиг. 3. Оно построено на основе микропроцессора и содержит центральный процессорный элемент 46, постоянное запоминающее устройства 47 и устройство 48 ввода-вывода данных.

Программа, по которой ведется расчет значений математического ожидания

М(Т,цJ и дисперсии D(T „), хранится в постоянном запоминающем устройств

47. Расчет значений М (Т«) и D(T>„) ведется по малой выборке (3-5 деталей). Количество деталей в выборке определяется, - с одной стороны, необходимостью получения достоверных значений М(Т,„J и 0(ТО„), а с другой стороны — периодом стойкости шлифо- . вального круга 27. Последний, как правило, невелик и позволяет обработать лишь 10-20 деталей.

С выхода вычислительного устройства 45 сигналы, определяющие значения М(Т >) и 9(T,>) подаются на входы блоков 49 и 50 формирования, которые представляют собой оперативные запоминающие устройства для записи и непродолжительного (в течение одного цикла обработки детали) хранения информации о значениях величин М(Т „) и D(T0„). К третьему и второму выходам этих блоков соответственно под-" ключены первый и второй входы пято- го нуль-органа 51 выход которого подключен к второму входу исполнительного органа 35 механизма правки.

Второй выход блока 49 подключен к второму входу третьего нуль-органа

42, а первый выход — к второму входу второго нуль-органа 41. Первый выход блока 50 подключен к третьему входу второго нуль-органа 41„

1316800

Работа устройства управления ра-бочим циклом поперечной падачи шли.фовальнога станка осуществляется следующим образом.

Предварительно оператором-наладчиком станка с помощью задатчикав

36-38 устанавливаются ка основании априорной информации или путем э-:сперимента начальные параметры рабачега цикла: скорости подач V< 9 Ъ, Бп

7, а также с помощью задатчика 39 с2 периодичность правки шлифавальнага круга. Кроме того, оператором-наладчиком выставляются начальные значения припусков S,,S, и S и S=O,ñ в помощью регулировочных резисторов соответствующих нуль-органов 40-43, 1

В начале рабочего цикла дается команда на начало быстрого подвода шлифовальнога круга к детали на исполнительный орган 34 (эта связь са схемой управления станка на фиг. 2 не показана). При этом шлифовальный . круг со скоростью Ч „перемещается к детали; В процессе ега врезания в деталь (участок 1-9) скорость съема металла возрастает, и когда она достигнет значения V =V,, та срабатывает первый нуль-орган 40, Б результате этого исполнительные органы 32 и 34 переключат скорости перемещения суппарта с V> на Ч,. Начи нется шлифование со скоростью черновой подачи V Когда припуск достигнет значения S,, то нуль-орган 41 переключит через исполнительные органы 32 и 33 механизмы 28 и 29 привода подачи с черновой скорости V, на чистовую Ч, . Далее процесс шлифования будет протекать на скорости чистовой подачи, но когда припуск достигнет значения S третий нульорган 42 через исполнительный орган

33 отключит подачу. Начнется процесс выхаживания при V =О. Когда весь начальный припуск будет снят, то срабатывает четвертый нуль-орган 43, который через исполнительный орган

34 даст команду на окончание обработки — быстрый отвод шлифовального круга от детали. На этом один рабочий цикл обработки заканчивается.

За это время на вход вычислительного устройства с датчика припуска была подана информация о характере изменения съема припуска в пределах цикла V (S) об абсолютном отклонении размера обработанной детали от номинала а S. Через 3-5 циклов (вы15

40 барка у,такавливается заранее аператарам) вычислительное устройства .s5

/ выдает результаты расчета математического ожидания М (Т„„) и дисксрсии

Р(Тв,,), на основании катсрых н блаках 49 и 50 будут сформированы соатветствующие электрические сигналы.

Текущее значение Т „ в каждом цикле оЧ определяется в вычислительном устройстве путем операции дифференцирования сигнала S(t) ка линейном участке 13-10 или 13-16 изменения

Ч (8), Обработка массива данных при малой выборке производится известным методом скользящей средней. При обработке каждой новой детали сигналы

М (Т „) и D(T,, )поступают HQ в:opoH третий и пятый нуль-органы 41, 42 и

51 соответственна для корректировки (1) о) припусков S,, Б и периада правки шлифовальнаго круга.

Процесс правки шлифавалькага круга 27 осуществляется следующим образам. Задатчик 39 периода правки устанавливается на максимальна.дапустимьп по условиям конкретного техналагическога процесса период правки, равный определенному числу обработанных деталей и „. После обработки

3-5 деталей блакй 49 и 50 фармирава= ния выдают сигналы, пропорциональные вычисленным значениям М(Тв)) и Р(ТвД, которые поступают на входы нуль-органа 51 и сравниваются с пороговыми значениями параметров И(Т„Д, и

Р(Т,.„) „. При срабатывании нуль-органа 5i включается исполнительный орган 35 механизма правки и шлифа вальный круг 27 гывадится ка правку.

Б аварийной ситуации, когда на выходе нуль-органа 51 сигнал отсутствует в течение обработки деталей и „, вывод шлифавальнага круга 27 осуществляется па сигналу задатчика

39 периода правки, который в этом случае блокирует работу всего устройства да выяснения причины.

Последующие рабочие циклы будут протекать аналогично указанным только в зависимости ат значения M(Tо„j и Р(Т „) будут изменяться зкачекия припусков S и S ), при которых устИ 1<)

1 ройствам автоматически будут производиться переключения скоростей с

55 черновой подачи -. а чиставую и с чиставай — на выхаживание, а также будет изменяться количества циклов между двумя правками шлифавального круга.

1316800

Формула изобретения

Способ управления рабочим циклом поперечной подачи при шлифовании, содержащий этапы вреэания, черновой и чистовой обработки с соответствующими уровнями скоростей поперечной подачи, и этап размерного выхаживания, переключаемые в функции текущего припуска обрабатываемой детали, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки и производительности шлифовального станка, припуск, при котором прекращают чистовую подачу и начинают выхаживание, устанавливают прямо пропорциональным математическому ожиданию постоянной времени процесса шлифования, а припуск, при котором производят переключение с черновой обработки на чистовую, устанавливают пропорциональным математическому ожиданию и обратно пропорциональным дисперсии постоянной времени процесса шлифования, которые вычисляют по малой выборке деталей, !

2. Способ по и. 1, о тл ич аю шийся тем, что, с целью увеличения периода стойкости шлифовального круга, снижения числа его правок и повышения производительности шлифовального станка, период правки шлифовального круга устанавливают обратно пропорциональным математическому ожиданию — прямо пропорциональным дисперсии постоянной времени процесса шлифования.

3. Устройство для управления рабочим циклом поперечной подачи при шлифовании, содержащее датчик текущего припуска обрабатываемой детали, соединенный своим выходом с блоком измерения скорости съема припуска, выход которого соединен с входом первого нуль-органа, с первыми входами второго и третьего нуль-органов, входомчетвертого нуль-органа и входом вычислительного устройства, задатчики скоростей черновой и чистовой подачи,. скоростей быстрого подвода и отвода, а также задания периода правки шлифовального круга, соединенные своими выходами с первыми входами соответствующих исполнительных органов управления черновой и чистовой подачей, подвода и отвода круга и органа механизма правки шлифовального круга, выходы которых, соответственно, связаны с механизмами привода черновой и чистовой подачи поперечного суппорта.шпифовального круга, механизмом быстрого подвода и отвода шлифовального круга, а также механизмом его периодической

1(3 правки, первый нуль-орган, первый выход которого связан с вторым входом исполнительного органа быстрого подвода шлифовального круга, а второй — с вторым входом исполнительного органа черновой подачи, второй нуль-орган, первый выход которого связан с вторым входом исполнительного органа чистовой подачи, а второй — с третьим входом исполнительного органа черновой подачи, третий нуль-орган, выход которого связан с третьим входом исполнительного органа чистовой подачи, четвертый нульорган, выход которого связан с третьим входом исполнительного органа подвода и отвода шлифовального круга, отличающееся тем, чт с целью повышения точности обработки и производительности шлифовального. станка, оно снабжено вычислительным устройством, предназначенным,цля проведения расчетов математического ожидания и дисперсии постоянной времени процесса шлифования, блоком

35 формирования сигнала математического ожидания постоянной времени процесса шлифования, вход которого. соединен с первым выходом вычислительного устройства, первый выход — с вторым входом второго нуль-органа, а второй выход — с вторым входом третьего нульоргана, блоком формирования сигнала дисперсии постоянной времени процесса шлифования, вход которого соединен с вторым выходом вычислительного устройства, а первый выход — с третьим входом второго нуль-органа, пятым нуль-органом, первый вход которого соединен с вторым выходом блока фор50 мирования сигнала дисперсии постоянной времени процесса шлифования., второй вход — с третьим выходом блока формирования сигнала математического ожидания постоянной времени про55 цесса шлифования, а выход соединен с исполнительным органом механизма правки шлифовального круга.,1316800

Sr<

/1! и, V мкпн

Sz Sg

1 51

Ще1

1316800

Составитель В.Алексеенко

Редактор Э.Слиган Техред Н,Глущенко Корректор В.Бутяга

Закаэ 2386/12

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 715 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская. наб., д. 4/5 длани Л опга7раЬния сигмл 1Е у1

А дюж Л ррчираВия сигм"а jr«J