Устройство для управления процессом обработки на металлорежущем станке

 

Использование: машиностроение, приборостроение . Сущность: устройство предназначено для комптШЙГцТйй погрешностей, обусловленных износом инструмента и направляющих . Устройство содержит регистр сдвига и усилители с регулируемыми коэффициентами усиления. Перемещение суппорта станка происходит синхронно со сдвигом информации в регистре. Последнее вызывает требуемое изменение сигнала , компенсирующего погрешность направляющих. Компенсация износа инструмента при этом осуществляется по времени в зависимости от числа обработанных деталей. 1 ил.

„.) 5LI„„1757848 А1 (st)s В 23 0 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4890455/08 (22) 13.12.90 .. .. -. :, боростроение. Сущность: устройство пред. (46} 30.08.92. Ьюл. М 32;; .:::::- назначено для компейсй(йй погрешностей, (71) Уральский политехнический институт обусловленных износом инструмента и наим.С.М.Кирова ..::..,:...правляющих. Устройство содержит регистр (72) Я.Л.Либерман, и С.И.Храмцов ..:.. сдвига и усилителй"c""регулирувмымй коэф(56) Либерман Я.Л,. Тимашев С.А. Состояние и фициентами усиления. Перемещение супперспективыразвитиясредствконтроляидиаг- порта станка происходит синхронно со ностики в станюх с ЧПУ, М., ВНИИГЭМИ,.1987.. сдвигом информации в регистре. ПоследАвторское свидетельство СССР:. нее вызывает требуемое изменение сигнаМ 1440670, по заявке М 4229371/08, ла. компенсируЮщего йогрешность кл. В 23 0 15/00, 1989.. направляющих; Компенсация износа инст(54) УСТРОЙ Ство для УПРАВЛЕНИЯ ПРО-. румента при этом осуществляется по времеЦЕССОМ ОЬРАЬОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУ ни в зависимости от Чйсла обработанных

ЩЕМ СТАНКЕ деталей. 1 ил с

Изобретение относится к области ма- погрешность обработки, обусловленная изшиностроения и приборостроения и может носом инструмента",койбейсйруется этим быть использовано для компенсации rio- перемещейием. Достоинство устройств грешностей обработки, обусловленных из- первой группы — простота, Недостаток — относом направляющих и режущего носительно невысокое повышейие точности обработки, поскольку йе- компенсируются инструмента на токарных станках.

В настоящее время устройства компенпогрешности обработки, обусловленные изсации погрешностей обработки, обуслов- носом других элементов стайка. Устройства лен алых йзносом элементов станка, второй группы обеспечивают более высоизвестны и могут быть подразделенй на куюточностьобработки,посколькуоникомгруппы: устройства компенсации износа ра-" пенсируют не только погрешности, жущего инструмента и устройства компен- - обусловленные износом инструмента, но и сации износа инструмента и .." погрешности, обусловленные износом нанаправляющих. Устройства первой группы: правляющих. В таких условиях износ посодержат элементы измерения износа йнФ- следних измеряется предварительно, по трумента или времени его работы и компен-: результатам измерения йзготавливается косирующий механизм. По мере износа пир, сего помощью.иобеспечивается коминструмента на компенсирующий механизм пенсация соответствующих погрешностей, Прототипом предлагаемого устройства явподается постепенно возрастающий сиг нал, который заставляет укаэанный меха- ляется именноустройство второй группы

Устройство-прототип содержит датчик, сигнализирующий об окончании обработки низм перемещать инструмент на величину, соответствующую его износу. В результате союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

2 (57) Использование: машйностроение, при1757848 каждой очередной детали (фотодатчик, установленный в станине станка и фиксирующий падение деталей в корыто станка); программируемый счетчик, соединенный с выходом датчика; привод(шаговый электромеханический привод}, который через передачу винт-гайка соединен со щелевым пневмосоплом; копир-заслонку, выполненную в виде профильной линейки и закрепленную неподвижно на станке вдоль направляющих; механизм компенсации погрешностей, состоящий из пйевмогидравлического преобразователя, связанного с резцедержателем. закрейленным на упругом параллелограмме (внутри параллелограмма размещен гидроцилиндр со штоком).

Пневмосопло закреплено на суппорте станка с возможностью перемещения перпендикулярно направляющим. Суппорт закреплен на станке с возможностью перемещения приводом подачи станка через ходовой винт вдоль направляющих.

Копир-заслонка имеет профиль, копирующий в увеличенном масштабе погрешность обработки, обусловленную износом на-. правляющих.

Кроме перечислейного, прототип содержит также еще один (второй) программируемый счетчик, вход которого соединен с выходом первого счетчика, а выход — с системой останова станка, входящей в систему его злектроавтоматики.

Перед использованием устройства в процессе его проектирования и изготовления вначале профилируют заслонку и определяют, после обработки скольких деталей целесообразно подавать корректирующий сигнал на компенсирующий механизм, Для этого, зная радиальный износ режущего инструмента hr, приходящийся на одну деталь,. и допустимую погрешность обработки

hk, обусловленную износом инструмента, определяют величину fhkM, г1=А, где И— знак Округления в меньшую сторону, После этого в процессе настройки системы в первый программируемый счетчик вводят в двоичном коде число А, ограничивая тем самым его емкость, а привод перемещения . сопла устанавливают в исходное положеТ ние. Во второй счетчик вводят число  —, где Т вЂ” стойкость ийструмента; исчисляемая наибольшим числом деталей, которое может обработать инструмент. Это число, аналогично А для ne paoro счетчика, ограничивает емкость второго счетчика, .

Работа устройства при его эксплуатацйи происходит следующим образом. При обработке детали на станке суппорт перемещается вдоль направляющей. Перекрытие отверстия сопла изменяется во время движения суппорта на величину h M. Указанное изменение вызывает соответствуюI

5 щее изменение hP, давления P в полости сопла и перемещения плунжера пневмогидравлического преобразователя. Цилиндр и поршень смещаются друг относительно друга, деформируют упругий параллелог10 рамм и вызывают перемещение резца на Ь | .

По окончании обработки детали последняя автоматически извлекается из зажимного приспособления станка ui заменяется новой заготовкой. Обработанная деталь падает

15 вниз в корыто станка. Датчик фиксирует окончание обработки детали и подает импульс в первый датчик. Далее обрабатывается следующая деталь и все повторяется.

Так происходит до момента переполнения

20 первого счетчика. При переполнении счетчика он сбрасывается на ноль и на его выходе появляется сигнал, заставляющий привод перемещения сопла повернуть винт и переместить сопло на один шаг. Перекры25 тие сопла увеличивается, давление P возрастает, что ведет к дополнительному перемещению резца на ЛК. В результате обработка (А+1)-ой детали будет производиться с коррекцией hL+ h, К. Аналогично, З0 по следующему импульсу, поступившему на привод перемещения сопла после переполнения первого счетчика, произойдет следующее дополнительное перемещение резца на ЛК и обработка (2А+1)-ой детали будет

З5 производиться с коррекцией А +2 ЛК. После того, как дополнительное перемещение резца на величину hK будет произведено В раз, ресурс инструмента будет исчерпан.

Второй счетчик переполнится и выдаст им40 пульс на остановку станка в систему злектроавтоматики станка.

Таким образом, в течение всего периода .стойкости инструмента обработка деталей на станке производится с одновременной

45 компенсацией погрешностей обработки, обусловленных износом инструмента и направляющих станка.

Следует, однако, отметить, что прототип имеет существенные недостатки. Первый из

50 них — недостаточно высокая точность, что обусловлено колебаниями между поверхностью заслонки и торцом сопла при перемещении сопла вдоль заслонки. Как показали экспериментальныв данные, при измене55 нии зазора на 0,01 мм величина давления может изменяться на 25-307;. Второй недостаток связан со сложностью перенастройки устройства при изменении износа направляющих. Для того, чтобы выполнить

1757848 перенастройку нужно изготовить и установить новую заслонку, что трудоемко и требует значительных затрат времени. В связи с этим, целью предлагаемого изобретения явилась ликвидация указанных недостатком, а именно повышение точности и упрощение перенастройки устройства.

Схема устройства приведена на рисунке. Она включает в себя механизм компенсации погрешностей обработки 1, выполненный так же, как и в протОтипе, и закрепленный на суппорте 2 станка; датчик

3 (фотодатчик) контроля окончания обработки каждой очередной детали, устанавливаемый на станине станка и соединенный со входами первого программируемого счетчика импульсов 4; второй программируемый счетчик импульсов 5, вход которого связан с шиной переполнения первого счетчика 4, а выход через преобразователь код-напряжение 6 непосредственно соединен с вторым входом сумматора 7 и через пороговый элемент 8 — с сигнализатором предельного износа 9 инструмента (например, сигнальной лампой). Кроме того, устройство содержит импульсный датчик 10 перемещения суппорта 2 (он соединяется, например, с приводом 11 продольной подачи станка); блок 12 определения направления перемещения суппорта 2, вход которого соединен с выходом датчика 10; реверсивный регйстр сдвига 13, шины правого и левого сдвига информации в котором связаны с выходами блока 12 через делители 14 и 15 частоты импульсов; усилители 16 с переменными (регулируемыми) коэффициентами усиления, рабочие входы которых соединений с выходами ячеек регистра 13, а выходы— через первый сумматор 17 с первым входом второго сумматора 7, Следует также отметить, что выход сумматора 7 через электропневматический преобразователь 18 связан с механизмом 1. Указанный преобразователь имеет общеизвестную конструкцию и представляет собой пневматический редуктор давления, питающийся от пневмосети и управляемый электромагнитным соленоидом (при увеличении или уменьшении напряжения на входе соленоида происходит аналогичное изменение давления на выходе редуктора). В качестве усилителей 16 с регулируемыми коэффициентами усиления используются типовые операционные усилители. В качестве блока определения направления перемещения суппорта 12 используется общеизвестная схема, описанная, например, в книге "Управление электроприводами" (А, Б. Башарин и.др.). Делители частоты, сумматоры, усилителй и другие элвменты построены аналогично описанным в книге "Справочник по средствам автоматики (Под ред. В.Э.Низэ и

И.В.Антика. — M.; Энергоатомиздат, 1983), В процессе проектирования устройства

5 рассчитывают коэффициент деления делителей 14 и 15 по формуле 1 /N д = M, где

L — длина направляющих, погрешность которых компенсируется (обычно это продольные направляющие), Й вЂ” число разрядов

10 регистра 13, д — дискретность датчика 10.

При L, например, равном 1500 мм, N равном

150, д — 0,01 мм (это типичные данные средних токарных станков), M получается равным 1000.

15 При использованйи устройства вначале. производят его настройку. Для этого, зная радиальный изйос "режущего инструмента

Ь, приходящийся на одну деталь, и допустимую погрешность обработки К, обуслов20 ленную износом инструмента, определяют

Л величину j — )=А, где (.) — знак округления еъ г в меньшую сторону."В двоичном коде число

А вводят в счетчик 4, ограничивая тем са25 мым его емкость, Далее, по формуле В =

Т

= — . Л0, где Т вЂ” стойкость инструмента, исчисляемая числом деталей, которое может обработать инструмент, а Ж вЂ” дискрет30 ность выходного сигнала преобразователя код-напряжение 6, рассчитывают необходимый порог срабатывания порогового элемента 8 и настраивают его на этот порог.

Затем определяют погрешность обработки, 35 обусловленную износом направляющих по всей длине последних, и условно разбив направляющие по длййе йа бтрезки величиной

L/N. рассчитывают среднюю погрешность для каждого отрезка. После этого, пронуме-

40 ровав отрезки и ячейки регистра 13 в одном направлении, например, справа налево, настраивают коэффициенты усиления усилителей 16, соединенных с ячейками регистра, так, чтобы коэффициент усиления всякого

45 усилителя, соединенного с Д-ой ячейкой регистра, был пропорционален средней погрешности на Д-ом отрезке.

Перед началом обработки суппорт 2 устанавливают в исходное положение (край50 нее правое), а в первую ячейку регистра вводят "единицу". Далее начинают обрабаты вать детал ь. В процессе обработки каждой детали суппорт 2 перемещается приводом 11 вдоль направляющих и синхронно с ним в регистре 13 сдвигается "единица", Если суппорт перемещается вправо, то импульсы; выдаваемые датчиком 10, блоком 12 направляются через делитель 14 на шину правого сдвига регистра 13. Если суп1757848 износа направляющих на данном отрезке. 20

Указанное происходит при обработке всех

25 станка. Датчик 3 фиксирует окончание обработки детали, подает импульс в первый 30

Когда период стойкости Т инструмента бу- 45 дет исчерпан, произойдет срабатывание попорт перемещается влево, то импульсы от датчика 10 блоком 12 направляются через делитель 15 на шину левого сдвига регистра. Сигнал "единица" с выхода регистра проходит через тот или иной усилитель 16, первый сумматор 17 и на первый вход второго сумматора 7 поступает напряжение, пропорциональное погрешности обработки, обусловленной износом направляющих именно на том участке направляющих, где в данный момент находится суппорт, Проходя через второй сумматор, это напряжение в электропневматическом преобразователе

18 преобразуется в давление, которое,воздействуя на механизм компенсации погрешностей 1, заставляет его сместить режущий инструмент в направлении, перпендикулярном направляющим, на величину, равную погрешности обработки из-за деталей. Вместе с тем, по окончании обработки каждой детали последняя иэвлекается из зажимного приспособления станка и заменяется новой заготовкой. (Механизмы, выполняющие зто, имеют общеизвестную конструкцию и на рисунке не показаны). Обработанная деталь падает вниз в корыто счетчик 4. Далее обрабатывается следующая деталь и все повторяется. Так происходит до переполнения счетчика 4. Г1ри переполнении счетчика 4 на его шине переполнейия появляется импульс, поступаЮщий на счетчик 5. На выходе счетчика 5 появляется двоичное число, характеризующее число серий обработанных деталей по

А штук. Преобразователь 6 преобразует это число в напряжение, которое подается на второй вход сумматора 7 и добавляется к напряжению, поступающему от первого сумматора. Таким образом вводится поправка на износ режущего инструмента, рогового элемента 8 и на сигнализатор предельного износа инструмента 9 будет подан сигнал. Сигнализатор 9 срабатывает и либо информирует оператора о необходимости замены инструмента, либо заставит сработать механизм автоматической замены.

Как видно из изложенного, описанная система компенсирует погрешности обработки, обусловленные износом инструмента и направляющих, подобно, прототипу.

Однако она не содержит пневматического элемента "сопло-заслонка" и колебания зазора между соплом и заслонкой на ее точ5

15 ность не влияют. Это влечет за собой повышение точности устройства на 25-30 .

Вместе с тем, устройство значительно проще и быстрее перенастраивается, Для его перенастройки нет необходимости изготавливать новый копир-заслонку и тратить время на ее установку и выверку. Достаточно лишь изменить (перенастроить) коэффициенты усиления усилителей 16, порог срабатывания порогового элемента 8 и в счетчик

4 ввести другое число А. Сокращение времени перенастройки с учетом времени изготовления копира-заслонки, примененного в прототипе, по данным лабаратории станков

Уральского политехнического института со- ставляет 10-15 раз. Если считать, что во столько же раз сокращается и простой станка из-за перенастройки устройства, причем величина простоя не превышает 15-20 минут, то при эффективности станочной обработки 20 копеек в минуту (данные

Уралмашзавода) экономия за счет сокращения времени перенастройки составит (10+15) раз — 1 раз. (15 — 20) мин 20 коп/мин. или 27-56 рублей.

Формула изобретения

Устройство для управления процессом обработки на металлорежущем станке, содержащее механизм компенсации погрешностей, закрепленный на суппорте станка, датчик контроля окончания обработки детали, соединенный с входом первого программируемого счетчика импульсов. и второй программируемый счетчик импульсов, вход которого связан с шиной переполнения первого счетчика,отл ича ю щееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения перенастройки, оно снабжено реверсивным регистром сдвига, первым и вторым сумматорами, сигнализатором предельного износа режущего инструмента, датчиком положения суппорта, блоком определения направления перемещени@ суппорта, вход которого связан с датчиком положения суппорта, а выходы — через делители частоты импульсов соединены с шинами правого и левого сдвига информации в регистре, и усилителями с регулируемыми коэффициентами усиления, входы которых соединены с выходами ячеек регистров, а выходы — через первый сумматор — с первым входом второго сумматора, причем выход второго программируемого счетчика через преобразователь код-напряжение соединен непосредственно с вторым входом второго сумматора и через пороговый элемент — с сигнализатором предельного износа инструмента, а выход второго сумматора связан с механизмом компенсации погрешностей.

1757848

Составитель Я; Либерман

Техред М.Моргентал . Корректор В. Петраш

Редактор Л. Павлова

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2961 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35; Раушская наб., 4/5