Устройство для повышения виброустойчивости токарного станка с системой чпу

 

Использование: машиностроение, сущность изобретения: устройство для повышения виброустойчивости токарных станков с ЧПУ обеспечивает расширение технологических возможностей за счет совместной модуляции скоростей вращения детали и подач. Благодаря предложенному устройству удалось связать между собой частоту вращения детали, скорости подач по осям координат и амплитуды их модуляции так, чтобы при неизменной подаче на оборот, заданной технологическим процессом, обеспечить безвибрационную обработку. Устройство включает в себя модулятор частоты вращения детали, выполненный в виде мультивибратора, связанного через интегратор с сумматором и приводом вращения детали, которое также снабжено модуляторами скоростей подач по осям координат Х и Z, выполненных в виде мультивибратора, связанного через интегратор с сумматором, и компаратором, причем мультивибраторы модуляторов скоростей подач по осям координат Х и Z выполнены в виде первого аттенюатора, связанного через ключ положительного напряжения с интегратором, сумматором и приводом подач по оси координат и инвертора, подключенного через второй аттенюатор и ключ отрицательного напряжения с интегратором, а мультивибратор частоты вращения детали выполнен в виде аттенюатора, связанного с параллельно подключенными двумя ключами положительного напряжения, причем первый ключ положительного напряжения связан через интегратор и сумматор с приводом вращения детали, а второй ключ с компаратором, и инвертора, выход которого через второй аттенюатор связан с параллельно подключенными двумя ключами отрицательного напряжения, один из которых связан со входом интегратора, а второй с входом компаратора, причем второй вход компаратора связан с выходом интегратора и выход компаратора подключен к входам всех ключей мультивибраторов. 2 ил.

Изобретение относится к металлообработке, преимущественно на токарных станках с ЧПУ.

При обработке на токарных станках на поверхности резания после прохода резца остается след, как результат его колебаний относительно заготовки. При определенных сочетаниях динамической характеристики станка и параметров режима резания может возникнуть явление регенерации следа обработки, сопровождающееся нарастанием уровня относительных колебаний, т.е. станок теряет устойчивость и дальнейшая обработка становится невозможной. Но даже и при приемлемом уровне вибрации надежность технологической системы снижается, т. к. уменьшается период стойкости инструмента, возрастает погрешность формы детали, снижается долговечность деталей станка.

Восстановить нормальный режим работы можно, изменив какой-либо параметр режима резания, например, частоту вращения заготовки с помощью бесступенчатого регулируемого привода главного движения (отклонение скорости резания от номинального значения, допустимое нормативами по режимам резания, составляет 10-20%).

Для токарного станка с ручным управлением эту операцию выполняет работающий на нем. На станке, управляемом ЧПУ, восстановление нормального режима работы должно осуществляться автоматически.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для повышения виброустойчивости токарных станков, включающее модулятор частоты вращения детали, выполненный в виде мультивибратора, связанного через интегратор с сумматором и привод вращения детали [1] Известное устройство непрерывно изменяет частоту вращения детали по периодическому треугольному закону и исключает благодаря этому регенерацию следа обработки, т.е. повышает виброустойчивость станка (прототип).

Применение известного устройства на токарных станках ограничено моделями, в которых обеспечена кинематическая связь между движением вращения детали и движением подачи, т.к. для сохранения условий резания подача на оборот детали должна оставаться неизменной. Токарные станки с ЧПУ снабжены раздельными приводами вращения детали и подач по осям координат станка, что требует синхронизации модуляции этих движений. Кроме того, амплитуда модуляции номинальной частоты вращения детали устанавливается с помощью известного устройства вручную, тогда как на токарных станках с ЧПУ номинальная частота вращения детали может изменяться автоматически по программе в зависимости от диаметра обработки, что требует автоматического пропорционального изменения амплитуды ее модуляции. И, наконец, скорости подач по осям координат станка непрерывно изменяются по программе при неизменной контурной скорости подачи, обеспечивающей заданную подачу на оборот детали, что требует автоматического пропорционального изменения амплитуды модуляции и скоростей подач. Следовательно, для токарных станков с ЧПУ необходимо связать между собой частоту вращения детали, скорости подач по осям координат и амплитуды их модуляции так, чтобы при неизменной подаче на оборот, заданной технологическим процессом, обеспечить безвибрационную обработку.

Предложенное устройство для повышения виброустойчивости токарных станков обеспечивает расширение технологических возможностей за счет совместной модуляции скоростей вращения детали и подач.

Для достижения таких результатов создано устройство для повышения виброустойчивости токарных станков с ЧПУ, включающее модулятор частоты вращения детали, выполненный в виде мультивибратора, связанного через интегратор с сумматором и приводом вращения детали, которое согласно изобретению дополнительно снабжено модуляторами скоростей подач по осям координат Х и Z, выполненных в виде мультивибратора, связанного через интегратор с сумматором, и компаратором, причем мультивибраторы модуляторов скоростей подач по осям координат Х и Z выполнены в виде первого аттенюатора, связанного через ключ положительного напряжения с интегратором, сумматором и приводом подач по оси координат и инвертора, подключенного через второй аттенюатор и ключ отрицательного напряжения с интегратором, а мультивибратор частоты вращения детали выполнен в виде аттенюатора, связанного с параллельно подключенными двумя ключами положительного напряжения, причем первый ключ положительного напряжения связан через интегратор и сумматор с приводом вращения детали, а второй ключ с компаратором, и инвертора, выход которого через второй аттенюатор связан с параллельно подключенными двумя ключами отрицательного напряжения, один из которых связан со входом интегратора, а второй с входом компаратора, причем второй вход компаратора связан с выходом интегратора и выход компаратора подключен к входам всех ключей мультивибраторов. На фиг. 1 показана схема предложенного устройства. На фиг. 2 эпюры напряжений в различных точках устройства.

Устройство для повышения виброустойчивости токарных станков включает модулятор частоты вращения детали 1, связанный с приводом вращения детали 2, модулятор скорости подач по оси координат Х3 с приводом подач по оси Х4, модулятор скоростей подач по оси Z5 и привода подач по оси Z6 и компаратор 7. Модулятор частоты вращения детали 1 состоит из мультивибратора, выполненного в виде аттенюатора 8, связанного с параллельно подключенными ключами положительного напряжения 9 и 10 и инвертора 11, выход которого через второй аттенюатор 12 связан с параллельно подключенными ключами отрицательного напряжения 13 и 14, интегратора 15, сумматора 16. Первый ключ положительного напряжения 9 через интегратор 15, сумматор 16 связан с приводом вращения детали 2, а второй ключ положительного напряжения 10 с компаратором 7.

Ключ отрицательного напряжения 13 связан со входом интегратора 15, а второй ключ 14 с компаратором 7, второй вход которого связан с выходом интегратора 15. Модуляторы скоростей подач по осям координат Х и Z выполнены аналогично и соответственно соединены со своими приводами подач во оси Х5 и по оси Z6.

Модуляторы скоростей подач по осям координат состоят из мультивибратора, выполненного в виде первого аттенюатора 17,18, связанного с ключом положительного напряжения 19,20 инвертора 21,22, подключенного через второй аттенюатор 23,24 к ключам отрицательного напряжения 25,26, интегратора 27,28 и сумматора 29,30. Аттенюаторы 17,18 через ключи положительного напряжения 19,20 интеграторы 27,28, сумматоры 29,30 связаны соответственно с приводами подач по осям координат Х и Z 4,6. Инверторы 21,22 через аттенюаторы 23,24 и ключи отрицательного напряжения 25,26 с интеграторами 27,28.

Управляющие напряжения Unо, Uхо и Uzo поступают от системы ЧПУ по трем каналам на соответствующие аттенюаторы 8,17,18, инверторы 11,21,22 и сумматоры 16,99,30. Модулятор частоты вращения детали 1 является управляющим, поэтому он вырабатывает дополнительный сигнал синхронного переключения всех ключей положительного и отрицательного напряжения 9,10,13,14,19,20,25,26. В начальный момент ключи положительного напряжения 9,10,19,20 включены, а отрицательного напряжения 13,14,25,26 выключены. Следовательно, на вход интеграторов 15,27,28 поступают напряжения от аттенюаторов 8,17,18 одной определенной полярности, одновременно на первый вход компаратора 7 поступает напряжение со второго выхода аттенюатора 8, определяющее амплитуду модуляции управляющего напряжения. На выходе интеграторов 15,27,28 появляются линейно изменяющиеся напряжения, которые поступают на вторые входы сумматоров 16,29,30, где происходит их сложение со входными управляющими напряжениями Unо, Uхо и Uzo. Напряжение с выхода интегратора 15 одновременно поступает на второй вход компаратора 7. При достижении равенства подаваемых на компаратор 7 напряжений он вырабатывает сигнал, переключающий ключи положительного и отрицательного напряжений, т.е. ключи положительного напряжений 9,10,19,20 выключаются, а ключи отрицательного напряжения 13,14,25,26 включаются. В результате этого на входы интеграторов 15,27,28 поступают напряжения противоположной полярности соответственно с инверторов 11,21,22 и аттенюаторов 12,23,24, вызывающие изменение направления заряда интеграторов. Одновременно изменяет полярность и напряжение, поступающее на компаратор 7 и задающее момент переключения ключей положительного и отрицательного напряжения. Таким образом с выходов интеграторов 15,27,28 на входы сумматоров 16,29,30 поступают напряжения, синхронно изменяющиеся по периодическому треугольному закону и модулирующие управляющие напряжения приводов 2,4,6.

Настройка параметров модуляции частоты вращения детали (периода и амплитуды) осуществляют аттенюаторами 8 и 12. Настройка амплитуды модуляции скоростей подач по осям координат осуществляют аттенюаторами 17,23 и 18,24.

На фиг. 2 показаны эпюры напряжений в различных точках устройства, позволяющие пояснить методику настройки параметров модуляции. Управляющие напряжения Unо, Uхо и Uzo, поступающие на входы устройства, задают номинальные значения частоты вращения no и скорости подачи Sxo и Szo. Аттенюаторами 8 и 12 устанавливают разнополярные напряжения двух уровней +Un1, +Un2 и -Un1, -Un2. Уровень напряжения Un2 задает амплитуду модуляции частоты вращения Δn, причем коэффициент деления К₂ определяется из следующего соотношения: Уровень напряжения Un1 задает период модуляции частоты вращения Тм. Коэффициент деления К₁ определяем соотношением где Ти1 постоянная времени интегрирования интегратора 3.

Аттенюаторами 17,23,18,24 устанавливают разнополярные напряжения уровней Ux' и Uz', позволяющие получить отношения и , равные К₂ даже в том случае, когда Тu2 и Тu3 не равны Тu1.

В качестве примера определим параметры настройки устройства для обработки на токарном станке с ЧПУ с амплитудой модуляции частоты вращения Δn = 0,1·n₀, периодом модуляции Тм 1с с постоянными интегрирования Тu1 2с, Тu2 1,9с и Тu3 2,1с.

Коэффициенты деления аттенюаторов 8 и 12: Коэффициент деления аттенюаторов 17 и 23:
Коэффициент деления аттенюаторов 18 и 24:

Формула изобретения

Устройство для повышения виброустойчивости токарного станка с системой ЧПУ, включающее канал модуляции частоты вращения детали, содержащий соединенные последовательно интегратор и сумматор, выход которого связан с приводом вращения детали, отличающееся тем, что в устройство введены первый и второй каналы модуляции скоростей подач по координатным осям и компаратор, при этом в канал модуляции частоты вращения детали дополнительно введены первый аттенюатор, первый и второй ключи, входы которых связаны с выходом первого аттенюатора, соединенные последовательно инвертор и второй аттенюатор, третий и четвертый ключи, входы которых связаны с выходом второго аттенюатора, причем выходы первого и третьего ключей соединены с входом интегратора, выходы второго и четвертого ключей связаны с первым входом компаратора, с вторым входом которого соединен выход интегратора, выход компаратора связан с входами первого, второго, третьего и четвертого ключей, а входы первого аттенюатора, сумматора и инвертора предназначены для соединения с соответствующими выходами системы ЧПУ, первый канал модуляции скорости подачи по координатной оси выполнен в виде соединенных последовательно первого аттенюатора, первого ключа, интегратора и сумматора, выход которого связан с приводом подачи по соответствующей координатной оси, и соединенных последовательно интегратора, второго аттенюатора и второго ключа, выход которого связан с входом интегратора, при этом входы сумматора, первого аттенюатора и инвертора предназначены для связи с соответствующими выходами системы ЧПУ, второй канал модуляции скорости подачи по координатной оси выполнен в виде соединенных последовательно первого аттенюатора, первого ключа, интегратора и сумматора, выход которого связан с приводом подачи по соответствующей координатной оси, и соединенных последовательно инвертора, второго аттенюатора и второго ключа, выход которого связан с входом интегратора, при этом входы первого аттенюатора, сумматора и инвертора предназначены для связи с соответствующими выходами системы ЧПУ, а выход компаратора связан с входами первого и второго ключей первого канала модуляции скорости подачи по соответствующей координатной оси и с входами первого и второго ключей второго канала модуляции скорости подачи по соответствующей координатной оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2