Устройство управления точностью обработки деталей на высокоточном оборудовании чпу

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, токарной обработке с активным контролем размеров деталей. Устройство включает блок усиления сигнала, исполнительные механизмы и резец. Для повышения точности обработки в реальном времени оно снабжено оптическим датчиком, аналого-цифровым преобразователем и компьютером для сравнения с требуемым размером детали и определения суммарного значения возмущающих воздействий в произвольной точке, вход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, а выход подсоединен к входу блока усиления сигнала, выход которого подключен к входам исполнительных механизмов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области активного контроля обработки деталей и может применяться, в частности, к способам токарной обработки металлов резанием на высокоточном оборудовании с ЧПУ.

Известно устройство управления точностью формы, содержащее датчик контроля, связанный с усилительно-преобразовательными элементами, и исполнительные механизмы. К недостаткам этого устройства можно отнести сложность конструкции и низкую жесткость устройства, что приводит к увеличению шероховатости обрабатываемой поверхности детали [1].

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство обеспечения геометрической точности и размерной настройки металлорежущего станка, содержащее блок усиления сигнала, исполнительные механизмы, резец и деталь [2].

Недостаток этого устройства - невозможность компенсации возмущающих воздействий, действующих на деталь при прохождении режущего инструмента по ее поверхности в реальном времени, что снижает ее геометрическую точность.

Технической задачей изобретения является повышение геометрической точности поверхностей при прецизионной обработке деталей типа тел вращения на высокоточном оборудовании с ЧПУ в реальном времени.

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее блок усиления сигнала, исполнительные механизмы, резец и деталь, вводится оптический датчик, аналого-цифровой преобразователь и компьютер, позволяющий определять разность между требуемым значением размера детали и текущим размером детали полученного от оптического датчика в реальном времени. Выход оптического датчика подключен к входу аналого-цифрового преобразователя. Выход аналого-цифрового преобразователя связан с входом компьютера. Выход компьютера подключен к входу блока усиления сигнала. Выход блока усиления сигнала соединен с входами исполнительных механизмов, выходы которых соединены с входами резца и задней бабки. Использование этих связей в устройстве позволит устранить возмущающие воздействия, действующие на деталь в реальном времени, путем перемещения исполнительными механизмами резца, тем самым увеличить геометрическую точность обрабатываемых поверхностей деталей на высокоточном оборудовании с ЧПУ.

На чертеже приведена схема устройства управления точностью обработки деталей на высокоточном оборудовании ЧПУ.

Устройство управления точностью обработки деталей на высокоточном оборудовании ЧПУ содержит: оптический датчик 1, аналого-цифровой преобразователь 2, компьютер 3, блок усиления сигнала 4, исполнительные механизмы оборудования с ЧПУ 5 и 6, резец 7, передняя бабка 8, задняя бабка 9 и деталь 10.

Связи в устройстве управления точностью обработки деталей на высокоточном оборудовании ЧПУ расположены в следующем порядке: выход оптического датчика 1 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 2. Выход аналого-цифрового преобразователя 2 связан с входом компьютера 3. Выход компьютера 3 подключен к входу блока усиления сигнала 4. Выход блока усиления сигнала 4 соединен с входами исполнительных механизмов 5 и 6, выход исполнительного механизма 5 соединен с резцом 7, а выход исполнительного механизма 6 подключен к задней бабки 8. Деталь 10 удерживается передней бабкой 8 и задней бабкой 9.

Устройство управления точностью обработки деталей на высокоточном оборудовании ЧПУ работает следующим образом. Осуществление работы устройства производилось на примере центровой токарной обработки поверхностей детали на оборудовании с ЧПУ. С момента включения вращения детали 10, имеющей центровые отверстия для ее базирования на станке, на чистовых режимах обработки возникают возмущающие воздействия, такие как температурная деформация, размерный износ инструмента и т.д., из-за чего меняется начальное положение детали и резца, а также ухудшается качество обработанных поверхностей. Определение суммарной величины возмущающих воздействий позволит в реальном времени посредством выдачи сигналов на исполнительные механизмы оборудования с ЧПУ компенсировать эти погрешности, что позволит увеличить геометрическую точность обработанной поверхности детали.

Электрический сигнал текущего значения размера обрабатываемой поверхности детали ε с оптического датчика 1 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 2, и далее цифровой сигнал ε_ц передается на вход компьютера 3, где сравнивается с требуемым размером детали. Если размер совпадает, то обработка продолжается. Если не совпадает, то необходимо рассчитать значение компенсации. В компьютере 3 по формулам определяется суммарное значение возмущающих воздействий ε' в произвольной точке

где Р_у - сила резания; V - скорость резания; S - подача; t - глубина резания; J_A - стандартная жесткость передней бабки; J_Б - стандартная жесткость задней бабки (значения J_A, J_Б берутся из паспорта станка); x - расстояние от передней бабки до произвольной точки на детали; L - длина детали; D - диаметр детали; α_t - температурный коэффициент линейного расширения; С_о - коэффициент, характеризующий условие обработки; В - вылет резца; F_p - площадь сечения резца; δ_в - предел прочности обрабатываемого материала; t_s - время, затраченное на отвод инструмента, V_s - скорость съема припуска; t_д - время изменения контролируемого размера, V_д - скорость изменения контролируемого размера; t_u - время изменения измерительного сигнала, V_u - скорость изменения измерительного сигнала.

После того как суммарное значение возмущающих воздействий ε' в произвольной точке рассчитано, выбираются новые значения режимов резания, а именно подача S и скорость резания V, для того, чтобы снизить значение ε' до минимума. При обработке деталей типа тел вращения необходимо значение ε' разделить на два. Далее сигнал с компьютера 3 передается на блок усиления сигнала 4 для пропорционального усиления согласно установленному значению коэффициента K_i=f(V, S). Затем с блока усиления сигнала 4 подается управляющий сигнал на исполнительные механизмы оборудования с ЧПУ 5 и 6 для изменения расположения резца 7 и задней бабки 9 соответственно, обеспечивая тем самым необходимую коррекцию положения резца 7 и относительного расположения детали 10 в реальном времени.

Таким образом, предлагаемое устройство повысит геометрическую точность поверхностей при прецизионной обработки деталей типа тел вращения на высокоточном оборудовании с ЧПУ в реальном времени.

Литература

1. Авторское свидетельство РФ №1344521, кл. В 23 В 25/06, B 23 Q 15/00, 1986 (аналог).

2. Патент РФ №2116869, кл. В 23 В 25/06, В 23 В 41/00, 1998 (прототип).

Устройство управления точностью обработки деталей на высокоточном оборудовании с числовым программным управлением (ЧПУ), включающее блок усиления сигнала и исполнительный механизм, соединенный с резцом, отличающееся тем, что оно снабжено оптическим датчиком, аналого-цифровым преобразователем и компьютером для сравнения с требуемым размером детали и определения суммарного значения возмущающих воздействий в произвольной точке, вход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, а выход подсоединен к входу блока усиления сигнала, выход которого подключен к входам исполнительных механизмов.