Устройство для повышения точности токарной обработки некруглых деталей

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения точности токарной обработки серийных некруглых деталей. Технический результат состоит в существенном снижении ошибок формообразования при точении некруглых деталей типа поршней, объемных копиров, кулачков, деталей с радиальными отверстиями, продольными канавками и т.д. Этого снижения можно достигнуть с помощью электропривода поперечной подачи режущего инструмента посредством выявления ошибок формообразования при точении предыдущей детали и устранения систематической составляющей выявленных ошибок на последующих деталях. Указанный результат достигается посредством добавления к сигналу задания формы детали дополнительного корректирующего сигнала, направленного на снижение ошибок формообразования, вызванных ограниченным быстродействием электропривода перемещения режущего инструмента и перемещениями оси детали. Корректирующий сигнал формируется в запоминающем устройстве в виде функции от ошибки по положению режущего инструмента в направлении глубины резания, продольного положения инструмента, смещения оси детали в направлении глубины резания и угловой скорости вращения детали. А так как корректирующий сигнал учитывает ошибки формообразования предыдущей детали, то систематическая составляющая ошибок формы постепенно, от детали к детали, стремится к нулю. 1 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к электротехнике, точнее к электроприводу, и может быть использовано для повышения точности токарной обработки серийных некруглых деталей.

Известно устройство для управления электроприводом режущего инструмента при токарной обработке, предназначенное для компенсации погрешностей изначальной некруглости на деталях (On-Line Roundness Error Compensation Vja P-Integrator Learning Control / C.J.Li, S.Y.Li // Trans. ASM. J.Erg. Ind.-1992.-114, N4. - c.476-480. - англ. Р.Ж. N2, 1994 г.), состоящее из измерителя смещения резца в направлении глубины резания, обучающего контроллера и сервопривода резца, смещающего инструмент под управлением контроллера в направлении глубины резания в функции угла поворота детали. Обучающая система в устройстве использует принцип Р-интегратора, обеспечивая устранение периодических составляющих некруглости детали от оборота к обороту. Известное устройство имеет недостатки. Устранение периодических составляющих некруглости от оборота к обороту известным устройством возможно лишь при точении круглых деталей, неизменной изначальной некруглости по всей длине детали и отсутствии каких-либо других воздействий периодического характера. При точении некруглых деталей типа поршней, объемных копиров, кулачков, деталей с радиальными отверстиями, продольными канавками и т.д. на электропривод резца по всей длине детали оказывают переменное воздействие заданный сигнал управления и возмущение со стороны детали, даже в пределах ее одного оборота. Поэтому система с самообучением от оборота к обороту детали в этих случаях работает с заметными ошибками формообразования.

Известно также устройство автоматического управления точностью токарного станка, патент РФ N 2130826, Б.И. N15, 1999 г. (прототип), содержащее механизм принудительных колебаний режущего инструмента в направлении глубины резания, датчик перемещения оси детали в направлении глубины резания, датчик перемещения режущего инструмента в направлении глубины резания, датчик угла поворота шпинделя и предназначенное для повышения точности токарной обработки посредством управления механизмом принудительных колебаний режущего инструмента в функции выходных сигналов датчиков указанных координат.

Упомянутое устройство предназначено для точения круглых деталей при компенсации с помощью механизма принудительных колебаний режущего инструмента погрешностей от основной гармоники траектории перемещения оси шпинделя в направлении глубины резания.

При точении некруглых деталей типа поршней, объемных копиров, кулачков, деталей с радиальными отверстиями, продольными канавками и т.д. на привод режущего инструмента, даже в пределах одного оборота, оказывает воздействие широкий спектр возмущений со стороны задания формы детали и со стороны детали, а спектральный состав траектории перемещения оси детали в направлении глубины резания при этом не является моногармоническим. Поэтому упомянутое устройство, примененное при точении любого из указанных типов деталей, работает с ошибками формообразования, повторяющимися от детали к детали.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в существенном снижении ошибок формообразования указанных типов деталей. Этого снижения для деталей одного типа можно достигнуть посредством выявления ошибок при точении предыдущей детали и устранения систематической составляющей выявленных ошибок на последующих деталях.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство, содержащее электропривод перемещения режущего инструмента в направлении глубины резания, датчик перемещения режущего инструмента в направлении глубины резания, датчик угла поворота шпинделя, датчик перемещения оси детали в направлении глубины резания, дополнительно снабжено датчиком продольного перемещения режущего инструмента, датчиком угловой скорости вращения детали, блоком задания формы детали, последовательно соединенным через первый вход первого сумматора со входом электропривода перемещения режущего инструмента в направлении глубины резания, вторым и третьим сумматорами, первым, вторым, третьим, четвертым, пятым буферными регистрами, а также запоминающим устройством, причем выход датчика угла поворота шпинделя соединен с младшими разрядами входа блока задания формы детали, выход датчика продольного перемещения режущего инструмента соединен со старшими разрядами входа блока задания формы детали, вход блока задания формы детали соединен со входом первого буферного регистра и одновременно, через первый вход третьего сумматора со входом третьего буферного регистра, выходы первого и третьего буферных регистров соединены с адресным входом запоминающего устройства, шина данных которого одновременно соединена со входами второго, четвертого буферных регистров и выходом пятого буферного регистра, вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый вход второго сумматора подключен к выходу блока задания формы детали, второй вход второго сумматора соединен с выходом датчика перемещения режущего инструмента в направлении глубины резания, третий вход второго сумматора соединен с выходом датчика перемещения оси детали в направлении глубины резания, четвертый вход второго сумматора соединен с выходом четвертого буферного регистра, выход второго буферного регистра подключен ко второму входу первого сумматора, а выход датчика угловой скорости вращения детали соединен со вторым входом третьего сумматора.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит электропривод 1 перемещения режущего инструмента 2 в направлении глубины резания, датчик 3 перемещения режущего инструмента 2 в направлении глубины резания, датчик 4 угла поворота шпинделя, датчик 5 перемещения оси детали 6 в направлении глубины резания. Кроме того, оно снабжено датчиком 7 продольного перемещения режущего инструмента 2, датчиком 8 угловой скорости вращения детали, блоком 9 задания формы детали, последовательно соединенным через первый вход первого сумматора 10 со входом электропривода 1 перемещения режущего инструмента 2 в направлении глубины резания, вторым 11 и третьим 12 сумматорами, первым 13, вторым 14, третьим 15, четвертым 16, пятым 17 буферными регистрами, а также запоминающим устройством 18, причем выход датчика 4 угла поворота шпинделя соединен с младшими разрядами входа блока 9 задания формы детали, выход датчика 7 продольного перемещения режущего инструмента 2 соединен со старшими разрядами входа блока 9 задания формы детали, вход блока 9 задания формы детали соединен со входом первого буферного регистра 13 и одновременно через первый вход третьего сумматора 12 со входом третьего буферного регистра 15, выходы первого 13 и третьего 15 буферных регистров соединены с адресным входом запоминающего устройства 18, шина данных которого одновременно соединена со входами второго 14, четвертого 16 буферных регистров и выходом пятого буферного регистра 17, вход которого подключен к выходу второго сумматора 11, первый вход второго сумматора 11 подключен к выходу блока 9 задания формы детали, второй вход второго сумматора 11 соединен с выходом датчика 3 перемещения режущего инструмента 2 в направлении глубины резания, третий вход второго сумматора 11 соединен с выходом датчика 5 перемещения оси детали в направлении глубины резания, четвертый вход второго сумматора 11 соединен с выходом четвертого буферного регистра 16, выход второго буферного регистра 14 подключен ко второму входу первого сумматора 10, а выход датчика 8 угловой скорости вращения детали соединен со вторым входом третьего сумматора 12.

Устройство работает следующим образом. Сигнал задания формы, соответствующий чертежу наружной поверхности детали, формируется на выходе блока 9 задания формы детали в функциональной зависимости от выходных сигналов датчика 7 продольного перемещения режущего инструмента 2 и датчика 4 угла поворота шпинделя. Эти сигналы подаются, соответственно, на старшие и младшие разряды входа блока 9 задания формы детали.

При точении очередной детали к выходному сигналу блока 9 задания формы детали в первом сумматоре 10 прибавляется корректирующий сигнал с выхода второго буферного регистра 14, сформированный в запоминающем устройстве 18 при точении предыдущей детали. Этот корректирующий сигнал направлен на снижение ошибок формообразования, вызываемых ограниченным быстродействием электропривода перемещения режущего инструмента и перемещениями оси детали в направлении глубины резания.

При точении первой детали корректирующий сигнал равен нулю.

Считывание текущего значения корректирующего сигнала с запоминающего устройства 18 и передача его с шины данных последнего на выход второго буферного регистра 14 происходит одновременно с передачей со входа первого буферного регистра 13 на его выход текущего значения адреса адресного пространства, формируемого выходными сигналами датчика 4 угла поворота шпинделя и датчика 7 продольного перемещения режущего инструмента.

В последующий момент времени по более раннему, чем текущий, адресу через третий буферный регистр 15 происходит считывание находящихся в памяти запоминающего устройства 18 данных и передача их с шины данных на выход четвертого буферного регистра 16. Смещение адреса в сторону более раннего осуществляется на третьем сумматоре 12, пропорцианально выходному сигналу датчика 8 угловой скорости вращения детали.

И, наконец, на последнем временном интервале по указанному выше более раннему, чем текущий, адресу в запоминающее устройство 18 с выхода второго сумматора 11 через пятый буферный регистр 17 записывается значение корректирующего сигнала для последующей детали.

Описанная процедура в виде трех последовательных временных интервалов управления элементами структурной схемы, представленной на чертеже, повторяется на каждом адресе адресного пространства, описывающего поверхность детали в блоке 9 задания формы.

Таким образом, по окончании точения очередной детали в запоминающем устройстве 18 по всем адресам адресного пространства будут записаны значения корректирующего сигнала, которые будут использованы при точении следующей детали. При этом собственно значения корректирующего сигнала по каждому адресу определены в зависимости от текущих значений ошибок формы, выявленных в процессе точения и полученных на выходе второго сумматора 11 в виде суммы ошибки по положению режущего инструмента относительно выходного сигнала с блока 9 задания формы и величины перемещения оси детали в направлении глубины резания.

Добавление корректирующего сигнала на первом сумматоре 10 снижает ошибки формообразования при точении очередной детали, а так как величина коректирующего сигнала учитывает ошибки, выявленные при точении предыдущей детали, то систематическая составляющая ошибок формы постепенно, от детали к детали, стремится к нулю.

Устройство для повышения точности токарной обработки некруглых деталей, содержащее электропривод перемещения режущего инструмента в направлении глубины резания, датчик перемещения режущего инструмента в направлении глубины резания, датчик угла поворота шпинделя, датчик перемещения оси детали в направлении глубины резания, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком продольного перемещения режущего инструмента, датчиком угловой скорости вращения детали, блоком задания формы детали, последовательно соединенным через первый вход первого сумматора со входом электропривода перемещения режущего инструмента в направлении глубины резания, вторым и третьим сумматорами, первым, вторым, третьим, четвертым, пятым буферными регистрами, а также запоминающим устройством, причем выход датчика угла поворота шпинделя соединен с младшими разрядами входа блока задания формы детали, выход датчика продольного перемещения режущего инструмента соединен со старшими разрядами входа блока задания формы детали, вход блока задания формы детали соединен со входом первого буферного регистра и одновременно через первый вход третьего сумматора со входом третьего буферного регистра, выходы первого и третьего буферных регистров соединены с адресным входом запоминающего устройства, шина данных которого одновременно соединена со входами второго, четвертого буферных регистров и выходом пятого буферного регистра, вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый вход второго сумматора подключен к выходу блока задания формы детали, второй вход второго сумматора соединен с выходом датчика перемещения режущего инструмента в направлении глубины резания, третий вход второго сумматора соединен с выходом датчика перемещения оси детали в направлении глубины резания, четвертый вход второго сумматора соединен с выходом четвертого буферного регистра, выход второго буферного регистра подключен ко второму входу первого сумматора, а выход датчика угловой скорости вращения детали соединен со вторым входом третьего сумматора.