Устройство для управления процессом глубокого сверления

 

(i и 524612

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ЛВтОИжОММ СВИДЕтЕЛЬСтВМ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.04.74 (21) 2019351/25-08 с присоединением заявки № (23) Приор итет (43) Опубликовано 15.08.76. Бюллетень № 30 (45) Дата опубликования описания 05.12.78 (51) М. Кл.

В 23В 47/24

В 23Я 5/00

Государственный комитет (53) УДК 621.952.8 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. Л. Заковоротный, М. А. Иванов, А. И. Лебединский, В. М. Малюта, Л. Л. Мормин, Н. Ф. Мухин, О. С. Перлин и М. Л. Яншахов

Ростовский-на-Дону институт сельскохозяйственного машиностроения и Ярославский завод топливной аппаратуры (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ГЛУБОКОГО СВЕРЛЕНИЯ

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к проектированию станков для глубокого сверления с автоматическим управлением режимами резания.

В настоящее время сверление глубоких отверстий малого диаметра осуществляется с периодическими выводами инструмента из зоны резания, так как в результате наполнения стружкой стружкоотводящих канавок крутящий момент постепенно увеличивается и достигает критического значения по условиям прочности инструмента. Для того, чтобы выполнять сверление по автоматическому циклу, в современных станках предусмотрены устройства контроля нагрузки на режущем инструменте. Последние управляют процессом измерения скорости подачи режущего инструмента, либо одновременным изменением как скорости резания (вращения инструмента), так и скорости подачи.

Однако известные устройства имеют недостаточно высокую производительность сверления из-за преждевременного вывода сверла.

Цель изобретения — повышение производительности обработки путем ликвидации поломок и обеспечения оптимального нагружения инструмента.

Это достигается тем, что в устройство включен контур управления вибрациями инструмента, воздействующий на привод главного движения и связанный в единую

5 систему через тахогенератор двигателя главного движения и блок суммирования с контуром управления крутящим моментом, воздействующим на привод подачи; причем контур управления вибрациями включает

1о датчик вибраций, последовательно соединенный с блоком управления скоростью главного движения, блоком сравнения, преобразователем и цепью якоря двигателя главного движения, а блок суммирования

15 содержит магнитный усилитель, одна из обмоток которого включена в цепь двигателя главного движения, а другая обмотка через пороговое устройство и резистор соединена с тахогенератором двигателя глав|ного движения.

С целью увеличения точности измерения крутящего момента магнитный усилитель снабжен дополнительной компенсационной обмоткой, соединенной через резисторы с цепью напряжения якоря двигателя главного движения.

С целью устранения автоколебаний контура управления вибрациями инструмента

524612 в контур включен пороговый элемент между детектором и преобоазователем.

С целью уменьшения увода сверла на выходе магнитного усилителя установлены выпрямитель и два стабилитрона, включаемые встречно-параллельно по отношению к выпрямителю.

Устройство для управления процессом глубокого сверления имеет два регулируемых электропривода постоянного тока (привод главного движения и п ривод подачи), объединенных в единую систему и взаимно влияющих друг на друга, первый из которых изменяет цвклическую составляющую крутящего момента, лежащую вне полосы пропускания привода подачи, второй изменяет главным образом интегральную составляющую крутящего момента, лежащую в пределах полосы пропускания привода.

В системе управления применяется устройство измерения крутящего момента (его интегральной составляющей) по току якоря двигателя главного движения, и датчик вибраций инструмента, оценивающий циклические составляющие М р, а также имеется аналоговое устройство, позволяющее установить скорости резания и подачи такими, что сумма циклических и интегральных составляющих момента остается меньше предельно допустимого значения М,р.

Причем скорость рабочей подачи автоматически выбирается максимальной, тем самым достигается максимальная производительность обработки при заданной надежности процесса сверления без поломок инструмента. Кроме того, управление холостыми xone,ами осуществляется двигателем подачи через кинематическую цепь быстрых перемещений, что позволяет осуществить позиционирование инструмента в заданных координатах зоны резания с заданной скоростью врезания. В свою очередь, в системе управления приводом подачи установлен тахогенератор для осуществления гибкой обратной связи по скорости и для определения координаты выхода инструмента из зоны резания. Установлен также тахогенератор на двигателе главного движения, осуществляющий коррекцию задания крутящего момента в приводе подачи.

На фиг. 1 показана схема силовой головки и блока управления; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема измерения

М„р и аналого-суммирующего устройства системы управления; на фиг. 3 — блок управления скоростью главного движения; на фиг. 4 — осциллограмма изменения крутящего момента по глубине; на фиг. 5 — осциллограмма изменения крутящего момента с системой управления.

Устрюйство для управления процессом глубокого сверления включает два замкнутых контура регулирования (см. фиг. 1), связанных между собой, и блок управления циклом сверления. Первый контур регулн5

25 зэ

55 бО

65 рования крутящего момента включает датчик 1 момента, аналого-суммирующее устройство 2, преобразователь 3 управления скоростью двигателя 4 подачи, а также тахогенератор 5. Второй контур регулирования циклической составляющей включает датчик 6 вибраций, установленный в шпинделе 7, блок 8 управления ско|ростьюглавного движения, преобразователь 9, двигатель 10 главного движсния с тахогенератором 11. Контуры связаны между собой соединением тахогенератора 11 с аналогосуммирующим устройством 2. Привод подачи имеет,две кинематические цепи 12 и

13: одна для рабочих заглублений, вторая — для вспомогательных перемещений инструмента. Вход блока 14 управления циклом сверления связан с тахогенератором 5 привода подачи и панелью 15 уп равле ния, выход — с муфтами 16 вспомогательных и рабочих перемещений.

Система управления процессом глубокого сверления имеет элемент изменения крутящего момента вместе с аналого-суммирующим устройством (см. фиг. 2). Здесь имеется генератор 17 прямоугольных импульсов (мультивибратор Ройера), через трансформатор 18 соединенный с выходными обмотками 19 магнитного усилителя, последовательно с которым соединен выпрямитель

20. Параллельно выходной цепи выпрямителя включены два стабилитрона 21 и 22, соединенные встречно. Две пары обмоток

23 и 24 управления магнитного усилителя включены так, что они создают встречное магнитное поле.

Одновременно параллельно якорю двигателя включены постоянный резистор 25 и потенциометр 26, движок которого связан с движком потенциометра 27. Последний питается от независимого источника, имеющего полярность, встречную полярности напряжения якоря двигателя 10 главного движения.

Обмотки 23 питаются через переменный резистор 28 разностным напряжением, снятым с потенциометров 26 и 27, а обмотки 24 включены последовательно с цепью якоря двигателя 10. Кроме этого, магнитный усилитель имеет обмотку 29 обратной связи, соединенную через потенциометр 30 и емкость 31 с тахогенератором двигателя подачи (напряжение У„; задающую обмотку 32, связанную с постоянным напряжением Uq и обмотку 33 коррекции задания.

Обмотка 33 последовательно соединена с тахогенератором 11 двигателя главного движения, потенциометром 34, получающим питание от стабилизированного источника, и резистором 35. Параллельно последнему включен стабилизатор 36.

Блок управления скоростью главного движения (см. фиг. 3) включает усилитель

37 на транзисторе, вмонтированный непо524612 средственно в шпиндель и связанный с остальной частью схемы токосъемниками, установленными iHB шпинделе.

Усилитель 37 через RC-фильтр на резисторах 38 — 40 и емкостях 41 — 43 связан с вторичным усилителем 44 на транзисторе и детектором 45. На вы оде последнего, параллельно с «землей» установлены резистор 46 и емкость 47, которые через резистор 48 и стабилитрон 49 гальванически соединены с базой транзистора 50 левой половины балансного усилителя постоянного тока. Правая половина этого усилителя, собранная на транзисторе 51, имеет на входе напряжение, поступающее от движка потенциометра 52.

Устройство для управления процессом глубокого сверления работает следующим образом.

При врезании сверла в обрабатываемую деталь крутящий момент монотонно увеличивается (см. фиг. 4). Причем текущее значение крутящего момента определяется как составляющей, лежащей в пределах полосы пропускания системы управления (красивая а), так и за ее пределами (кривая 6). Предельно допустимое значение крутящего момента обозначено Л4О. В связи с тем, что при измерении крутящего момента с учетом полосы пропускания системы управления имеется возможность отрабатывать лишь возмущения, соответствующие кривой а, даже идеальная система автоматической стабилизации установки Мо не гарантирует сверление без поломок. Поломки будут отсутствовать, если сумма циклической составляющей М„(кривая 6) и интегральной М„(кривая а) не превышает значения Мо. Поэтому для обеспечения полной нагрузки ипструмента необходимо выполнение условия (см. фиг. 5)

М,+М„(М,, И если при этом скорость подачи будет максимальной, то при каждом рабочем заглублении величина его будет максимальной, а время минимальным.

Для обеспечения управления с учетом суммарного действия как циклической, так и интегральной составляющих момента система управления снабжена приводом подачи, обратная связь у которого осуществляется от нагрузки на инструмент и приводом главного движения, управляемым от датчика вибраций режущего инструмента.

При включении источника питания мультивибратор Ройера возбуждается, и через трансформатор 18 напряжение прямоугольной формы подается на рабочие обмотки 19 магнитного усилителя. Индуктивное сопротивление выходной обмотки 19 зависит от суммарного магнитного потока обмоток 23, 24, 29, 32, 33. Последний определяет выходное напряжение U„„. ь поступающее на вход широтно-импульсного модулятора преобразователя управления приводом подачи.

При включении напряжения якоря двигателя главного движения через обмотку

24 проходит ток якоря, пропорциональный моменту, приложенному на инструмент. Ток

5 якоря, а следовательно, и поток обмотки

24, зависит не только от момента, приложенного к инструменту. При постоянном статическом моменте шпинделя (a он изменяется в головке не более чем на 2 — Зо о)

10 он зависит от вариации напряжения питания двигателя главного движения, которое изменяется в связи с изменением напряжения цеховой сети. Последнее напряжение изменяется в течение суток до 80 — 35О О от

15 номинального.

Для компенсации влияния вариации напряжения на точность измерения момента используется дополнительная обмотка 23, создающая магнитный поток, направленный

20 навстречу потоку обмотки 24. Таким образом, если напряжение якоря соответствует номинальному, то разность напряжений с потенциометров 26 и 27 отсутствует. Изменени .. напряжения приводит к образованию

25 разности напряжений, которое через резистор 28 и обмотку 23 образует цепь и создает магнитный поток, компенсирующий влияние вариации напряжения на поток, пропорциональный моменту (поток от ооз0 мотки 24). Изменением сопротивления переменного резистора 28 удается практически полностью сделать измерение независимым от вариации напряжения якоря двигателя главного движения.

Обмотки 29, 32 также создают магнитный поток, направленный навстречу основному потоку от обмотки 24. Обмотка 32 выполняет роль смещения и одновременно уставки интегрального значения крутящего

40 момента от источника постоянного стабилизированного напряжения Up, Обмотка 33 создает поток согласно с обмоткой 24. При увеличении переменной составляющей крутящего момента напряжение тахогенерато45 ра двигателя главного движения 11 уменьшается. Разность напряжений с тахогенератора 5 и потенциометра 34 через резистор

35 создает в обмотке 33 ток, поток от которого изменяет уставку интегральной составляющей крутящего момента. Ьлагодаря уставке стабилитрона 36 поток в обмотке

33 изменяется пропорционально уменьшешпо скорости двигателя главного движения только до определенно о значения, соответствуюгцего напряжению пробоя стабилитрона. После пробоя стабилитрона уставка интегральной составляющей момента резко умецьшастся, благодаря чему надежность сверления без поломок возрастает.

50 Обмотка 29 служит для стабилизирующей гибкой обратной связи от тахогенератора 5 двигателя подачи через потенциометр 30 и емкость 31, Напряжение на выходе в динамике при65 водит к форсированным режимам двигате524612

15 ля постоянного тока. В результате этого в отдельные моменты скорость двигателя подачи приобретает значения, превышающие допустимые из условий осевой устойчивости инструмента. Для того, чтобы избежать этих явлений и повысить точность поддержания оси сверления на выходе выпрямителя устанавливают два стабилитрона 21 н

22, включенные Bc Tp 0%HO-пар аллельно, Эти стабилитроны ограничивают вариации скорости подачи относительно уставки в динамическом режиме. Сформированное таким образом напряжение U„„„. > поступает на схему широтно-импульсного модулятора преобразователя 3, который преобразует напряжение на его входе в скважность выходных управляющих импульсов, определяющих скорость вращения двигателя 4 подачи.

При изменении U„„„„, (фиг. 2) в ту или и ную сторону сква жность управляющих импульсов на входе модулятора изменяется, соответственно изменяется скорость двигателя подачи, что компенсирует отклонение интегральной составляющей момента от заданного значения.

Кроме этого, скорость вращения двигателя главного движения уменьшается при возрастании циклической составляющ и крутящего момента. Для этого напряжение от датчика вибраций усиливается в предварительном усилителе 37, который установлен в шпинделе для того, чтобы уменьшить влияние шума токосъемников на измерение. После предварительного усиления сигнал поступает на фильтр (резисторы и емкости 38 — 43), построенный таким образом, чтобы отрезать полосу, характерную для шума, токосъемников и для изгибных вибраций инструмента. Эти шумы проявлчются в области низких частот и определяются круговой частотой относительных вращений инструмента и детали. Отфильтрованный сигнал вторично усиливается в усилителе 44 на транзисторе и детектируется детектором 45. Резистор 46 и емкость 47 позволяют выделить огибающую детектированного сигнала.

Однако при малых вибрациях инструмента сигнал управления дальше не проходит, так как резистор 48 и стабилитрон 49 представляют значительное сопротивление. Это условие увеличивает стабильность работ системы управления и практически не снижает надежности сверления. При этом балансный усилитель на транзисторах 50 и 51 потенциометром 52 выводится в равновесие и выходное напряжение У„„. равно нул о.

При условии, если уровень вибраций пре20

55 высит порог, опредсляемый напряжением отпирания стабилитрона 49, то на выходе балансного усилителя появляется напряжение UÄÄÄ, >, величина которого устанавливается для каждого значения уровня вибраций переменным резистором 48. Выходное напряжение поступает на вход широтноимпульсного модулятора, управляющего преобразователем питания якоря двигателя главного движения.

Таким образом, с увеличением уровня вибраций уменьшается скорость главного движения и тем самым уменьшается скорость нарастания интегральной составляющей крутящего момента (скорость заполнения канавок инструмента стружкой).

Формула изобретения

1. Устройство для управления процессом глубокого сверления, включающее двигатель главного движения, двигатель подачи, датчик крутящего момента и контур управления крутящим моментом, регулирующий скорость подачи, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности сверления путем ликвидации поломок и обеспечения оптимального нагружения инструмента, устройство снабжено блоком суммирования и контуром управления вибрациями инструмента, воздействующим на привод главного движения и связанным через тахогенератор двигателя главного движения и блок суммирования с контуром управления крутящим моментом, причем блок суммирования выполнен в виде магнитного усилителя, одна из обмоток которого включена в цепь якоря двигателя главного движения, а другая обмотка через„ пороговое устройство и резистор соединена с тахогенератором двигателя главного движения.

2. Устройство по п. 1, отлич а ющ ее с я тем, что, с целью увеличения точности измерения крутящего момента, магнитный усилитель снабжен дополнительной компенсационной обмоткой, соединенной через резисторы с цепью напряжения якоря двигателя главного движения.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающ е е с я тем, что, с целью устранения автоколеоаний контура управления вибрациями инструмента, в контур включен пороговый элемент.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения увода сверла, на выходе магнитного усилителя установлены два стабилитрона и выпрямитель, причем стабилитроны включены встречнопараллельно по отношению к последнему.

524612 м, Редактор E. Месропова

Заказ 2218/9 Изд. № 339 Тираж 1136 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2,г

Составитель Г. Юдахина

Техред В. Рыбакова

Корректоры: Н. Федорова и Т. Добровольская