Система автоматического регулироваия геометрических параметров обрабатываемой детали на станке

 

%4

<щ 653088

ОПИ НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сеюз Севетснни

Соцналнстичесмн и

Рвс ублнн

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) анвлено 13.0874 (21) 2052905/25-08 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (51) М. Ка

В 23 Q 15/00

Государственный комитет

СССР по делан изобретений и открыти и (53) УДК

62-503 ° 53 (088.8) Опубликовано 25037Фюллетень %11

Дата опубликования опнсанин 250379

В. Л. Заковоротный, A. Н. Зацепилин, В. Н. Поплавский и С. А. Раков

Азовский оптико-механический завод

Pl) Занвнтель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ

° ПАРАМЕТРОВ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛИ НА СТАНКЕ

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано на станках с программным или адаптивным управлением.

Известна система автоматического регулирования процесса обработки, имеющая поперечные и продольные салазки суппорта, которые шарнирно связаны f 1) .

Компенсация влияния упругих дефор- маций на точность обработки в этом случае осуществляется по специально рассчитанному закону путем управления деформацией поперечных и продольных салазок. !

Однако такая система управляется на основе неполной априорной информации об упругих перемещениях суппортов. Кроме этого, инерционность сис тем управления ограничена полосой про-® пускания исполнительного элемента, последняя не может быть высокой.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является система, которая содержит сиповой суп->5 порт, снабженный датчиком радиальной составляющей сил резания; регулируемый привод поступательных движений вдоль оси обработки;.систему связи, формирующую управление в функции Рас- Ю согласования между уставкой осевого давления и его текущим значением (2l.

Блок управления предусматривает подстройку по точности путем .изменения уставки радиального давления резания по координатам обработки. В связи с этим в указанной системе имеется принципиальная возможность компенсации влияния изменяющейся жесткости на точность обработки путем применения алгоритмов адаптации при настройке уставок осевого давления.

В известной системе нельзя компенсировать всю необходимую совокупность частотных составляющих погрешностей, так как полоса пропускания привода поступательных перемещений суппорта ограничена. В связи в этим не удается компенсировать деформации, приводящие к погрешностям формы в поперечном сечении. Эта система также не предусмат ривает автоматической компенсации переменности жесткости системы СПИД 1 вдоль оси обработки. Для компенсации необходимо выполнить пробное точение, а затем корректировать задание осевого давления вдоль координат обработки.

Эти способы малопроизводительны и не гарантируют устранение всех погрешностей, так как распределение жесткоо

88. 4

3 6530 ти изменяется при изменении условий закрепления элементов детали, условий ее центрирования и так далее. В связи с этйм точность такой системы, особен- но при управлении составляющими погрешностями поперечного сечения, невысока.

Целью изобретения является увеличе-5 ние точности регулирования профиля обрабатываемой детали путем расширения частотного диапазона при компенсации упругих деформаций системы СПИД, путем компенсации составляющих погрешности l0 по модулю и фазе, компенсации влияния распределенной жесткости на точность обработки и осуществления динамического развязывания измерительного и силового суппорта. 15

Достигается она тем, что блок управления имеет два измерительных суппорта, снабженных датчиками вариаций функции профиля обрабатываемой детали, и один силовой, который имеет приводы поступательных движений и возвратно-поступательных.перемещенйй. Система снабжена избирательными фильтрами, блоками задержки, сумматором, преобразователем управления возвратно-поступательным приводом, причем выход датчика вариаций функции профиля, установленного на переднем из мерительном суппорте соединен с входами фильтров, которые подключены паРаллельно и настроены на гармонические составляющие, пропорциональные частоте вращения детали, а выходы этих фильтров через блоки задержки и сумматор соединены с преобразователем управления возвратно-поступатель- 35 ным приводом. Выходные обмотки датчика вариации функции профиля заднего измерительного суппорта в направлении подачи соединены с блоком автоматического регулирования привода поступательных движений.

Кроме. этого, блок автоматического регулирования привода поступательных движений снабжен генераторами, частота которых синхронизирована с часто- 45 той вращения детали, и синхронными детекторами, выходы которых соединены с блоками задержки, а входы — с избирательными фильтрами, причем обмотка опоРного напряжения синхРонного детектора соединена с выходами генераторов. Выход датчика, иэмеряющега радиальную составляющую сил резания

Г через фильтры соединен с блоками задержки.

Для одновременного автоматического . увеличения точности продольного сечения система снабжена согласующим элементом, суммирующим устройством, причем выходы датчика вариации припуска ° 60 установленного на переднем измерительном суппорте, а также датчика, установленного на заднем суппорте, соединены с суммирующим устройством и выход последнего через согласующий элемент подается на задающее устройство блока автоматического регулирования скорости двигателя привода поступательных движений.

На чертеже дана функциональная схема описываемой системы.

Блок управления содержит три суппорта 1-3 станка, связанные между собой единым ходовым винтом, Левый 1 и правый 3 суппорты являются измерительными. В них размещены следящие датчики 4 и 5 определения функции профиля детали. Эти датчики позволяют определять текущее значение диаметра детали, приращение диаметра в направлении скорости резания и скорости подачи, а также величину упругой деформации детали в рассматриваемой точке.

Информация об указанных параметрах" снимется с нескольких выходов одного датчика. Обрабатываемая деталь устанавливается в шпинделе, с которым кинематически свяэачы генераторы 6-8 сичхронных колебаний ° Частота генераторов выбирается так, что генератор б дает первую гармоническую составляющую круговой частоты вращения детали, генератор 7 — вторую и т.д. Количество таких генераторов зависит от требований к точности поперечного сечения обрабатываемой детали. Генератор R дает и-ю гармонику.

Силовой суппорт 2 содержит привод

9 возвратно-поступательных перемещений, предстазляющий собой вибратоР, в котором закреплен инструмент. Таким образом, движение режущего инструмента определяется поступательным движением силового суппорта, скорость которого регулируется двигателем 10, управляемым преобразователем 11 и возвратно-поступательным движением инструмента, приводимого в движение вибратором 12, амплитуды, частоты и фазы движения которого определяются выходным напряжением преобразователя

13, . а суппорте имеется датчик 14 радиальной составляющей силы резания, который определяет информацию о нагруженности силового суппорта в отжимающем направлении.

Блок управления содержит также 2п избирательных фильтров 15-20. Эти

Фильтры настроены так, что фильтры

15 и 1б выбирают первую гармонику из сигнала на их выходе, которая соответствует круговой частоте вращения детали, фильтры 17 и 18 — вторую, фильтры 19 и 20 и-ю гармонику.

Количество пар фильтров зависит от требований к допустимой величине эллипсности и огранки, причем в ограничении на огранку могут учитываться все ее гармонические составляющие.

Входы фильтров 15, 17, 19 соединены с датчиком 4 функции профиля, установленным до зоны резания, а выходы — соответственно с блоками 21 и 23 запаздывания и синхронными детекторами 2426.

5 6530

Входы фильтров 16, 18, 20 соединены с датчиком радиальной составляющей . силы резания, а выходы после суммирования с напряжениями на выходах синхронных детекторов 24-26 соединены также с блоками ?1-23 запаздывания, чем регулируется время задержки сигна- 5 ла. Выходы блоков 21-23 соединены с сумматором 27, который формирует управляющий сигнал привода циклических перемещений суппорта 12 через преобразователь 13. Опорным напряжением син- р хронных детекторов 24-26 является на1 пряжение генераторов 6-8.

Кроме этого, в системе датчики 4 и

5, несущие информацию об упругих деформациях детали, св язаны через Форми- 5

Рующие блоки 28, 29 и согласующее устройство 30, изменяющее уставку радиальной составляющей силы резания F в зависимости от текущего значения деформации, с системой стабилизации радиальной составляющей силы резания.

До начала обработки измерительные и силовой суппорты выставляют на уровень центров, при этом левый измерительный суппорт 1 устанавливают на расстоянии от оси вращения, равном ра-25 диусу обработки плюс припуск с учетом упругих деформаций,системы СПИД в точке врезания и оптимальных условий измерения. Силовой суппорт выставляют так, чтобы с учетом упругих деформа- 30 ций при вреэании режущая кромка инструмента обеспечивала номинальный диаметр обработки, а правый измерительный суппорт 3 — на расстоянии, более удаленном от оси вращения детали на ведичи- 35 ну, определяемую оптимальными усло виями измерения.. Вдоль оси обработки датчики левого измерительного суппорта в исходном положении расположены напротив точки врезания режуще» 40

-го инструмента. На этапе подготовки системы управления к работе привод подачи и циклический привод включены, но кинематически не связаны с механинизмами подачи. Левый датчик 4 профиля детали не связан с фильтрами. Генераторы 6, 7, 8 генерируют напряжение, синхронизированное с вращением детали.

После описанных подготовительных процессов включают муфты, связываю- 50 щие двигатели с механизмами подачи, и коммутируют цепь, связывакщую напряжение датчика 4 с фильтрами 15, 17, 19.

Кажцая гармоническая составлякщая, пройдя блок задержкиг сумматор 27, преобразователь 13 и исполнительный циклический двигатель 12 дает вариацию скорости подачи инструмента.. От- 60 жимающая составлякщая силы резания определяется при малых вариациях относительно положения равновесия суммой толщины срезаемого слоя и скорости подачи. Уменьшение скорости подачи при увеличении припуска позволяет

88 6 стабилизировать отжимающую силу, так как стабилизируется площадь срезаемого слоя. Цля обеспечения условия компенсации (инвариантности) вариации припуска на упругие деформации системы СПИД необходимо обеспечить вариацию скорости подачи, эквивалентно равную вариации припуска, но противоположную по знаку, Для этого все гармонические составляющие вариации припуска должны давать эквивалентно равные, но противоположные по фазе вариации скорости подачи. При этом необходимо иметь в виду, что зона резания является нелинейньм элементом и принцип суперпозиции здесь неприменим. В результате наблюдаются такие эффекты как управление низкочастотными составляющими колебания путем усиления вы- сокочастотных. Первоначальйое время запаздывания блоков 21, 22, 23 выбирают так, чтобы при подходе к зоне резания вариации припуска в течение одного оборота детали были полностью скомпенсированы вариацией скорости подачи за счет дополнительного движения от циклического привода 12, Однако, в результате того, что фаза гармоничес- . ких составляющих функции профиля детали до эоны резания может изменяться, при подходе к зоне резания условия компенсации могут нарушаться и „ даже приводить к дополнительной раскачке погрешностей профиля. Для устранения этого в систему введена дополнительная коррекция времени задержки от синхронных детекторов 21, 25, 29. Так как опорное напряжение синхронных детекторов синхронизировано с вращением детали, то фазовые сдвиги по каждой гармонической составляющей приводят к появлению напряжения на выходе синхронных детекторов, знак которого зависит от направления фазового сдвига. Выходное напряжение синхронных детекторов, в свою очередь, изменяет время задержки. В данном случае фазовые сдвиги гармонических составляющих функции профиля компенсируются раньше, чем возмущение по сдвигу фазы прийдет к зо не резания, поэтому появляется прин» ципиальная возможность выполнения абсолютно невозмущаемой по отношению к погрешностям профиля системы управления, В системе предусмотрена дополнительная компенсация по вариациям сил чере фильтры 16, 18, 20, которая служит для докомпенсации влияния возмущений на погрешности обрабатываемой детали в поперечном сечении и выполняет роль самонастройки.

Система управления циклическим приво- дом стабилизирует форму детали в по« перечном сечении.

Для стабилизации ее в продольном сечении применен дополнительный контур. Этот контур через блоки 28-30 корректирует задание отжимающей составлякщей силы резания. Кроме этого, 88 кции заднего суппорта в направлении подачи соединены с блоком автоматического регулирования привода поступательных движений.

2. Система по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью увеличения точности регулирования поперечного профиля детали путем компенсации по фазе вариации припуска в течение одного оборота вариацией скорости возвратно-поступательных движений, в ней установлен блок, снабженный генераторами и синхронными детекторами, выходы которых соединены с блоками задержки, а входы — с избирательными фильтрамн, причем обмотка опорного напряжения синхронного детектора соединена с выходами генераторов, частота которых синхронизирована круговой частотой вращения детали.

3. Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью уменьшения случайности погрешностей профиля поперечного сечения детали, выход датчика, измеряюцего радиальную составляюцую сил резания, через фильтры соединен с блоками задержки, 4. Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью увеличеия точности продольного сечения деали путем изменения уставки блока втоматического регулирования радиальой составляющей силы резания, систеа снабжена согласующим элементом, уммируюцим устройством, причем выхоы датчика вариации припуска, установенного на переднем измерительном супорте, а также датчика, установленноо на заднем суппорте, соединены с уммирующим устройством и выход поледнего через согласующий элемент одается на задаюцее устройство бло@ автоматического регулирования скоости двигателя привода поступательдвижений.

5. Система по и. 1, о т л и ч а юа я с я тем, что для увеличения точости и надежности ее работы путем иловой Развязки измерительных и сиових суппортов, измерительные супорты выполнена в виде отдельного зла, связанного с силовым суппортом одовим винтом.

Формула изобретения н т

1. Система автоматического регулирования геометрических параметров об- щ н рабатываемой детали на станке, снаб-, м женном силовыми суппортами с динамо- с метрическим реэцедержателем, измеряю- д цим радиальную составляющую резания, . л прйводом поступательных движений вдоль З5 и ось обработки с блоком уйравленид и г регулируемым возвратно -поступательным приводом вдоль той же оси с блоком с управления, а также передним и задним, и измерительными суппортами с установ- к ленными на них датчиками вариаций Фун- р кции профиля обрабатываемой детали, ных отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирова- ц ния Профи 1я обрабатываемой детали, н система снабжена избирательными Фильт- 4 с рами, блоками задержки, сумматором, л преобразователем Управления возврат- и но-поступательньм приводом, причем у выход датчика вариаций Функции про- х

Филя, установленного на переднем суп- 50 пс рте, соединен с входами Фильтров, которые подключены параллельно и настроены на гармонические составляющве, пропорциональные частоте вращения детали, а виходы этих Фильтров через блоки задержки и сумматор соединены с преобразователем управления возвратно-поступательным приводом, а выходные обмотки датчика вариаций фунвнимание при экспертизе

I. Балакшин Б. С, Адаптивное управление станка, М., Машиностроение, 1973, с. 25.

2. Авторское свидетельство СССР

9 2291бб кл. В 23 Ц 15/00, 1967.

6530 йредусмотре на допол нитель на я обратна я св йзь по текущему значению диаметра от датчика 5 через блок 31, По окончании обработки датчики переднего измерительного суппорта выходят из эоны близосТи с деталью, однако, благодаря элементам задержки, 5 а также блоку 28, сигнал о параметрах профиля до эоны резания остается до конца обработки. Таким образом, система, осуществляя компенсацию воз.— мущений и регулирование по отклоне- р нию, позволяет управлять. точностью поперечного и продольного сечений детали.

Сравнительные испытания данной системы с блоком Управления Упругими перемещениями, выполненной по схеме прототипа (2), показали, что предлагаемая система позволяет увеличить точность обработки валов на 1-2 класса.

Особенно она эффективна в тех случаях, когда, предъявляются повышенные тре-® бования к точности обработки в поперечном сечении (эти требования типичны, например, в точном приборостроении) °

Источники информации, принятые во

65 ÇÎÂ8

Составитель T. Юдахина

Техред З.Фанта КорректорИ. Рящко.

РЕдактОр В. дибобес

Филиал ППН Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1190/10 Тираж 1221 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11МЗЬ, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5