Способ активного контроля процесса обработки зубчатых колес

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнх

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06,05,81 (21) 3284464/25-08 f51) М. КЛ. с присоединением заявки Ио—

В 23 g 15/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.12.82. бюллетень HP 48 (33) УДК 621 ° 91 (088. 8) Дата опубликования описания 30, 12,82 (72) Авторы изобретения (71) Заявител (54) СПОСОБ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ

ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано для управления процессом многопроходного шлифования зубчатых колес.

Известен способ автоматического управления процессом обработки., основанный на учете состояния системы

СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь), по которому -улавливают звуковые колебания, возникающие в процессе резания в системе, СПИД, преобразовывают их в электрические сигналы, выделяют из них сигнал, генерируемый,инструментом и деталью, ис-. пользуют его для изменения режимов обработки $1).

Этот способ пригоден для управления непрерывным процессом резания, когда он представляет собой длительный установившийся режим, и не учитывает специфики многопроходного зубошлифования, заключающийся в

Фом, что процесс резания является дискретным. Резание осуществляется в периоды взаимодействия инструмента с деталью через равные промежутки времени — паузы в каждом ходе инструмента или детали. Период взаимодействия инструмента с деталью характеризуется наличием зон вреэания, устойчивого резания и выхода. ПлощадЬ контакта абразивного круга с профилем достигает максимального значения в зоне устойчивого резания. При сравнительно мапой ширине зубчатых Венцов, время устойчивого резания соизмеримо с временем взаимодействия инструмента с деталью в зонах врезания и выхода, поэтому процесс взаимодействия инструмента с деталью в целом можно рассматривать как переход- ной °

В результате сигнал будет состоять иэ кратковременных импульсов напряжения, характер изменения амплитуды которых эа период шлифования одного зуба обусловлен движением обката, а абсолютное значение амплитуды - величиной припуска.

На.оптимальных режимах только максимальное значение одного импульса сигнала равно заданному результату, в оСтальные же моменты вырабатывается сигнал управления, значение подачи непрерывно увеличивается, что приводит к возникновению пережогов поверхности.

Известен также способ активного контроля процесса:обработки зубчатых

984811 колес на обкатных станках, включающий контроль точности заготовки зубчатого колеса и изменение режимов обработки по результатам контроля f3 ).

Известный способ также не учитывает специфики шлифования зубчатых колес, когда в процессе шлифования абразивный круг, вращаясь, совершает возвратно-поступательное движение вдоль зубьев шлифуемого колеса и одновременно с колесом участвует в 10 движении обката. Скорость съема припуска обусловлена движением обката и изменяется в соответствии с законом изменения скорости скольжения профилей зуба изделия и абразивного круга.15

Поверхность контакта круга с зубом изменяется, и поэтому указанные особенности не позволяют использовать изве стный способ для эффективного управления процессом многопроходного шли- 2О фования.

Цель изобретения — повышение качества и исключение пережогов поверхности в процессе многопроходного шг.ифования зубчатых колес. 25

Поставленная цель достигается тем, что на каждом проходе при фиксированных режимах обработки выделяют сигнал, пропорциональный кинематической погрешности заготовки, и его максимальное значение используют для изменения режимов шлифования при последующем проходе. Сигнал, пропорциональный кинематической погрешности заготовки, выделяют как огибающую макаимальных значений виброакустического сигнала на каждом зубе.

На фиг. 1 показан характер изменения сигнала на первых 3-х проходах в функции времени; на фиг. 2 — структурная схема устройства., реализующего способ. !

На фиг. 1 кривой 1 показан характер изменения амплитуды сигнала, генерируемого инструментом и деталью,при шлифовании профиля одного зуба. Кривой 2 — характер изменения огибающей максимальных значений этих сигналов

А> на первом проходе. Кривыми 3 и 4 показаны огибающие сйгналов на втором и третьем, проходах соответственно.

Интервалы времени Т„... T«T>, Т, Тб... Ть соответствуют продолжительности первого, второго и третьего проходов. Заданный результат А,при сравнении с которым определяют сигнал управления hA, обозначен кривой 5.

Характер изменения кривых (фиг. 1), обусловлен процессами происходящими в зоне резания. Трещины, структурные изменения поверхностного слоя, выражающиеся в отпуске или вторичной закалке, короблении и других деформациях, являются результатом высоких температур, возникающих на поверхности шлифуемой детали. 65

Полная плотность теплового по.гока в процессе шлифования определяется тангенциальной составляющей силы резания

N Р V ð

s s импульс возмущающей силы; собственная частота осциллятора; масса осциллятора; коэффициент глубины модуляции, характеризующий относительное изменение амплитуды акустического сигнала за время между двумя смежными ударами.

qî

О где N — общая тепловая мощность, выделяющаяся в зоне контакта;

S — - площадь зоны контакта детали с кругом.

Зависимость силы резания Р от режимов шлифования может быть выражена эмпирической формулой

P = ct S V Ч, (2) р сГ где с,у,g,,ä — экспериментально подбираемые коэффициенты; глубина резания;

V — скорость вращения;

V p — скорость круга.

Известно также, что с увеличением глубины шлифования и скорости продольной подачи танreнциальная составляющая силы резания растет почти линейно„ С увеличением глубины шлифования одновременно происходит рост площади контакта. Обе эти величины определяют плотность теплового потока.

При зубошлифовании глубина резания от зуба к зубу изменяется в соответствии с законом изменения кинематической погрешности заготовки на каждом проходе. Из анализа формулы (2) следует, что сила Р в процессе зубошлифования также изменяется в соответствии с характером кинематической погрешности заготовки (так как зависит от глубины, а следовательно и от площади контакта детали с кругом). При числе двойных ходов инструментальной головки порядка п = 200 дв. ход.мин значение силы резания в течение короткого времени (t C 0,15 с) изменяется от нуля до максимума, т.е. взаимодействие инструмента с деталью носит ударный характер, мерой которого может служить импульс силы. Эти импульсы возбуждают в системе СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь) акустические колебания, размах ам1тлитуды которых определяется следующей формулой:

984811 руется управляющий сигнал, соответствующий разности уставки 18 и макси55 мального значения кинематической lla грешкости за первый проход.

В течение второго прохода первый блок 12 памяти запоминает максимайьное значение кинематической погреш6О ности эа этот проход, которое будет использоваться для сравнения с уставкой 18 s течение третьего прохода.

В качестве примера для реализации способа управления процессом йногопро6S .ходного зубошлифования производится .

Информация о режимах резания содержится в огибающей сигнала,при Этом, как следует из формулы (3), амплитуда огибающей пропорциональ на импульсу силы соударения круга с деталью. на первом проходе глубину шлифования во избежание пережогов йоверхности устанавливают меньше номинальной.

Поэтому амплитуда сигналов, в том чис ле и максимальная, меньше заданного . результата фиг. 1). н процессе шлифования находят огибающую максимальных значений амплитуд сигналов на каждом зубе сравнивают ее максимальное значение с заданным результатом в соответствии с формулой

ЬA. = А - А

1 Зад ynaX „1

Максимальное значение амплитуды сигнала, даже при неизвестной глубине

I в делениях лимба, свидетельствует о величине натяга в системе СПИД и, следовательно, по разности аА- можно корректировать номинальное значение глубины подачи уже после первого прохода. После окончания прохода номинальное значение глубины подачи для последующего прохода изменяют на величину, пропорциональную значению полученной разности, с учетом знака.

В результате абсолютные значения амплитуд сигналов во втором проходе увеличиваются, а l разность ЬА < уменьшается. После третьего и последующих проходов эта разность становится еще меньше. В результате режимы шли;. фования (глубина) изменяются таким образом, что их абсолютные .значения не могут быть большими номинальных и, следовательно, исключается появление пережогов боковой поверхности зуба.

Структураня схема устройства реализации способа (фиг. 2) включает в себя систему СПИД 6, вибропреобраэователь 7., усилитель 8, блок 9 выделения кинематической погрешности, блок 10 выделения максимальных зна чений кинематической погрешности, первый ключ 11, первый и второй блоки

12 и 13 памяти, второй ключ 14, третий ключ 15, схему 16 сравнения, аттенюатор 17, установку 18, исполнительный механизм 19, датчик 20 числа проходов, счетчик 21 числа проходов, дешифратор 22, блок 23 управления ключами.

Схема управления работает следующим образом.

Первым проходом цикла обработки датчик 20 числа проходов через счетчик 21 числа проходов устанавливает второй выход дешифратора 22 в единичное состояние (высокий потенциал), которое воздействует на блок 23 управления ключами, и тот своим пер вым выходом переводит ключ 15 в положение, когда на первый вход схема 16 сравнения подается значение уставкй

18 ослабленной аттенюатором 17 так что на выходе схемы 16 сравнения появ5. ляется сигнал управления, соответст-вующий облегченному режиму шлифования,исключающему пережоги обрабатываемой.детали. В то же время на первом выходе дешифратора 22 — низкий потенциал (высокий потенциал появляется лишь при четных проходах), и блок 23 управления ключами воздейст.вует на синхронно работающие ключи .11 и 14 таким образом, что выход блока 10 выделения максимальных значе15 ний кинематической погрешности соединяется со входом первого блока 12, I а цепь управления выходами блоков памяти (ключ 14) подключается к вы- ходу второго блока 1 3 памяти.

В течение первого цикла обработки виброакустический сигнал, генерируемый инструментом и деталью, преобразуется вибропреобразователем 7 в электрический сигнал, который усиливается усилителем 8. В блоке 9 выделения кинематической погрешности вы деляется огибающая максимальных значений сигнала на каждом зубе и ее максимальное значение за первый про30 ход выделяется блоком .10, которое запоминается первым блоком 12 памяти.

В паузе между первым и аторьм проходами цикла обработки на втором выходе дешифратора 22 появляется низ35 кий потенциал, который сохраняется в течение всего оставшегося времени цикла обработки. Блок 23 управления ключами своим выходом с помощью клю.ча 15 подключает на первый вход схе4О ььд 16 сравнения цепь управления выходами блоков памяти (ключ 14). На первом выходе дешифратора 22 появляется высокий потенциал, второй выход блока управления ключами 23 иэме45 няет состояние синхронно работающих ключей 11 и 14 так, что выход блока

10 выделения максимального значения кинематической погрешности подключается ко входу второго блока 13 па5О мяти, а выход первого блока 12 - к первому входу схемы 16 сравнения. Таким образом, перед вторым проходом на выходе схемы 16 сравнения форми 984811 шлифование шестерен с числом .зубьев

Z = 8, m = 3,5 мь. из стали 20 ХНЗМВФ-Ш

HRC 60 — 64 на зубошлифовальном станке мод. 5831 .

Пьезоэлектрический датчик-акселерометр ИС-312 устанавливается в переходной втулке ьа пиноли верхней бабки стойки изделия (a вертикальном положении). Напряжение с выхода датчика усиливается и подается на вход шлейфового осциллографа Н 117/1. 10

Исследование производится при шли фовании шестерен на режимах, предусмотренных технологией без какой-либо конструктивной доработки отдельных деталей станка, связанной с установ- 15 кой и измерением параметров виброакустического сигнала„

Прошлифованы три шестерни с бие-. нием зубчатого венца 0,15; 0,06 и

0,05 мм. установлено, что максималь- 20 ный уровень сигнала при шлифовании от зуба к зубу изменяется как на черновых„ так и на чистовых проходах.

Изменение глубины резания и соответствующее ему изменение уровня 25 сигнала представлено в таблице.

1-й i+1 Измепро- про- нение, ход, ход В

Параметр, мм

Формула изобретения

0,06 0,02 66

Глубина, максимальный уровень сигнала

22 14 36

0,08 0,02 75

Глубина максимальный .уровень сигнала

27 17 37

55 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Глубина, 0,1 0,06 40 максимальный уровень сигнала 28 20 28

Для выявления помех записывается сигнал в процессе работы станка на черновых режимах на холостом ходу.

На осциллографной ленте отмечаются лишь импульсы, соответствуЮщие по времени моменту исполнения движения деления. Амплитуда указанных импульсов превышает высоту шумового фона (1,5-2 мм) на 1 — 2 мм и поэтому они не могут повлиять на формирование управляемого сигнала, В таблице представлена глубина шлифования, устанавливаемая по лимбу, поэтому нельзя учесть как фактическую глубину, так и натяг в системе

СПИД при шлифовании данного зуба,. однако из полученных результатоз видно, что уровень сигнала пропорционален глубине резания.

Таким образом, предлагаемый способ управления процессом многопроходного зубошлифования, по сравнению с известными, позволяет определить максимальное значение амплитуды сигнала в момент шлифования отдельных зубьев, найти огибающую этих амплитуд на каждом проходе, сравнить максимальное значение огибающей с заданным результатом, определить сигнал управления и произвести корректировку номинального значения глубины резания для последующего прохода на величину, пропорциональную сигналу управ- . ления. Отсутствие помех способствует повышению точности определения управляющего сигнала. В момент врезания на первом проходе фактическую глубину резания можно наблюдать по показывающему прибору.

Все это способствует повышению точности установки оптимальных режимов резания и, как следствие, повышению качества поверхностного слоя при шлифовании зубьев зубчатых колес.

Способ активного контроля процесса обработки зубчатых колес, включающий контроль точности заготовки зубчатого колеса и изменение режимов обработки по результатам контроля, отличающийся тем, что, с целью повышения качества многопроходного зубошлифования, на каждом проходе выделяют максимальное значение сигнала, характеризующего кинематическую погрешность заготовки, и используют его значение для изменения режимов шлифования при последующем проходе, причем в качестве вышеуказанного сигнала принимают огибающую максимальных значений виброакустического сигнала, регистрируемого при взаимодействии режущего инструмента с заготовкой на каждом зубе.

1. Авторское свидетельство СССР

М 312686, кл. В 23 В 49/00, 1975.

2. Марков Н.Н. Зубоизмерительные приборы, М., "Машиностроение", 1965, с. 157-158.

984811.Составитель В. Алексеенко

Редактор A. Власенко Техред А.Бабинед . Корректор Н. Буряк с

Заказ 10040/20 Тираж 750 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4