Устройство для адаптивного управления процессом абразивной обработки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК Ш В 24 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН В ния эффективности уп сом абразивной обраб материалов путем иэм ного значения крутящ дисперсии распределеущим зернам е ения процеси хрупки ения интегральо момента и ия припуска поо введены после в н диненреж ополоснь тектор и довательно соперестраиваемь ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени институтсельскохозяйственного машиностроения(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 854606, кл. В 23 В 49/00, 1981(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГОУПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АБРАЗИВНОЙОБРАБОТКИ, содержащее датчик крутящего момента, последовательно соединенные преобразователь вибраций, усилитель с регулируемым коэффициентомусиления и полосовой фильтр, блокуправления приводом, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повыше блок деления, второи вход которогосоединен с датчиком крутящего момента, а выход - с блоком управленияприводом, выход которого соединенс первым входом введенного в устройство блока автоматической подстройки частоты, второй вход которогосоединен с выходом узкополосногофильтра, а выход - с управляющимивходами полосового и узкополосногофильтров, блок автоматической регулировки усиления, подключенный входом к выходу полосового фильтра, авыходом - к входу усилителя.109 б 089 1Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для управления процессами абразивной обработки, в частности, для адаптивного управления сверлением ситалов и стекол.Известно устройство для управления процессом сверления, в котором звуковые колебания, возникающие при резании в системе СПИД (т.е, колебания, вызванные переменной составляющей силы резания), воспринимаются датчиком, сигнал, генерируемый сверлом и деталью, выделяют фильтром, корректируют усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, на управляющий вход которого подается сигнал от формирователя, причем выходные значения сигнала изменяются в зависимости от положения датчика относительно зоны резания, При нарушении процесса сверления этот сигнал, достигая заданного значения, поступает на исполнительное устройство, осуществляющее управление 25 процессом сверления11.Однако применение данного устройства для алмазного сверления хрупких материалов не эффективно, так как в нем не учитывается специфика абразивного инструмента, которым является алмазное сверло. Имеют место неравномерность нагрузки на каждое зерно алмаза, вызванная нерегулярностью рельефа режущей поверхности инструмента, а также неравномерность текущего припуска на каждое зерно. Силы же резания формируются как суммарные значения всех составляющих сил, действующих на каждое40 зерно. В таких условиях необходимо ограничивать не суммарные силы, а максимальную силу, действующую на каждое режущее зерно. Поэтому обеспечение заданной износостойкости ин 45 струмента требует изменения в ходе обработки режимов таким образом, чтобы ограничивались максимальные силы, действующие на каждое единичное зерно, что в известном устройстве неФосуществляется. Цель изобретения - повышение эффективности управления процессом абразивной обработки хрупких материалов путем измерения интегрального значения крутящего момента и дисперсии распределения припуска по режущим зернам. 2Поставленная цель достигается тем,что в устройство для адаптивного управления процессом абразивной обработки, содержащее датчик крутящегомомента, последовательно соединенныепреобразователь вибраций, усилительс регулируемым коэффициентом усиленияи полосовой фильтр, блок управленияприводом, дополнительно введены последовательно соединенные узкополосныйперестраиваемый фильтр, детектори блок деления, второй вход которого соединен с датчиком крутящегомомента, а выход - с блоком управления приводом, выход которого соединен с первым входом введенногов устройство блока автоматическойподстройки частоты, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра, а выход - с управляющими входами полосового и узкополосного фильтров, блок автоматическойрегулировки усиления, подключенныйвходом к выходу полосового фильтра,а выходом - к входу усилителя,В основу принципа работы предлагаемого устройства положены следующие физические особенности процесса резания.При сверлении алмазными сверлами хрупких материалов величина припуска для каждого режущего зерна неодинакова и в целом для сверла распределена вокруг среднего значенияпримерно по нормальному закону, Причем, в процессе обработки это распределение изменяется вследствие выкрашивания зерен абразива. Поэтому приодинаковой величине подачи на оборот для различных сверл или для одно. о и того же сверла в различные моментывремени нагрузка на отдельные режущие зерна может существенно меняться.При этом средние значения крутящегомомента и осевой составляющей силы резания могут оставаться неизменными.Очевидно, что максимальная величина подачи и крутящего момента допустима для сверла, у которого припуск распределен одинаково между всеми режущими зернами, И чем больше дисперсия этого распределения, тем меньше допустимая подача и крутящий момент с тем, чтобы не вызвать разрушения связки и повышенного лавинообразного износа инструмента.Для контроля дисперсии распределения припуска по режун;чм зернам в устройстве осущеов.в:в анализфильтра 4; преобразователь 8 крутящего момента, блок 9 деления и блок 1 О управления приводом, выход последнего соединен с вторым выходом блока 7 автоматической подстройки частоты. Входы блока 9 деления соединены с выходом преобразователя 8 и с выходом детектора 5, а выход - с входом блока 10 управления приводом.Устройство работает следующим образом. Сигнал с преобразователя 1, установленного на обрабатываемой детали, подается на предварительный усилитель 2 с регулируемым коэффициентом передачи. Для передачи сигнала виброакустической эмиссии баз искажений преобразователь 1 и усилитель 2 должны быть широкополосными.Далее усиленный сигнал подается на полосовой фильтр 3, который автоматически настраивается с помощью блока 7 автоматической настройки на полосу частот, середина которой соответствует максимуму композиции силы, определяемой ламелизацией.Связь блока 7 автоматической подстройки частоты с блоком 10 управления приводом позволяет первому автоматически перестраивать частоту настройки фильтров 3 и 4 пропорцио" нально изменению скорости резания, т.е. числу оборотов. Ущирение спектральной линии частоты ламелизации в спектре виброакустической эмиссии, т.е. фактически величина дисперсии распределенияприпуска по режущим зернам, определяется путем стабилизации среднеинтегрального значения спектральной плотности в полосе пропускания полосового фильтра 3 с помощью блока 6 автоматической регулировки усиления и определения максимальной величины спектральной плотности в этом же диапазоне частот с помощью узкополосного фильтра 4.На фиг, 2 показана часть спектра сигнала виброакустической эмиссии для случая алмазного сверления ситала сверлами одного типа, но различного состояния, где спектр о соответствует обработке изношенным сверлом с выкрошенными зернами абразива: спектр ссоответствует новому сверлу; Ь - полоса пропускания полосового фильтра 3; д - полоса пропускания узкополосного фильтра 4. 3 1096089 а спектрального состава акустическогоизлучения из зоны резания, Разрушение обрабатываемого материала поддействием режущего зерна абразивапроисходит последовательно в видемикросколов, каждый из которых сопровождается импульсом акустическогоизлучения. Частота повторения этихимпульсов, в основном, определяетсяскоростью, глубиной резания и харак"теристиками обрабатываемого материала. А так как скорость резания практически одинакова для всех режущихзерен абразива, то частота повторения микросколов (частота ламелизации) будет определяться глубиной ре 15зания, т,е. величиной припуска, снимаемого этим зерном.Следовательно, распределение частот ламелизации в спектре акустического сигнала из зоны резания (сигнал виброакустической эмиссии характеризует распределение величины припуска по режущим зернам. Чем меньшедисперсия этого распределения, тем25меньше уширение спектральной линиичастоты ламелизации в спектре виброакустической эмиссии.Таким образом, измеряя интегральное значение крутящего момента и дисперсию распределения припуска по режущим зернам, можно создать адаптивную систему управления, обеспечиваю"щую минимальный износ сверла, повышенное качество изделия, и следовательно, максимальную производительностьНа фиг. 1 представлена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - часть спектра сигнала виброакустической эмиссиидля случая алмазного сверления сита бла.Устройство содержит последовательно соединенные преобразователь 1 вибраций, предварительный усилитель 2с регулируемым коэффициентом передачи, полосовой перестраиваемыйфильтр 3, узкополосный перестраиваемый фильтр 4, детектор 5 с фильтромнизких частот; блок 6 автоматическойрегулировки усиления, вход которого 50соединен с выходом полосового перестраиваемого фильтра 3, а выход - суправляющим входом предварительногоусилителя 2; блок 7 автоматическойподстройки частоты, выходами соединенный с управляющими входами фильтров 3 и 4, а первым входом - с выходом узкополосного перестраиваемогона выходе блока 9 сигнал подается для управления приводом в блок 0.При увеличении сигнала с выхода блока 9 деления увеличивается и величина подачи. Технико-экономическое преимущество от использования предлагаемогоустройства заключается в уменьшении 10 расхода, дорогостоящего алмазногои поликристаллического инструментапутем уменьшения удельного износаинструмента в .результате более равномерного распределения нагрузки на 15 режущие зерна инструмента; увеличении производительности обработкипутем использования максимально допустимых режимов резания, что обеспечивается высокой надежностью и точ ностью контроля за состоянием инструмента и протеканием процесса; повышении точности обработки (уменьшенияувода оси отверстия) за счет болееравномерного распределения припуска 25 по режущим зернам абразива. Составитель В.ВлодавскТехред О.неце . едактор И.Каса орректор Г Огар Тираж 737 ИПИ Государственного к по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Раушска3712/9ВНИ Подпи а СССР крытийд, 4/ ит н Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектн 1096089Блок 6 автоматической регулировкиусиления изменяет коэффициент передачи предварительного усилителя 2 так,чтобы интегральное значение напряжения на выходе полосового фильтра 3 5оставалось постоянным. Тогда напряжение на выходе узкополосного фильтра 4продетектированное детектором 5,будет пропорционально величине добротности пика частоты ламелизации,т.е, уширению спектральной линии частоты ламелизации. Блок 7 автоматической подстройки частоты синхроннонастраивает фильтры 3 и 4 на частоту ламелиэации, которая может изменяться при изменении скорости резания и величины подачи.Сигнал, пропорциональный добротности частоты ламелиэации, т.е. обратно пропорциональный дисперсиираспределения припуска по режущимзернам, подается на блок 9 деления,где делится на величину крутящегомомента, измеряемую преобразователем 8 крутящего момента, Полученный