Система автоматического регулироваия геометрических параметров обрабатываемой детали на станке

653088 И ЕиИЯ П И ЗОБ Сеез Се Сфциалис тсиии всиублии СТВУ К АВТОРСКОМУ СВИ 61) Дополнительно т. свил-ву(61) М 15/00 нением заявки Ю п ис В комитет арствеиССС еиам и и отк 23) Пр Оп) Заявитель ВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХЕТАЛИ НА СТАНКЕ(54) СИСТ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУ АМЕТРОВ ОБРАБАТЫВАЕМ 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 1.Компенсация влияния упругих деформаций 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-ж пускания исполнительного элемента, последняя не может быть высокой,Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является система, которая содержит силовой суп 2 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 21. Блок управления предусматривает подстройку по точности путем изменения уставки радиального давления резания по координатам обработки. В связи с этим в указанной системе имеется прин" ципиальная 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 пропусканияпривода поступательных перемещений суппорта ограничена. В связи в этим не удается компенсировать деформации, приводящиек погрешностям формы в поперечном сечении. Эта система также не предусмат ривает автоматической компенсации переменности жесткости системы СПИДвдоль оси обработки. Для компенсации необходимо выполнить пробное точение, а затем корректировать задание осевого давления вдоль координат обработки. Эти способы малопроизводительныи ие гарантируют устранение всех погрешностей, так как распределение жесткоо88 4блока автоматического регулированияскорости 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 иправый 3 суппорты являются измеритель"ными. В них размещены следящие датчики 4 и 5 определения функции профилядетали, 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 одногодатчика. Обрабатываемая деталь устанавливается в шпинделе, с которым кинематически свяэачы генераторы 6-8сичхронных колебаний, Частота генераторов выбирается так, что генераторб дает первую гармоническую составляющую круговой частоты вращения детали, генератор 7 - вторую и т.д. Количество таких генераторов зависит оттребований к точности поперечного сечения обрабатываемой детали. Генератор й дает и-ю гармонику,Силовой суппорт 2 содержит привод9 возвратно-поступательных перемещений, представляющий собой вибратор,в котором закреплен инструмент. Такимобразом, 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 преобразователя13, На суппорте .имеется датчик 14 радиальной составляющей силы резания,который определяет информацию о нагруженности силового суппорта в отжимающем направлении. 55Для одновременного автоматического . увеличения точности продольного сечения система снабжена согласующим элементом, суммирующим устройством, причем выходы датчика вариации припуска, 0 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 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 нопе 1 речного 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 10 по модулю и фазе, компенсации влияния распределенной жесткости на точность обработки и осуществления динамического развязывания измерительного и силового суппорта. 15Достигается она тем, что блок управления имеет два измерительных суппорта,снабженных датчиками вариаций функциипрофиля обрабатываемой детали, иодин силовой, который имеет приводыпоступательных движений и возвратно-поступательных.перемещенйй. Система снабжена избирательными фильтрами, блоками задержки, сумматором,преобразователем управления возвратно-поступательным приводом, причемвыход датчика вариаций функции профиля, установленного на переднем измерительном суппорте соединен с входами фильтров, которые подключены параллельно и настроены на гармонические составляющие, пропорциональныечастоте вращения детали, а выходыэтих фильтров через блоки задержки и сумматор соединены с преобразователем управления возвратно-поступательным приводом. Выходные обмотки датчика вариации функции профиля заднегоизмерительного суппорта в направленииподачи соединены с блоком автоматического регулирования привода поступательных движений.Кроме. этого, блок автоматическогорегулирования привода поступательныхдвижений снабжен генераторами, частота которых синхронизирована с частотой вращения детали, и синхроннымидетекторами, выходы которых соединены с блоками задержки, а входы - сизбирательными фильтрами, причем обмотка опоРного напряжения синхРонного детектора соединена с выходами генераторов. Выход датчика, измеряющего радиальную составляющую сил резаниячерез фильтры соединен с блоками задержки. Блок управления содержит также 2 п избирательных фильтров 15-20, Эти Фильтры настроены так,что фильтры 15 и 1 б 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 6530Входы фильтров 16, 18, 20 соединены с датчиком радиальной составляющей. силы резания, а выходы после суммирования с напряжениями на выходах синхронных детекторов 24-26 соединенытакже с блоками 21-23 запаздывания,чем регулируется время задержки сигнала. Выходы блоков 21-23 соединены ссумматором 27, который Формирует управляющий сигнал привода циклическихперемещений суппорта 12 через преобразователь 13. Опорным напряжением синхронных детекторов 24-26 является напряжение генераторов 6-8.Кроме этого, в системе датчики 4 и5, несущие информацию об упругих деФормациях детали, связаны через Форми Рующие блоки 28, 29 и согласующее устройство 30, изменякщее уставку радиальной составляющей силы резания Рв зависимости от текущего значения деФормации, с системой стабилизации радиальной составляющей силы резания.До начала обработки измерительныеи силовой суппорты выставляют на уровень центров, при этом левый измерительный суппорт 1 устанавливают нарасстоянии от оси вращения, равном ра диусу обработки плюс припуск с учетомупругих деформаций,системы СПИД в точке врезания и оптимальных условий измерения. Силовой суппорт выставляюттак, чтобы с учетом упругих деформаций при вреэании режущая кромка инструмента обеспечивала номинальный диаметробработки, а правый измерительный суппорт 3 - на расстоянии, более удаленном от оси вращения детали на ведичину, определяемую оптимальными условиями измерения Вдоль оси обработки датчики левого измерительного суппорта в исходном положении расположены напротив точки врезания режуще 40го инструмента На этапе подготовкисистемы управления к работе приводподачи и циклический привод включены,но кинематически не связаны с механинизмами подачи, Левый датчик 4 проФиля детали не связан с фильтрами. Генераторы б, 7, 8 генерируют напряжение, синхронизированное с вращениемдетали.После описанных подготовительныхпроцессов включают муфты, связывающие двигатели с механизмами подачи,и коммутируют цепь, связывакщую напряжение датчика 4 с фильтрами 15, 17,19,55Каждая гармоническая составлякщая, пройдя блок задержки сумматор 27, преобразователь 13 и исполнительный циклический двигатель 12 дает вариацию скорости подачи инструмента От" жимающая составлякщая силы резания определяется при малых вариациях от" носительно положения равновесия суммой толщины срезаемого слоя и скорости подачи. Уменьшение скорости подачи при увеличении припуска позволяет 88 Встабилизировать отжимающую силу, таккак стабилизируется площадь срезаемого слоя. Цля обеспечения условиякомпенсации (инвариантности) вариацииприпуска 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 вариациискорости подачи. При этом необходимоиметь в виду, что зона резания является нелинейньм элементом и принципсуперпозиции здесь неприменим. В результате наблюдаются такие эффектыкак управление низкочастотными составляющими колебания путем усиления вы-сокочастотных. Первоначальйое времязапаздывания блоков 21, 22, 23 выбирают так, чтобы при подходе к зонерезания вариации припуска в течениеодного оборота детали были полностьюскомпенсированы вариацией скорости подачи за счет дополнительного движенияот циклического привода 12, Однако, врезультате того, что фаза гармоничес-,ких составляющих функции профиля детали до эоны резания может изменяться, при подходе к зоне резания условия компенсации могут нарушаться идаже 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 синхронизированос вращением детали, то фазовые сдви"ги по каждой гармонической составляющей приводят к появлению напряженияна выходе синхронных детекторов, знаккоторого зависит от направления фазового сдвига. Выходное напряжениесинхронных детекторов, в свою очередь,изменяет время задержки. В данномслучае фазовые сдвиги гармонических составлякщих функции профилякомпенсируются раньше, чем возмущение по сдвигу фазы прийдет к зоне резания, поэтому появляется принципиальная возможность выполненияабсолютно невозмущаемой по отношению к погрешностям профиля системыуправления, В системе предусмотрена дополнительная компенсация повариациям сил чере фильтры 16, 18,20, которая служит для докомпенсациивлияния возмущений на погрешности обрабатываемой детали в поперечном се"чении и вьполняет роль самонастройки.Система управления циклическим приво-дом стабилизирует Форму детали в поперечном сечении,Для стабилизации ее в продольномсечении применен дополнительный контур. Этот контур через блоки 28-30корректирует задание отжимающей составлякщей силы резания. Кроме этого,88 Формула изобретения 7 . 6530йредусмотрена дополнительная обратнаясвязь по текущему значению диаметраот датчика 5 через блок 31,По окончании обработки датчики переднего измерительного суипорта выходят из эоны близосТи с деталью, однако, благодаря элементам задержки, 5а также блоку 28, сигнал о параметрах профиля до эоны резания остаетсядо конца обработки. Таким образом,система, осуществляя компенсацию воз. -мущений и регулирование ио отклоне" рнию, 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 трефбования к точности обработки в поперечном сечении (эти требования типичны, например, в точном приборостроении)25 1, Система автоматического регулирования геометрических параметров об- щ рабатываемой детали на станке, снаб-, женном силовыми суппортами с динамо- метрическим реэцедержателем, измеряющим радиальную составляющую резания, ирйводом поступательных движений вдоль З 5 ось обработки с блоком уйравлеиид и регулируемым возвратно -иоступательным приводом вдоль той же оси с блоком управления, а также передним и задним измерительными супиортами с установленными на них датчиками вариаций Функции проФиля обрабатываемой детали, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности регулирования профиля обрабатываемой детали, система снабжена избирательными Фильт рами, блоками задержки, сумматором, преобразователем управления возвратно-поступательньм приводом, причем выход датчика вариаций Функции проФиля, установленного на переднем суп исрте, соединен с входами Фильтров, которые подключены параллельно и настроены на гармонические составляющве, пропорциональные частоте вращения детали, а выходы этих Фильтров через блоки задержки и сумматор соединены с преобразователем управления возвратно-поступательным приводом, а выходные обмотки датчика вариаций Функции заднего суппорта в направленииподачи соединены с блоком автоматического регулирования привода поступательных движений.2, Система ио и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью увеличения точности регулирования поперечного профиля детали путем компенсациипо фазе вариации ирииуска в течениеодного оборота вариацией скорости возвратно-поступательных движений, в нейустановлен 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 профиляпоперечного сечения детали, выход датчика, измеряющего радиальную составляющую 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 увеличения точности продольного сечения детали путем изменения уставки блокаавтоматического регулированиярадиальной составляющей силы резания, система снабжена согласующим элементом,суммирующим устройством, причем выходы датчика вариации припуска, установ"ленного на переднем измерительном суппорте, а также датчика, установленного на заднем суппорте, соединены суммирующим устройством и выход последнего через согласующий элементподается на задающее устройство блока автоматического регулирования скорости двигателя привода поступательных движений.5. Система по и, 1, отличающ а я с я тем, что для увеличения точности й надежности ее работы путемсиловой развязки измерительных и силовых суипортов, измерительные суппорты выполнена в виде отдельногоузла, связанного с силовьви суипортомходовым винтом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Балакшин Б, С, Адаптивное управление станка, М, Машиностроение, 1973, с. 25. 2. Авторское свидетельство СССР9 2291 бб кл, В 23 9 15/00, 19 ГГ.СосТе рректор и, РФаако. В, Ди Тираж 1221 ПодписноеИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытийМосква, Ж, Уаушская наб., д. 4/5 11 М ППН ффПатент жгород, ул. Проектная