Способ активного контроля процесса обработки зубчатых колес

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 984811 Союз СоветскнкСоцналнстнческнхРеспублик ф(22) Заявлено 06,05,81 (21) 3284464/25-08 Щм.кл. с присоединением заявки Ио -В 23 Я 15/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30,12,82(54) СПОСОБ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССАЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ОТ к об може ия п вани скогоосно тив ного зубчаИзобретение относится работке материалов резанием и т быть использовано для управлен роцессом многопроходного шлифо я зубчатых колес.Известен способ автоматичеуправления. процессом обработке ванный на учете состояния системы СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь), покоторому .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 режимовобработки 13.Этот способ пригоден для Управления непрерывным процессом резания, когда он представляет собой длительный установившийся режим, и не учитывает специфики многопроходного зубошлифования, заключающийсяв 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, устой чивого резания и выхода. ПлощадЬ контакта абразивного круга с профилем достигает максимального значениЕ в зоне устойчивого резания. При сравнительно мапой ширине зубчатых Венцов, время устойчивого резаниясоизмеримо с временем взаимодействия инструмента с деталью в зонах врезания и выхода, поэтому процесс взаимодействия инструмента с деталью в целом можно рассматривать как переход-нойВ результате сигнал будет состоять иэ кратковременных импульсов напряжения, характер изменения амплитуды которых эа период шлифования одного зуба обусловлен движением обката, а абсолютное значение амплитуды " вели.чиной припуска.На.оптимальных режимах только максимальное значение одного импуль,са сигнала равно заданному результату, в оСтальные же моменты вырабатывается сигнал управления, значение подачи непрерывно увеличивается, что приводит к возникновению пережогов поверхности.Известен также способ акконтроля процессаобработки тыкМ Р Чд где я0 колес на обкатных станках, включающий контроль точности заготовки зубчатого колеса и изменение режимов обработки по результатам контроля 2 1.Известный способ также не учитывает специфики шлифования зубчатых 5колес, когда в процессе шлифованияабразивный круг, вращаясь, совершаетвозвратно-поступательное движениевдоль зубьев шлифуемого колеса иодновременно с колесом участвует в 10движении обката. Скорость съема припуска обусловлена движением обкатаи изменяется в соответствии с законом 1изменения скорости скольжения профилей зуба изделия и абразивного круга,15Поверхность контакта круга с зубомизменяется, и поэтому указанные особенности не позволяют использовать известный способ для эффективного управления процессом многопроходного шли ОФования.Цель изобретения - повышение качества и исключение пережогов поверхности в процессе многопроходного шлифования зубчатых колес. 25Поставленная цель достигается тем,что на каждом проходе при фиксированных режимах обработки выделяют сигнал, пропорциональный кинематическойпогрешности заготовки, и его максимальное значение используют для изменения режимов шлифования при последующем проходе, Сигнал, пропорциональный кинематической погрешности заготовки, выделяют как огибающую макаимальных значений виброакустическогосигнала на каждом зубе.На фиг. 1 показан характер изменения сигнала на первых 3-х проходахв функции времени; на Фиг, 2 - структурная схема устройства., реализующегоспособ,На Фиг. 1 кривой 1 показан характер изменения амплитуды сигнала, генерируемого инструментом и деталью,пришлифовании профиля одного зуба. Кривой 2 - характер изменения огибающеймаксимальных значений этих сигналовЛи, на первом проходе. Кривыми 3 и 4показаны огибающие сйгналов на второми третьем, проходах соответственно,Интервалы времени Т 1 Т 2, ТТ 4.,Тб ТЬ соответствуют продолжительности первого, второго и третьегопроходов. Заданный результат А ,присравнении с которым определяют сигналуправления Ьй, обозначен кривой 5.Характер изменения кривых (фиг. 1),обусловлен процессами происходящимив зоне резания. Трещины, структурныеизменения поверхностного слоя, выражающиеся в отпуске или вторичной закалке, короблении и других деформациях, являются результатом высокихтемператур, возникающих на поверхности шлифуемой детали. 65 Полная плотность теплового потока в процессе шлифования определяется тангенциальной составляющей силы ре- зания где М - общая тепловая мощность,выделяющаяся в зоне контакта;Б - площадь зоны контакта детали с кругом,Зависимость силы резания Р отрежимов шлифования может быть выражена эмпирической формулойР = с 15 ЧЧ,(2). с 1 б сГгде с с 6д - экспериментально подбираемые коэффициенты;глубина резания;Ч - скорость вращения;ЧкР - скорость круга.Известно также, что с увеличениемглубины шлифования и скорости продольной подачи тангенциаг,ьная составляющая силы резания растет почти линейно С увеличением глубины шлифованияодновременно происходит рост площадиконтакта. Обе эти величины определяютплотность теплового потока.При зубошлифовании глубина резания от зуба к зубу изменяется в соответствии с законом изменения кинематической погрешности заготовки на каждомпроходе. Из анализа формулы (2) следует, что сила Р в процессе зубошлифования также изменяется в соответствии с характером кинематической погрешности заготовки (так как зависитот глубины, а следовательно и от площади контакта детали с кругом). Причисле двойных ходов инструментальнойголовки порядка п = 200 дв. ход.минзначение силы резания в течение короткого времени (1 С 0,15 с) изменяетсяот нуля до максимума, т.е. взаимодействие инструмента с деталью носитударный характер, мерой которого может служить импульс силы. Эти импульсы возбуждают в системе СПИД (станок,приспособление, инструмент, деталь)акустические колебания, размах амплитуды которых определяется следующей формулой: импульс возмущающей силы;собственная частота осциллятора;масса осциллятора;коэффициент глубины модуляции, характеризующий относительное изменение амплитудыакустического сигнала за время между двумя смежными ударами,руется управляющий сигнал, соответствующий разности уставки 18 и макси мального значения кинематической погрешкости за первый проход.В течение второго прохода первыйблок 12 памяти запоминает максимапьное значение кинематической погреш ности эа этот проход, которое будетиспользоваться для сравнения с уставкой 18 в течение третьего прохода,В качестве примера для реализация способа управления процессом йногопро 65 .ходного зубошлифования производится,Информация о режимах резания содержится вогибающей сигнала,приэтом, 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), в процессе шлифования находят огибающую максимальных значений амплитуд сигналов на каждом зубе сравнивают ее максимальное значение с заданным результатом в соответствии с ФормулойЬА =А -дза виях 1Максимальное значение амплитуды сигнала, даже при неизвестной глубинев делениях лимба, свидетельствуето величине натяга в системе СПИД и,следовательно, по разности аА можно корректировать номинальное значение глубины подачи уже после первогопрохода. После окончания проходаноминальное значение глубины подачидля последующего прохода изменяют навеличину, пропорциональную значениюполученной разности, с учетом знака.В результате абсолютные значенияамплитуд сигналов во втором проходеувеличиваются, аразность ЬА 1 уменьшается, После третьего и последующихпроходов эта разность становитсяеще меньше, В результате режимы шли-.фования глубина) изменяются такимобразом, что их абсолютные значенияне могут быть большими номинальныхи, следовательно, исключается появление пережогов боковой поверхностизуба.Структураня схема устройства реализации способа (Фиг. 2) включает всебя 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 блоки12 и 13 памяти, второй ключ 14, третий ключ 15, схему 16 сравнения, аттенюатор 17, установку 18, исполнительный механизм 19, датчик 20 числапроходов, счетчик 21 числа проходов,дешифратор 22, блок 23 управления ключами,Схема управления работает следующим образом,Первым проходом цикла обработкидатчик 20 числа проходов через счетчик 21 числа проходов устанавливаетвторой выход дешифратора 22 в единичное состояние (высокий потенциал),которое воздействует на блок 23управления ключами, и тот своим пер.вым выходомпереводит ключ 15 в положение, когда на первый вход схем 1 бсравнения подается значение уставкй18, ослабленной аттенюатором 17 так что на выходе схемы 16 сравнения появ 5ляется сигнал управления, соответст-вующий облегченному режиму шлифования,исключающему пережоги обрабатываемой.детали. В то же время на первом выходе дешифратора 22 - низкийпотенциал высокий потенциал появля ется лишь при четных проходах), иблок 23 управления ключами воздейст.- вует на синхронно работающие ключи.11 и 14 таким образом, что выход блока 10 выделения максимальных значе ний кинематической погрешности соединяется со входом первого блока 12,а цепь управления выходами блоковпамяти (ключ 14) подключается к вы-ходу второго блока 13 памяти.В течение первого цикла обработкивиброакустический сигнал, генерируемый инструментом и деталью, преобразуется вибропреобразователем 7 вэлектрический сигнал, который усили вается усилителем 8. В блоке 9 выделения кинематической погрешности выделяется огибающая максимальных значений сигнала на каждом зубе и еемаксимальное значение за первый про ход выделяется блоком,10, котороезапоминается первым блоком 12 памяти.В паузе между первым и аторьм проходами цикла обработки на втором выходе дешифратора 22 появляется низ кий потенциал, который сохраняетсяв течение всего оставшегося времейицикла обработки. Блок 23 управленияключами своим выходом с помощью клю.ча 15 подключает на первый вход схе ьв 16 сравнения цепь управления выходами блоков памяти (ключ 14). Напервом выходе дешифратора 22 появляется высокий потенциал, второй выход блока. управления ключами 23 иэме няет состояние синхронно работающихключей 11 и 14 так, что выход блока10 выделения максимального значениякинематической погрешности подключается ко входу второго блока 13 па мяти, а выход первого блока 12 - кпервому входу схемы 16 сравнения. 1 аким образом, перед вторым проходомна выходе схемы 16 сравнения форж984811 шлифование шестерен с числом, зубьев 2 = 8, щ = 3,5 мь, из стали 20 ХНЗМВФ-Ш Н 1 С 60 - 64 на зубошлифовальном станке мод. 5831,Пьезоэлектрический датчик-акселерометр ИСустанавливается в переходной втулке ьа пиноли верхней бабки стойки изделия в вертикальном положении). Напряжение с выхода датчика усиливается и подается на вход шлейфового осциллографа Н 117/1. 10Исследование производится при шли фовании шестерен на режимах, предусмотренных технологией без какой-либо конструктивной доработки отдельных деталей станка, связанной с установ кой и измерением параметров виброакустического сигналаПрошлифованы три шестерни с биением зубчатого венца 0,15; 0,06 и 0,05 мм. Установлено, что максималь 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 1+1 Измепро- про- нение, ход, ход В Параметр.,мм30 Формула изобретения 35 0,06 0,02 66 Глубина, максимальный уровень сиг- нала 40 22 14 36 0,08 0,02 75 Глубинамаксимальный уровень сиг- нала 27 17 37 50 55 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Глубина, 0,1 0 06 40максимальный уровень сигнала 28 20 28 Для выявления помех записываетсясигнал в процессе работы станка начерновых режимах на холостом ходу.На осциллографной ленте отмечаютсялишь импульсы, соответствуЮщие повремени моменту исполнения движенияделения. Амплитуда указанных импульсов превышает высоту шумового фона(1,5-2 мм) на 1 - 2 мм и поэтомуони не могут повлиять на формирование управляемого сигнала,В таблице представлена глубинашлифования, устанавливаемая по лимбу,поэтому нельзя учесть как фактическую глубину, так и натяг в системеСПИД при шлифовании данного зуба,.однако из полученных результатоз видно, что уровень сигнала пропорционален глубине резания,Таким образом, предлагаемый способ управления процессом многопроходного зубошлифбвания, по сравнению сизвестными, позволяет определить максимальное значение амплитуды сигналав момент шлифования отдельных зубьев,найти огибающую этих амплитуд накаждом проходе, сравнить максимальное значение огибающей с заданнымрезультатом, определить сигнал управления и произвести корректировкуноминального значения глубины резания для последующего прохода на величину, пропорциональную сигналу управления, Отсутствие помех способствуетповышению точности определения управляющего сигнала. В момент врезания напервом проходе фактическую глубинурезания можно наблюдать по показывающему прибору.Все это способствует повышению точ.ности установки оптимальных режимоврезания и, как следствие, повышениюкачества 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 СССРМ 312686, кл. В 23 В 49/00, 1975.2. Марков Н.Н, Зубоизмерительныеприборы, М., "Машиностроение", 1965,с. 157-158.984811 Составитель В. АлексеенкоВласенко Техред А,Бабинец Корректор Н. Бурякое 4 л, Проект илиал ППП фПатент", г. Уж РедактоЗаказ 1 О/20 Тираж 750 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 3035, Москва, Ж, Раушс