Способ управления упругими перемещениями при шлифовании

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Горбунов, В. А. Оркого п я станки, иностроеОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Муромский филиал Владимирлитехнического института(54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УПРУГИМИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯМИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ, при котором в процессе шлифования измеряют фактические перемещения шпинделя, сравнивают их с заданными и сообщают шпинделю корректирующие перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности процесса шлифования путем использования инерционных центробежных сил, берут шлифовальный круг, часть абразивной внутренней поверхности которого снабжена емкостью для СОЖ, при этом СОЖ подают в емкость в момент нахождения ее напротив зоны шлифования.Изоорстсци(. Относитс 51 и м(тд;лоООрд. ботке шлифованием.Известен способ управления упруими перемещения в технологической системе станок -- приспособление ицсгрумсп - деталь (СПИД), основанный ца измерении упругих деформаций ( перемещений) в СПИД, сравнении фактических перемещений с заданными. При отклонении фактических перемещений от заданных осуцсствляют подцастройку системь (внос 1 Г поп рдв к в размер статической или динамической настройки системы СПИД) .Однако известный способ управления упругими псремсцениями хардктсризуегс сложностью его реализации Тдк для Внесения поправки в систему нсоб.одимо иметь специальныс сравнительно сложные движители и осуцествлять дополнительную модернизацию технологической системы, например заднюю оабку круглошлифовдльцого сгдцкд С,ЕЛ (.Т )С Гс 131 с Б,:1 БсТЬ Нс ОСИ;Г ВОЗ М ОЖ 1 0 сти ее поворота при Бнссси 1 попрдки и др. Кроме того, лля внесения поправок требуется преодолевать большие силы, соизмеримыс с с ил а м и р е 3 д и Р 5 .Цель изоорстсцця повыцсцис ГочИ)сти процесса ис 1 фовдци 51 п гсм исиользодц инерционных 1 нтробежцьх сил.ПОстд.1 с 1 а цс,ь,остис 3(.тс 5 тес, сто СОГГаСНО С ПОСОО,ЦР 3 .1(ЦИ 51 с И РМ И 1 СРС мецсциями в цр(щссс( илифо;ни изм(.р- К)Т ф с 1 К Т Ч Е С К И Е П С Р С М С Ц 11 И 5ПИ Ц,1 ., 1, С ) с 1- внивак)т их с зд,дццыми и со)бпдкп ;Ив ЛСЛ Ю Нор ректрс ОПИ( ц(,)(М(иС 3 Ия. 6(р,Н 1 Г И ф 0 с 3 Г Ь Ы И К Р, Ч с 1 . Т Ь Д 0 Р с .3:11 Ц 0 И 13 Ц с. РЕНЦЕй 10 СРХЦО(ти КОТОРОГО Саоск 11; (,1- костьк)153 СО,К, к)тор О цо 11) Г з , смкост 3 момс т акожл(и (с прот зо н ы пл и (1) 0 3 и и и 51 .НД Г.ИЗООРс 3 ЖСЦ (МД 1,111")с 3:11153 ЕрИф(.рИС.Й Кртс ( т С 1 с 1)13 К 11 ЛС 3".Ч 31 С( ДЛ 53 РСГСТРДЦ И Р 1 ЗМС ЦСНИ с 111 с ,1(Р1 С- цС 11,Ифовд,ЬИО 0 Крс ; 0 К;ЧТ(Ь; Обзаб;т 11 ссо 1 лстс;и; цс )1. ) Ол)к СХЕМ ИСГ(.)11 13 ТОМ(1 Т 1 ЕСКОЦ); ,1(Ц 51 ( Зс с) ) М 1 1 Р1М И1 С Р ( )1 С 11( 1 1 11 5М 1; 1 ф И. , ) -- ссссА-." цфи. 1; цд фи 1 ссчси 1)-1 ц; фи,): цд фиг 0 и, 1 и И,), фи 6 - узел 1 цд фиг ).11 с кр) 1,10 С и фоБдл ьном слГц к( 3 про;( с Р 6(с Ьи,с) с 1 ли 1 ли(О 3;1 л,цьм к); гом 2 Бозц и кают силы рс:31 ц 151, к горыс ВЫЗЪаОТПруИ(. Персс(ЧИС 115: К) 1(1 И летали, измсцякцисся . Гсчцисм рсмсц; 1 ЛИфоВсНИ 51 ПО МЦОГ 11 М Р 111 сс, 1 сК, а. пример, вследствие зтмцлсци и,ифоа,- ного круга 1 срдвц:срцс п Г 3( д 11 и црипуска детали рдзличцык сстках и т. и.Упругие перемещения рс, исгр 1 р) 0 ГС 1 Биброгенераторным датчиком 3, наример, ВГД. Сигнал от лдт 1 кс 1,) пост пасг и. сравнивдюцее устройст 0 1, Осцрици",дю- иЕЕ таКжЕ СИГНаЛ От ЗДЛДГсИКД 5. БЫХ 0,срдцидкпцс 0 сгройства соединен с усиц:г(,п м , сигнал От которого поступает цд р( и;,у(,ый;россель 7. Дроссель в ЗДР)ИСИ 10 СТ 0 БЕЛсИНЫ И ЗНаКа ПОДаННОГО(д с 0 з,счлричсского сигдла регулирует рд( ход (,ОЖ. ц д рд 3,Смой к внутр(ней нверхксти 8 с(прного шлифовдльного кр;д 2Ко С 1 р М К ц И 53 С 60 р Н 0 Го с 0 ) д 3 И 13 Н 0 Г 0 К р Мгд 2, и(ы 0,кцая управлять упруги.и перс 1(пениями систс",ы СПИДпомопью инерционных сил, состоит из корпуса 9, выиогш(1 Ного илс посало- .: втулки и перифсри Й иых ц роло,ь о.сГсржнеЙ 1. ПО 00 разукпцим стержнейВыполнены пролольцыс щели 1 и 2. Стержни 1( Ооразуктся после фрезсровдция в корисе 9 про;Ольцы;:;3:30 в, к)орые затем вставктс 51 абразивные сементы 1). Б щели 11 ВТДБ(1( Ц 1 С ЦсТ 5 ГОМ РДЛИ с 11 ЬН ЬЕ ЦГ 1 с)СТИ НЫ 4, 06;)с 1.)к)1 с,исс меж,) с 060 Й;)дзд(,1 нные 70 .р г ) г лрд (мкости 5 лля рдзме енияС.ОЖ.р 60 црВО;ь 1( и 17, Грс;1 азцс 3 ченЦ 1 С;Л 51 П,с 1 СО/сс, 31 Т РЬ К Р сГс 1, с СТа.0 л(иы и, лом )1) Лрг к друг При:, 7рсп и;1 зон, и0 ани). (ОЖ из 06,см 13 ( . 9 поступ(10 в зон рсания ЦСЦ 0.РС;(113( 1 ОСсП(СТВЛ 53 СМс:30 НОЕ, Окдс/1,сКЦ .;сОКЦ ЛЕНТВИ(.Уцрс 13.Р ИС, цр, ГИ,:И Срс)ещЕНИяМИ 55 в Сстем. С 111,1 с 1:моп к прсдлад(5 могоспособ Осщ с, , сО с,слмОН 1 м образом,величина размера динамической настройки) в виде опорного напряжения и подаетсяв сравнивающее устройство 4. Датчик 3, измеряя фактическую величину размера динамической настройки (фактическую величину упругих деформаций в системе), посылает также электрические сигналы всравнивающее устройство 4. После сопоставления заданной и фактической величинразмера динамической настройки сравнивающее устройство 4 выдает знак и величину 10н Оотклонения размера динамическои настроики,которое, пройдя усилитель, поступает в исполнительное устройство 7 (регулируемый дроссель), изменяющее расход СОЖ, направляемый в емкости 15 сборного круга 2. Увеличение или уменьшение количества СОЖ, поступающей в емкости 15, приводит к изменению величин неуравновешенных центробежных сил, действующих на ось шпинделя, которые упруго перемещают ось шпинделя с кругом на деталь или от детали, стабилизируя тем самым упругие перемещения (размер динамической настройки) в системе СПИД, т, е. приводя их к заданным.Пусть имеется какое-то исходное состояние технологической системы СПИД, при котором осуществляется процесс шлифования с подачей СОЖ через круг в зону резания, и величины заданных задатчиком 5 упругих деформаций составляют У и У соответственно по осям координат. В процессе шлифования происходит затупление круга и другие явления, в результате чего силы резания Р, и Р получают приращение ЬРу и Л Р соответственно. Приращения Л Ру и ЛР приводят к вознипновению дополнительных упругих перемещений в системе, величина которых определяется по формуламЛУ= - .и Л У=У",Агде 1 - жесткость системы инструмент -деталь в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно.Поскольку порядок компенсации дополнительных упругих деформаций по осям У и 2 аналогичен, то в дальнейшем рассмотрим компенсацию только по оси У . Фактические упругие перемещения (у+ Ьу) фиксируются датчиком 3 и подаются в сравнивающее устройство 4. На выходе сравнивающего устройства 4 имеется сигнал, пропорциональный вличине д у, который усиливается в усилителе 6 до значения, пропорционального К Л У (К - коэффициент усиления). Величина напряжения, пропорциональ ная значению К дУ, поступает на соленоидегулируемого дросселя 7 (например, игольчатого дросселя), который в зависимости от величины напряжения перемешает иголку дросселя 7 в направлении уменьшения или увеличения проходной щели, Это приводит к увеличению или уменьшению количества 152025303540455055 СОЖ, поступающей в емкости 18 - 20, а следовательно, к уменьшению или увеличению инерционных центробежных сил Р, + Р=ф 1 и Я, что приводит к упругому перемещению оси шпинделя с шлифованным кругом, компенсируя возникшее отклонение Ьт.Количество СОЖ, необходимое для компенсации А у, определяется расчетным путем. Находим приращение силы ЛРу, вызвавшей дополнительное упругое перемещение Лу,ЬР =дУ 1, д у - зарегистрировано датчиком, а жесткость известна из данных станка. Находим вектор неуравновешенной центробежной силы, необходимый для компенсации вектора Л Р, из равенства Ь Р -- = - Я . По известному вектору Я частоте вращения сборного круга и размерам емкости 15 находим массу гпСОЖ, которую необходимо подать внутрь круга для устранения перемещения сХ У. а 1 дРт р - ф р )где Ъ- - циклическая частота вращенияинструмента;- радиус, на котором расположенцентр масс СОЖ, размещеннойв емкости 15.Если СОЖ наливается одновременно вдве соседние емкости 18 и 19 (фнг. 3), точисленное значение масс т, и т определитсяпо формулеР,хр,Юпричем Р, +Р=Я )р р - радиус, на котором Расположенцентр масс СОЖ, размещеннойв емкостях 19 и 18 соответственно.Аналогично можно компенсировать и упругие перемещения по оси Х, при этом, Яь 1 ь Ъ; аРк ьЕ й,ьр тхай)зно для этого нужно иметь два трубопровода 16 и 17, два дросселя 7 и два комплекта приборов, изображенных на фиг. 2.Учитывая, что упругие перемещения в системе СПИД в направлении оси Х несущественно влияют на погрешности обработки, для повышения точности обработки следует прежде всего осуществлять управление упругими перемещениями в направлении оси У, а в направлении оси 2 их не стабилизировать.Пример. Предположи м, что с ила реза ни я Рпри шлифовании кругом наружного диаметра 0=500 мм, высотой абразивного слоя Н =100 мм, марка абразива 24 А 16 ПСМ 26 К 5 Б составляет 500 Н, а величина бР может доходить до 50% от силы Ру, т. е. до 250 Н. Учитывая износ шлифовального круга на13 наружного диаметра круга, получаем минимально допустимый рабочий диаметр какРрд = Р - 1 Р =330 мм,Следовательно, максимальный наружныйдиаметр корпуса 9 можно принять равным1 ПахО =320 мм. С учетом прочности хвостовика сегментов 13 наибольший диаметр внутренней полости 15 Р, =-290 мм. Длина дугиокружности, ограничивающей основаниеемкости 15, равна Р =К:147 мм, гдеК, = 5 мм - толщина пластины.Высоту пластины 14 в радиальном направлении принимаем равной 1 О мм, тогдаминимальный диаметр пластин 14 равенРв -- Р, - 2 10 =270 мм. Длина дуги окружности диаметром 0, ограничивающая локализованные емкости 15, определяется,с --- К=136 мм.Объем емкости 15Ъ;: ," Н( - =, )= 1 В,5 с,Масса СОЖ, размещаемая в одной емкости 15, равна гл =3 Ч =141,5 г.Находим частоту Х вращения круга,исходя из скорости резания, равной 50 мс.60 ОООНур Ч 910 обем и н;Ъ= - " =200 СЧисленное значение вектора 1 ЬРУ в Я 1,которое можно скомпенсировать, определится как)дР= 1 ф =вр - ъО+Р 800 Н Максимальные упругие перемещения,которые можно скомпенсировать предлагаемым способом при 1 =50 Н/мкм, составляютЛУ=- -16 мкм.1 ьЯг.сл и и необходимо компенсировать зна чения Ь у 16 мкм, то следует увеличить объем локализованных емкостей 18 - 20 путем 10 увеличения радиальной высоты пластин 4.Выполненные расчеты показывают, чтоколичества СОЖ, размс,.асмой в емкости, достаточно не только для компенсации приращения силы ЛРу, но и компенсации сил Р и Р, а следовательно, и упругих перемещений, вызванных этими силами. Это свидетельствует о возможности реализации способа.Грсимушество предлагаемого способасостоит в том, что значительные силы, с помощью которых осуществляется управление упругими перемещениями системы, создаются не специальными движителями, а вращением инструмента на рабочей частоте. Это 25 позволяет избежать применения специального силового органа для компенсации отклонений упругих перемещений системы от заданных перемещений, избежать модернизации оборудования, т. е. снизить трудоемкость создания САУ, при обеспечении необходи мых точностных параметров процесса шлифования.