Способ автоматического управления процессом обработки сферических поверхностей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 80149699 А 24 В 13/ 151) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСНОМУ ЕТЕЛЬСТВУ И.П,филонов рофимчук и Р 621.941 (088 Авторское с 4581, кл. В ок, ич идетельство СССР24 В 13/00, 1986,ерических поверхти применение венности на станквлением. Цель из ями; на фиг, 2 -ности деталиетали, на фиг. 3 -поверхностей; ческие пояса окружнос схема разбиения повер на сферические пояса геометрия сопряженных а схема разбиеумента на сфери ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯПРИ ГКНТ. СССР(71) Белорусский политехнический институт(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ(57) Изобретение относится к технологии обработки сфностей и может найоптической промьппл ах с программным упра обИзобретение относится к обработке сферических поверхностей и может найти применение в оптической промышленности для обработки линз, а также для обработки сферических поверхностей, связанных со стержнем, в частности сферических кинематических пар манипуляторов и шаров большого диаметра.Целью изобретения является повьппение производительности и качества обработки за счет рационального использования алмазного или полировалвного инструмента и повьппения его размерной стойкости.На фиг, 1 изображен%ния поверхности инстр ретения - повышение производительности и качества обработки за счетрационального использования алмазногоили полировального инструмента иповышения его размерной стойкости.Определяют закон изменения угловойскорости вращения верхнего звена(инструмент) в процессе всего циклаобработки с учетом роста фактической площади контакта во времени ирасположения его относительно нижнего (деталь) . По сигналу рассогласования действительной частоты вращения инструмента в сравнении с расчетной изменяют силу прижима. Силуприжима увеличивают, если действительная угловая скорость меньше расчетной, и уменьшают, если она больше. 7 ил. на фиг. 4 - схема, позволяющая определить количество точек пересечения и касания верхнего и нижнего звеньев на фиг. 5 - схема расположения осей естественных трехгранников Френе; на фиг, 6 - вид А на фиг, 5; на фиг, 7 - расчетная угловая скорость верхнего звена за время обработки,Предлагаемый способ заключается в том, что обрабатываемую поверхность детали и рабочую часть инструмента разбивают на окружности с центрами, совпадающими с их осями3 14969 вращения (см. фиг. 1 и 2). Для инструмента 1 эта разбивка производится по формулам г= сс ф з 1 п ( Л + с; ); 1=1, 2, , и; Р; =18 где Ксф - радиус сферической поверхности;Д - угол между осями вращениядетали 2 и инструмента 1;п - число всех окружностей инструмента; 15сг - шаг по углу, причем с выбирается таким образом, чтоокружности касаются и пересекаются в соответствующихточках. гоРадиусы концентрических окружностей на обрабатываемой поверхности детали 2 определяются формуламисФ з 1 пэ , (2,3) 25.1=1,2, ,щ; д.=8 Такое .разбиение сопряженных сферических поверхностей позволяет выделить сопряженные точки (11) как 3 О точки пересечения соответствущцих окружностей (см. фиг. 3).Конечным результатом способа является изменение величины силы прижима в соответствии с угловой скоростью 5 вращения верхнего звена (инструмента) из условия контактирования сопряженных поверхностей.При обработке методом свободного притира скорость вращения верхнего 40 звена (инструмента) изменяется как в процессе приработки, связанной с увеличением площади фактического контакта, таки в связи с изменением Угла а к междУ осью вРащениЯ де тали (нижнего звена) и осью вращения инструмента, Силами, вызывающими вращение инструмента вокруг оси симметрии, являются силы трения в зоне контакта инструмента и детали.Для определения зависимости угловой скорости вращения верхнего звена от сил трения в зоне контакта при обработке оптических деталей метОДОм сВОбОДнОГО притира Воспользу 55 емся соотношением- приведенный момент инерции;ув - угловая скорость звенаприведения (в данном случае это верхнее звено);время обработки;- угол поворота звена привведения;(Мдв)- приведенный момент движущих сил верхнего звеВна;(М ) - приведенный момент силсопротивления верхнегозвена.Из рассмотрения физических явлений, происходящих в зоне контакта верхнего и нижнего звеньев, следует, что Иэ условия сохранения кинетической энергии с учетом нежесткой связи верхнего и нижнего звеньев имвет место равенство2 Яс"в ив Чв1 - -=1- - -+щ2 в 2 в 2 ф 1 = 1 + щ 2Чв(5) где 18 - момент инерции верхнегозвена;Ч в - линейная скорость поступательного движения верхнего звена.Производииую приведенного момента инерции вычислим по формуле 1 1 11с 1 Чв с" вТогда, дифференцируя равенство (5)по времени, имеем й 1 сЬ 28 Чв Чд с 1 Чв+ -- = (М ) - (М ) (4)сй 7 с 1 сВ - ьв с э щвЧв=С,22 с 1В Ввв в в Чв ЙЧвМдв Мгр - Мс 2 - щ вс" в1496991 ляется выражением йесад к 15 1 выьв - ЩВУ В35 40 Окончательное уравнение для определения угловой скорости верхнего звена имеет вид Мвв-М -М - 2 ф щ Й 2 йув вв Р с ув 8вс" в швовпричем из условия протекания процесса обработки методом свободного притира удобнее это записать в виде зада 10 чи Коши в в в Чь с 17 вд Мв Мтр-МС-щв-,1 Для реализации способа автомати" ческого управления процессом обработки сферических поверхностей рассмотрим определение входящих в (7) величин, которые зависят как от степени приработки, так и от взаимного расположенияия,Пусть верхнее звено имеет диаметр 08, тогда максимальный угол верхнего звена равен Для нижнего звена, соответственно,где Р и - диаметр нижнего звена,Шаг разбиения окружностей определим из условия, что на нижнем звене щ окружностей. Тогда Здесь квадратные скобки указывают целую часть выражения. В соответст вии с этим шагом на верхнем звене и окружностей:=-)С учетом угла Ф можно записать, чт.о йк = азсср, 1 с 1 с сщ, еслиучесть, что ось инструмента при обработке почти не выходит за край детали, но последнее ограничение55 не нарушает общности; щ - . число пересечений и касаний 1-й окружности нижнего звена с окружностями верхнего звена. Из фиг. 4 видно, что для третьей окружности нижнего звенащ = 7. Тогда число всех пересече 3ний нижнего звена с верхним опреде;) щ1 с 1где щ - число всех окружностеи нижнего звена;и - число пересечений и касаний1д-й окружности верхнего звена с окружностями нижнегозвена.тДля третьей окружности верхнего звена и =9. Число всех точек пересечения верхнего звена с нижним равно где и - число всех окружностей верхнего звена.Очевидно, что в любой момент времени обработки должно выполняться ра- венство а 1 вщ = Е и; = Бкр, 3где Б - число всех точек .пересечекьния окружностей верхнего и нижнего звеньевДля заданного значения Лк-" 1 Ф при условии, что определено и, числа точек -й окружности Б; к определяется равенством 4 ппи(д,1 с), 1 с 14 ппи(и,щх),Б, = 4 щ 1 и(1,1 с)-1+2 Г 1-(щ-с+1)33 (8) щ - 1 с+ 1 д и.Зависимость (8) позволяет определитьБ , а именнои Момент сил сопротивления верхнего звена есть сумма моментов сил сопротивления в каждой рассматриваемой точке, т.е. В РЙМе(к)сФ Е 81 и У Б. (9)Б кп;с 1 где Р - сила прижима;Е - коэффициент трения в зонеконтакта.Для определения момента сил, движущих верхнее звено, рассмотрим проРГ, 1 акцию силы трения 1 Р 1=: - , направ- Бкю149 б 991 я 1 п (г 1, Г ) = сов (г К ),уленной по осиестественного трехгранниками Френе (см. фиг. 5 и б), на ось Г, трехгранника Г;р; , имеющих общее начало. Так как М;=г;Р 1, то величина момента сил трения в точке д (см. фиг. 5) определяется ра- венством По теореме косинусов ОО, - (Ксф- Ь.)2 + (К 3),)л 2(Кс -Ь)(Кс-Ь;) СОЯДк и1 ОлО;0 = К + г,. - 2 К г;сов(г К ),Отсюда1 Й; = 1 г;1 ГГ я 1 п (г;, Г ). Но, с другой стороны,З 1 П Д +В 1 П О";-СОВ Д -СОВУ;+2 СОВВ 1 СОВ а кСОяс";Г ф .йл 11 2 в 1 п Д . я 1 п 1Рассмотрев все точки пересечения 20 него звена, получим, что момент сил, в.пространстве 1-х окружностей ниж- движущих верхнее звено, определяется него звена с 1-ми окружностями верх- зависимостями: мнн (и,)- ЦИ (,д) =: - Кф ю вхп)Ф(сов); )+В к)пСОВ фСОЗ Р сов /3;1, 11 + соя 3 1 +1,1 = 2, 1 ) 1 с Значение М оценивается приближенно или определяется эксперимен тально. Все остальные величины, входящие в систему (7), известны. Таким образом, повышение размерной стойкости инструмента и равномерности износа обрабатываемой поверхности достигается при обеспечении прилагаемого усилия к верхнему звену в соответствии с угловой скоростью верхнего звена. 55Решение задачи (7) позволяет определить зависимость ы я как от степени приработки (иэменение величин М , М , М ) угла д к между осью вращения инструмента (верхнеезвено) и осью вращения детали (верхнее звено), так и в условиях полнойприработки, когда формирование поверхности происходит притертым инструментом.Таким образом, система уравнений(7) - (10) позволяет установить взаимосвязь силовых и кинематическиххарактеристик процесса формообразования поверхностей оптических деталей методом свободного притира.,Формула и э обре т е н и яСпособ автоматического управления,процессом обработки сферических поверхностей, при котором на первомэтапе обработку осуществляют с минимальной силой прижима вращаюцегося инструмента, на втором - с максимальной силой прижима и на третьемвновь с минимальной силой прижима,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что;с целью повышения производительностии качества обработанной поверхности, измеряют частоту вращенияинструмента в процессе всего циклаобработки, сравнивают с расчетной 5и по сигналу рассогласования междуними изменяют силу прижима, при этомв случае превышения частотой вращения ее расчетного значения силу прижима увеличивают.1496991Составитель А.Семеноваедактор И.Рыбченко Техред М.Ходаннч Корректор О.Кравцо Заказ 4379/18 Тираж 662 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10