СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КРУГЛОГО ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК B24B1/00 

Изобретение относится к механической обработке и может быть использовано при круглом шлифовании точных деталей.

Известны аналогичные способы управления процессом круглого шлифования (а.с. 1274906, БИ, 15, 86; И.М. Буюкли. Способ шлифования; а.с. 1389993, БИ, 15, 88; B 24 B 1/00, А.В. Королев, А.Ф. Гущин, Е.Н. Гулецкий. Способ шлифования), в которых отношение численных величин частот вращения шлифовального круга и заготовки берут дробным, что позволяет повысить качество обрабатываемых поверхностей. Аналогичные способы управления имеют недостаток, т.к. не позволяют обеспечить при шлифовании допустимый уровень высоты волнистости.

В качестве прототипа наиболее близко по своей технической сущности подходит способ управления процессом круглого шлифования (а.с. 1389993, БИ, 15, 88; B 24 B 1/00, А.В. Королев, А.Ф. Гущин, Е.Н. Гулецкий. Способ шлифования), при котором шлифовальному кругу и заготовке сообщают вращение и выбирают соотношение их частот вращения в виде неправильной дроби. Это позволяет повысить качество шлифуемой поверхности, в частности, высоту шероховатости. Однако способ-прототип имеет и недостаток в виде ограниченных технологических возможностей, в частности, в области обеспечения возможности уменьшения высоты волнистости, т.к. не учитывает конкретный уровень упругих перемещений, а изменение соотношения частот вращения производят в узкой численной области - при знаменателе дроби, не большем числа "десять".

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе управления процессом круглого шлифования, включающем вращение шлифовального круга и заготовки, черновую, чистовую и нулевую подачи шлифовального круга на врезание при выхаживании, установку соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки в виде неправильной дроби, а величину дробной части этого соотношения устанавливают из заданного ряда чисел, измеряют время шлифования, упругие перемещения шлифовального круга и заготовки, при чистовой и нулевой подачах на врезание при выхаживании изменяют соотношение частот вращения шлифовального круга и заготовки, знаменатель которого определяют из условия

числитель устанавливают некратным и не имеющим общего делителя со знаменателем, а время шлифования при измененном соотношении частот устанавливают из условия

где Зн - знаменатель соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки,
K - коэффициент, учитывающий условия шлифования, равный 2,0,
W_z - допустимая высота волнистости на шлифованной поверхности, мкм,
t_ш - время шлифования после изменения соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки, с,
n_з - частота вращения заготовки при черновой подаче на врезание, мин^-1,
А - размах относительных упругих перемещений шлифовального круга и заготовки, мкм.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ отличен от способа-прототипа тем, что введены новые операции - определение времени шлифования, измерение упругих перемещений шлифовального круга и заготовки, введение в вычислительное устройство величины допустимой высоты волнистости, а вычисление и отрабатывание величины соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки и времени выхаживания выполняют по-иному, согласно предложенных зависимостей. Становится возможным решить техническую задачу уменьшения высоты волнистости при одновременном повышении производительности.

Заявляемый способ обладает новыми признаками, которых нет в известных способах управления, а именно он позволяет уменьшить высоту волнистости и время выхаживания за счет определения и обеспечения соответствующего соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки в зависимости от допустимой волнистости и уровня упругих перемещений шлифовального круга и заготовки. Следовательно, эти признаки являются существенными. Кроме того, становится возможным техническое нормирование при шлифовании точных деталей.

В графических материалах заявки содержатся: фиг. 1 - схема образования волнистой шлифуемой поверхности; фиг. 2 - блок-схема устройства для осуществления способа управления; фиг. 3 - график определения части знаменателя соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки.

Шлифовальный круг I (ШК) имеет возможность совершать главное рабочее движение Д_г - вращение с окружной скоростью V_к, частотой вращения n_k и совершать под действием, например, неуравновешенной центробежной силы упругие перемещения. Заготовка 2 имеет возможность совершать рабочее вспомогательное движение Д_в1 - вращение с окружной скоростью V_з, частотой вращения n_з. Шлифовальный круг 1 также имеет возможность совершать второе рабочее вспомогательное движение Д_в2 - подачу на врезание (черновую, чистовую и нулевую - при выхаживании). Заготовка также имеет возможность совершать упругие перемещения под действием, в частности, своей неуравновешенности. В итоге ШК 1 и заготовка 2 имеют упругие перемещения друг относительно друга с размером А. Соотношение частот вращения ШК 1 и заготовки 2 представляет собой неправильную дробь

где Чис - числитель, Зн - знаменатель.

При этом численное значение знаменателя Зн означает количество оборотов заготовки 2, которое она должна совершить, чтобы на шлифуемой поверхности во время выхаживания установилась волнистость с числом волн, равным численному значению числителя.

После первого оборота заготовки 2 может образоваться профиль 3 шлифуемой поверхности, показанный сплошной линией (фиг. 1). После дальнейших оборотов заготовки 2 с выбранным соотношением частот n_к/n_з образуются новые профили 4 (пунктирная линия), накладывающиеся друг на друга. В конце концов после количества оборотов заготовки, равного Зн, на обработанной поверхности остается сформировавшаяся волнистость с высотой W_z и числом волн, равным Чис. С увеличением числа волн уменьшается высота W₂ волнистости. Следовательно, в этом смысле выгодно увеличивать число Зн. Однако придется увеличить время t_ш шлифования, что невыгодно с позиций производительности. Возникает задача оптимизации. Особенность волнообразования при шлифовании врезанием состоит в том, что как только отношение n_к/n_з станет целым числом, процесс уменьшения волн прекратится и при продолжении подачи на врезание высота волнистости резко увеличится, приближаясь к двойной амплитуде (размаху) упругих перемещений. Следовательно, целочисленное отношение недопустимо. Поскольку при этом остаточная высота W_z волнистости зависит от размаха A упругих перемещений ШК 1 относительно заготовки 2, то величину знаменателя Зн определяют, исходя из требуемой по техническим условиям высоты W₂ волнистости по формуле

где K - коэффициент, зависящий от условий шлифования,
W_z - допустимая высота волнистости, которую следует обеспечить на шлифуемой поверхности, мкм,
A - размах относительных упругих перемещений ШК и заготовки, мкм.

Время шлифования, оставшееся для окончания формирования волнистого профиля на шлифовальной поверхности, выбирают по формуле

где n_з - частота вращения заготовки на этапе шлифования с черновой подачей на врезание (до изменения отношения частот вращения), 1/мин.

Технологическая система ЗИПС содержит заготовку, инструмент - шлифовальный круг; приспособление, например, центра и поводковое устройство; станок, например, круглошлифовальный центровый станок с передней и задней бабками, условно не показанными. Устройство для управления содержит датчик 5 частоты вращения заготовки 2, датчик 6 упругих перемещений заготовки 2, датчик 7 частоты вращения шлифовального круга, датчик 8 упругих перемещений ШК, усилитель с фильтром 9 низких частот упругих перемещений заготовки 2, усилитель с фильтром 10 низких частот упругих перемещений ШК 1, сумматор 11, вычислительное устройство 12, счетчик времени 13, задатчик 14 допустимой высоты волнистости, задатчик 15 времени, управляющее устройство 16, входное устройство 17, преобразователь 18.

Выбор соотношения n_к/n_з и обработку его при шлифовании производят на основе информации об упругих перемещениях ШК 1 и заготовки 2, частотах вращения их и времени шлифования, поступающей от датчиков 5, 6, 7, 8 и счетчика 13 времени. Через фильтры 9, 10 низких частот, задатчик 15 времени, сумматор 11 информация поступает в вычислительное устройство 12, сигнал с которого через элементы 16-18 управляющей цепи изменяет частоту вращения заготовки 2.

Способ управления процессом круглого шлифования в динамике. Упругие перемещения ШК 1, возникающие вследствие, например, неуравновешенности ШК, фиксируются датчиком 8. Сигнал с него через усилитель и фильтр 10 низких частот поступает на сумматор 11, на который одновременно поступает сигнал с датчика 6 упругих перемещений заготовки 2 через свой усилитель и фильтр 9 низких частот. Сумматор 11 выдает сигнал об размахе A относительных упругих перемещений ШК 1 и заготовки 2 на вычислительное устройство 12, на которое подаются сигналы со счетчика 13 времени шлифования и с датчиков 5 и 7 частот вращения заготовки 2 и ШК 1 соответственно. По сигналу от задатчика 14 допустимой высоты волнистости, которую выбирают из технических требований на обрабатываемую деталь, вычислительным устройством определяется необходимое соотношение n_к/n_з и время t_ш шлифования. По команде от цепи элементов 13, 15 времени шлифования срабатывает вычислительное устройство 12 и выдает сигнал в управляющее устройство 16, который через входное устройство 17 и преобразователь 18 поступает на электропривод заготовки 2. Это происходит примерно в середине этапа шлифования на чистовой подаче. Соотношение n_к/n_з изменяется незначительно, но так, что величиной его знаменателя Зн обеспечивается количество оборотов заготовки 2, в течение которого происходит непрерывный сдвиг профилей волнистой поверхности до тех пор, пока не будет обеспечен заданный уровень высоты W_z волнистости. По прошествии найденного времени t_ш шлифования от управляющего устройства 16 выключаются рабочие движения. ШК отходит в радикальном направлении от заготовки 2. Вращение заготовки 2 прекращается и ее снимают со станка.

Пример реализации способа управления процессом круглого шлифования. Требуется обработать деталь класса "кольцо" из стали ШХ15 твердостью HRC_э 60 - 64 с максимально допустимой высотой волнистости 0,2 мкм. Обработка заготовки запланирована на круглошлифовальном станке ЗА151, оснащенном системой управления, описанной выше. Выбирают режим шлифования в цикле с черновой, чистовой подачами и с выхаживанием с нулевой подачей на врезание: n_к = 1400 1/мин при n_к/n_з = 3,1= 3,1/10, n_з = 451,6 1/мин. Средний уровень упругих перемещений шлифовального круга относительно заготовки равен по максимальному размаху A = 5 мкм. Определяют отношение допустимой высоты W_z волнистости к размаху A упругих перемещений. Оно равно 0,04. Определяют величину B с помощью вычислительного устройства либо посредством графика (фиг. 3). Она примерно равна 11. Определяют на основе опытных данных коэффициент K = 2. По формуле (2) определяют численное значение знаменателя Зн = 22. Тогда числитель равен Чис = 68,2. Если принять 68, то у числителя и знаменателя появляется общий делитель - 2. Принимают величину числителя, равной 69. Определяют время t_ш шлифования с конца этапа чистовой подаче до окончания выхаживания по формуле (3). Оно равно t_ш = 2,92 с. Принимают 4 с. В соответствии с описанной выше последовательностью работы системы управления после сообщения заготовке и поддержания до конца шлифования новой частоты вращения 446,3 1/мин (в соответствии с соотношением частот 69/22) прошлифованный волнистый профиль сдвигается относительно предыдущего. После 22 оборотов заготовки шлифование автоматически прекращается, заготовку снимают. На шлифованной поверхности остается волнистость с высотой не более 0,2 мкм.

Заявляемый способ управления может быть использована и при внутреннем и бесцентровом шлифовании. Он позволяет повысить производительность и уменьшить высоту волнистости, а также выполнять нормирование шлифовальной операции.

Область использования: чистовая и отделочная обработка шлифованием точных деталей. Технический результат - повышение качества шлифования. Согласно изобретению измеряют время шлифования, упругие перемещения шлифовального круга и заготовки, определяют и изменяют при чистовой и нулевой подаче на врезание соотношение частот вращения шлифовального круга и заготовки. Знаменатель соотношения вычисляют по предложенной зависимости от допустимой высоты волнистости на шлифованной поверхности и размаха упругих перемещений шлифовального круга относительно заготовки. Определяют и отрабатывают время шлифования при измененном соотношении по предложенной зависимости от величины знаменателя и частоты вращения заготовки на этапе черновой подачи. 3 ил.

Способ управления процессом круглого шлифования, включающий вращение шлифовального круга и заготовки, черновую, чистовую и нулевую подачи шлифовального круга на врезание при выхаживании, установку соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки в виде неправильной дроби, а величину дробной части этого соотношения устанавливают из заданного ряда чисел, отличающийся тем, что измеряют время шлифования, упругие перемещения шлифовального круга и заготовки, при чистовой и нулевой подачах на врезание при выхаживании изменяют соотношение частот вращения шлифовального круга и заготовки, знаменатель которого определяют из условия

числитель устанавливают некратным и не имеющим общего делителя со знаменателем, а время шлифования при измененном соотношении частот устанавливают из условия

где Зн - знаменатель соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки;
К - коэффициент, учитывающий условия шлифования, равный 2,0;
W_Z - допустимая высота волнистости на шлифованной поверхности, мкм;
t_ш - время шлифования после изменения соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки, с;
n₃ - частота вращения заготовки при черновой подаче на врезание, мин^-1;
А - размах относительных упругих перемещений шлифовального круга и заготовки, мкм.