СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВРЕЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК B24B51/00 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования на всех металлообрабатывающих предприятиях, практикующих шлифование заготовок с применением автоматических устройств управления подачей шлифовального круга.

Известен способ управления рабочим циклом поперечной подачи при врезном шлифовании (см. авт. свид. СССР №1296385, кл. В 24 В 51/00, 1987), содержащий этапы черновой и чистовой обработки, на первом из которых мощность шлифования поддерживают постоянной, а на втором снижают по экспоненциальному закону, переключаемые в функции текущего припуска.

Недостатком этого способа является то, что в процессе шлифования не учитываются режущая способность шлифовального круга и большие вариации мощности шлифования в зависимости от условий шлифования, что приводит к нестабильности обработки и снижению ее производительности.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению является способ переключения подачи шлифовальной бабки при достижении заданного значения шероховатости поверхности (см. авт. свид. СССР №1734991, кл. В 24 В 51/00, 1978), которое осуществляется лишь на этапе выхаживания, а также способ управления рабочим циклом поперечной подачи по жесткости технологической системы (см. авт. свид. СССР №601146, кл. В 24 В 51/00, В 24 В 1/00, 1978) на этапе чистового шлифования.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ управления процессом врезного шлифования (см. авт. свид. СССР №1144858, кл. В 24 В 51/00, 1985), в котором, с целью повышения производительности путем более полного использования режущей способности шлифовального круга в течение всего периода его стойкости, на этапе врезания управление ведут по силе резания, измеряя скорость съема припуска, а при достижении скоростью съема припуска заданного значения - по скорости съема в функции припуска.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе происходит ослабление жесткости центров или усложнение конструкции механизма привода поперечной подачи станка вследствие необходимости измерения радиальной Р_у составляющей силы резания.

Сущность изобретения заключается в следующем. С целью повышения производительности и точности обработки за счет более полного использования режущей способности шлифовального круга в течение всего периода его стойкости, на этапе врезания и черновой подачи управление ведут по величине звукового давления акустического сигнала, соответствующей максимально допустимой по технологическим условиям скорости съема припуска, а при при достижении скоростью съема припуска заданного значения - по скорости съема в функции припуска.

Технический результат - повышение производительности и стабильности обработки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе управления процессом врезного шлифования, включающем регулирование поперечной подачи по значению величины звукового давления акустического сигнала, создаваемого шлифовальным кругом в процессе шлифования, характеризующей текущее состояние режущей способности круга, особенность заключается в том, что на этапе врезания и черновой подачи управление ведут по величине звукового давления акустического сигнала, соответствующей максимально допустимой по технологическим условиям скорости съема, при этом величину скорости съема припуска поддерживают таким образом, чтобы измеренная величина звукового давления была равна значению уставки, а при достижении скоростью съема заданного значения - по скорости съема в функции припуска.

Между отличительными признаками и вышеизложенным техническим результатом существует причинно-следственная связь, заключающаяся в повышении уровня звукового давления акустического сигнала при шлифовании заготовок по мере увеличения глубины снимаемого слоя обрабатываемого материала заготовки (припуска). В то же время, как показали экспериментальные исследования, при постоянной скорости съема припуска режущая способность круга в течение периода стойкости уменьшается вследствие его износа, затупления и засаливания, что приводит к увеличению звукового давления, т.е. чем больше энергия звукового излучения, тем меньше режущая способность круга, которую можно определить через коэффициент режущей способности круга по формуле

где W - скорость съема материала заготовки; Р_з - звуковое давление.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию “новизна”.

- Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены, исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата: на фиг.1 дана блок-схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - графики изменения звукового давления Р_з и скорости съема W, характеризующие работу устройства по фиг.1.

Устройство, изображенное на фиг.1, содержит измерительную скобу с первичным преобразователем 1, вторичный преобразователь 2, дифференцирующее устройство 3, сравнивающее устройство 4, сумматор 5, исполнительное устройство 6, привод поперечной подачи 7, задающее устройство величины звукового давления 8, датчик звукового давления (микрофон) 9, сравнивающее устройство величины звукового давления 10.

Сумматор 5 выполнен в виде логического элемента ИЛИ и предназначен для выдачи в исполнительное устройство 6 команд на включение или выключение привода поперечной подачи 7 шлифовального круга. Команду на включение сумматор 5 выдает в тех случаях, когда соответствующие команды поступают одновременно на оба его выхода, т.е. при одновременном выполнении условий (1) и (2). Если же хотя бы на один из его входов поступает команда на выключение подачи, т.е. выполняется одно из условий (3) или (4), или оба одновременно, то сумматор 5 выдает команду на выключение подачи.

Способ управления процессом врезного шлифования осуществляют по схеме, представленной на фиг.2. Рабочий цикл врезного шлифования (фиг.2.) включает этап врезания и чернового (предварительного) шлифования на участке снимаемого припуска и этап чистового (окончательного) шлифования на участке снимаемого припуска Скорость поперечной подачи на этапе врезного и чернового шлифования ограничивается предельным значением звукового давления (линия 1-1 на фиг.2), а скорость поперечной подачи на этапе чистового шлифования ограничивается скоростью съема металла по условиям отсутствия прижогов (линия 2-2 на фиг.2).

В начале цикла обработки, когда съем припуска еще не происходит, сигнал U_h имеет значение U_h.н. (фиг.2), соответствующее начальному припуску, а сигнал U_W на выходе дифференцирующего устройства 3 и сигнал U_p датчика 9 звукового давления равны нулю. В этот момент соблюдаются условия (1) и (2), и шлифовальная бабка станка движется со скоростью быстрого подвода к заготовке. На фиг.2 началу цикла соответствуют совпадающие точки A_о и В_о.

После входа шлифовального круга в контакт с заготовкой начинается съем припуска, в результате чего пропорциональный припуску сигнал U_h уменьшается, а пропорциональные скорости съема припуска и звуковому давлению сигналы U_W и U_p возрастают. При этом кривые 4 и 5, отображающие зависимость соответственно величины звукового давления и скорости съема припуска от его текущего значения, будут представлять траектории изменения этих параметров в направлении, указанном стрелками на фиг.2.

Как только сигнал U_p превысит заданное значение уставки звукового давления выполнится условие (4) и сравнивающее устройство 10 выдаст команду на выключение поперечной подачи, которая сумматором 5 будет передана в исполнительное устройство 6 привода поперечной подачи 7.

Измерительная скоба с первичным преобразователем 1 воспринимает размер h обрабатываемой заготовки и выдает сигнал переменного тока на вход вторичного преобразователя 2, который вырабатывает постоянное напряжение U_h, пропорциональное текущему значению припуска (фиг.2). Этот сигнал подается одновременно на входы сумматора 5 и дифференцирующего устройства 3. Дифференцирующее устройство 3 вырабатывает сигнал U_W=dU_h/dt, пропорциональный скорости съема припуска, который подается на второй вход сравнивающего устройства 4, предварительно усиливаясь в k раз.

Одновременно с этим происходит измерение текущего значения звукового давления датчиком 9. Пропорциональный величине звукового давления сигнал U_p с выхода датчика 9 подается на второй вход сравнивающего устройства 10, а на первый вход данного устройства поступает сигнал уставки определяющий требуемое значение звукового давления на предварительном (черновом) этапе съема припуска.

Сравнивающие устройства 4 и 10 сравнивают поступающие на их входы сигналы и в зависимости от результатов сравнения сумматор 5 выдает команду исполнительному устройству 6 на включение или выключение привода поперечной подачи 7 шлифовального круга. Команда на включение поперечной подачи каждым из этих устройств выдается при выполнении следующих условий:

где к - коэффициент усиления.

В противном случае, когда соблюдаются условия

указанные устройства выдают команды на выключение поперечной подачи шлифовального круга.

При выключении поперечной подачи съем припуска происходит за счет натягов в упругих элементах технологической системы, но звуковое давление и скорость съема припуска будут постепенно уменьшаться. Как только сигнал U_p станет меньше заданного значения U⁰ _p, то выполнится условие (2) включения подачи. Поскольку условие (1) по-прежнему выполняется, то сумматор 5 выдаст команду исполнительному устройству 6 на включение привода поперечной подачи 7. После этого звуковое давление и скорость съема припуска начнут возрастать до тех пор, пока не выполнится условие (4) и сравнивающим устройством 10 снова не будет выдана команда исполнительному устройству 6 на выключение привода поперечной подачи 7. В дальнейшем процесс включения и выключения поперечной подачи по командам сравнивающего устройства 10 будет осуществляться аналогично описанному. В результате этого на этапе врезания и черновой обработки звуковое давление будет поддерживаться в среднем на уровне который на фиг.2 показан линией 1-1.

Между звуковым давлением и скоростью съема припуска существует пропорциональная зависимость

где - режущая способность шлифовального круга. В связи с этим скорость съема припуска стабилизируется на уровне (линия 3-3 на фиг.2).

В процессе съема припуска сигнал U_h уменьшится до некоторого значения при котором впервые выполнится условие выключения подачи (3) для сравнивающего устройства 4. С этого момента начинается этап окончательной (чистовой) обработки.

Изменение звукового давления и скорости съема припуска пойдет по траектории A₁A₂ и B₁B₂. Но в отличие от предыдущего очередное включение подачи произойдет в тот момент, когда кроме условия (4) выполнится дополнительно и условие (3) для сравнивающего устройства 4, так как только в этом случае сумматор 5 передаст в исполнительное устройство 6 команду на включение привода поперечной подачи 7. После включения поперечной подачи звуковое давление и скорость съема припуска будут возрастать. Очередное выключение поперечной подачи произойдет тогда, когда выполнится условие выключения подачи (3) сравнивающим устройством 4.

В дальнейшем процесс включения и выключения подачи в отличие от предварительного этапа обработки будет осуществляться сравнивающим устройством 4, в результате чего скорость съема припуска будет снижаться пропорционально уменьшению текущего значения припуска, - в среднем по линии B₁B₂, которая определяется уравнением

вытекающим из условий (1) и (3). При этом звуковое давление также будет снижаться пропорционально припуску.

В тот момент, когда на заготовке будет получен заданный размер, сигнал U_h на выходе вторичного преобразователя будет равен заранее настроенному значению U_hk. При этом сравнивающее устройство 4 выдаст команду на быстрый отвод шлифовального круга, и обработка будет закончена. В момент окончания обработки (фиг.2) скорость съема припуска будет равна заранее заданному значению что необходимо для получения высокой точности, а звуковое давление - значению U_p.k.

В процессе работы шлифовальный круг затупляется и изнашивается, в связи с чем коэффициент режущей способности шлифовального круга уменьшается. Это приводит к тому, что при одном и том же стабилизированном значении звукового давления установившееся значение скорости съема припуска на предварительном (черновом) этапе шлифования по мере затупления и износа шлифовального круга будет постоянно снижаться. На окончательном (чистовом) этапе шлифования среднее значение фактической скорости съема припуска будет изменяться по линии B₁B₂ вне зависимости от степени затупления и износа шлифовального круга.

Поскольку на предварительном (черновом) этапе шлифования устройство поддерживает звуковое давление на заданном предельно допустимом по технологическим условиям уровне (линия 1-1 на фиг.2), то скорость съема припуска на этом этапе, снижаясь по мере затупления и износа шлифовального круга, в любой момент времени периода его стойкости имеет максимально возможное, определяемое текущим значением режущей способности шлифовального круга значение.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют при использовании заявляемого изобретения (способа) следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно на металлообрабатывающих предприятиях, применяющих обработку абразивными кругами, особенно в условиях автоматизированного производства;

- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям "промышленная применимость".

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на металлообрабатывающих предприятиях при шлифовании заготовок с применением автоматических устройств управления подачей шлифовального круга. На этапе врезания и черновой подачи управление ведут по величине звукового давления акустического сигнала, соответствующей максимально допустимой по технологическим условиям скорости съема припуска. Величину скорости съема припуска поддерживают из условия равенства измеренной величины звукового давления значению уставки. При достижении скоростью съема заданного значения управление ведут по скорости съема в функции припуска. Такие действия повышают производительность и стабильность обработки. 2 ил.

Способ управления процессом врезного шлифования, включающий регулирование поперечной подачи по значению величины звукового давления акустического сигнала, создаваемого шлифовальным кругом в процессе шлифования, характеризующей текущее состояние режущей способности круга, отличающийся тем, что на этапе врезания и черновой подачи управление ведут по величине звукового давления акустического сигнала, соответствующей максимально допустимой по технологическим условиям скорости съема припуска, при этом величину скорости съема припуска поддерживают таким образом, чтобы измеренная величина звукового давления была равна значению уставки, а при достижении скоростью съема заданного значения управление ведут по скорости съема в функции припуска.