Способ управления точностьюОбРАбОТКи HA МЕТАллОРЕжущиХСТАНКАХ Советский патент 1981 года по МПК B23Q15/00 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСЧ ЬЮ ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ

Изобретение относится к металлообработке на токарных станказс и пред назначено для определения состояния системы СПИД, а также для управления точностью и контроля процессом обработки. Известно устройство для адаптивного управления токарным станком, в котором резцодержатель содержит датчик вибрации, выход которого подключен к усилителю, и исполнительный блок, а также параллельно подкгаоченные между j/силителем и исполнительHbJM блокомцепи, каждая из которых выполнена в виде последовательного соединения полосового фильтра и порогового ограничителя 1. Такое устройство реализует способ наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату. Однако управление режимом работы станка осуществляется только тогда, когда на одном из огр ничителей имеется выходной сигнал, что значительно снижает точность управления. Цель изобретения - повышение точности при механической обработке на металлорежущих станках. Цель достигается тем, что предлагаемым способом дополнительно измеряют сигнал виброакустической эмиссии, возникающей при обработке, выделяют такую частотную составляющую, на которой наблюдается минимальное отношение акустического сопротивления между задней гранью инструмента и местом установки измерительного преобразователя виброакустической эмиссии к акустическим сопротивлениям между другими гранями и этой же точкой, нормируют эту составляющую по среднему уровню за период наблюдения, выделяют ее огибающую, раскладывают в спектр, определяют частоту максимального уровня и управляют по девиации этой частоты законом изменения скорости подачи, как функции отжимающей составляющей силы резания. Сущность изобретения базируется на особенностях динамической характеристики упругой системы станка по отношению к процессу резания,. Изменение жесткости при прочих неизменных условиях приводит к вариации собственных частот тех контуров системы станка по отношению к процессу резания, которые определяются деталью. Например, при работе на автоматиаиованном оборудовании при обработке еталей типа валов текущее з«ачение есткости изменяется при переходе от дной детали к другой в связис нетабильностью работы зажимного устойства и других факторов,

В процессе обработки из сложной пространственной системы станка необходимо вьщелить лишь составляющие в направлении основного формирования погрешности, т.е. необходимо определить изменение частоты колебательных контуров упругой системы станка по отношению к силам, действующим в отжимающем направлении. Такими силами являются переменные составлякяцие сил, действующих на заднюю грань инструмента . Для вьаделения композиционных составляющих движений, связанных с процессом обработки на задней грани инструмента, рассматривается связь между силами, действующими на инструмент, с сигналом колебательных скоростей, измеренных, например, на свободнсял торце резцодержавки и находят такие частотные диапазоны, где имеется минимальное отношение акустического сопротивления между задней гранью инструмента и точкой установки измерительного преобразователя виброакустической эмиссии к акустическим сопротивлениям между другими гранями и этой же точкой. В упругой характеристике системы СПИД металлорежущего станка имеется множество частот, обладающих такой избирательностью в направлении действия силы.

На фиг. 1 изображен режущий инструмент; на фиг. 2- - зависимости сигнала виброакустической эмиссии на торце режущего инструмента от направления возбуждения его режущей части (в - уровень сигнала, F - частотные составляющие колебания упругой системы СПИД, М - напрар-пение возбуждения сигнала на режущей части инст1умента); на фиг. 3 - блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления точностью обра- ботки на металлорежущих станках.. Анализируя частотный состав амплитудной модуляции, опрзделянвдийся контактированием задней грани инструмента с деталью. Определяют текущее значение жесткости детали, т.к. движение инструмента относительно детали осуществляется в осчовном на собственных частотах упругой системы станка по отнсяцению к процессу резания, а девиация собственных частот определяет текущее значение жесткости. Вьщеяив из спектра акустической эмиссии, возникающей в процессе обработки, одну частоту, нормируют ее, детектируют, раскладывают в спектр ее Амплитудную модуляцию и на основе слежения за девиацией частоты максимального уровня элого спектра управляют законом изменения скорости подач от силы резания.

Сигнал, снимае1лый с резцодержавки с помощью датчика 1 (в качестве которого можно использовать вибропреобразователь), установленного на торце резца, поступает в согласующий блок 2, оттуда на полосовой фильтр 3, настроенный на ту же гармонику, прохождение которой от задней грани резца до места установки преобразователя наилучшее .

Выделенная гармоника нормируется по своему интегральному уровню с помощью усилителя 4 с регулируемым коэффициентом усиления и интегратора 5 и поступает в детектор 6, где вьаделяется ее огибающая и подается на перестраиваемый полосовой фильтр 7, который перестраивается от генератора 8, в качестве которс го можно использовать генератор пилообразного напряжения.

Вьиеление частоты наибольшего уровня и слежения за ее девиацией осуществляется следующим образом: с блока 9 управления поступает сигнал на открытие аналогового ключа 10, на включение аналогового запоминающего устройства 11 и на запуск генератора 8. Полосовой фильтр 7 начинает перестраиваться, и сигнал с него через аналоговый ключ 10, блок 12 поиска экстремума поступает на аналоговое запоминающее устройство 11.

Таким образом, после перестройки полосового фильтра 7 во всей полосе обзора на аналоговом запоминающем устройстве 11 будет зафиксирована амплитуда частоты максимального уровня. Затем блок 9 управления вновь подает сигнал на запуск генератора 8 и на логический элемент 13, в качестве которого используется элемент И, управляющий аналоговым ключом 14. При перестройке полосового фильтра 7 в случае появления на его выходе сигнала, равного по амплитуде сигнгшу, находящемуся в запсжинающем устройстве 11, блок 15 сравнения подает сигвал на логический элемент 13 и включает аналоговый ключ 14, который подает сигнал с генератора 8 в аналоговое запоминающее устройство 16. Так как напряжение на выходе генератора 8 однозначно связано с частотой перестраиваемого фильтра 7, значение напряжения, находящегося в аналоговой памяти 16, соответствует значению частоты, имеющей максимальный уровень.

После этого блок 9 управления вновь подает сигнал на запуск генератора 8, ключ 10 и аналоговую память 11, в которой вновь запоминается амплитуда частоты максимального уровня. В следующий такт блоком 9 управления подается сигнал на логический элемент 17, в качестве крторого используют элемент И,и на запуск генератора 8/и при совпадении амплитуды сигнала, поступающего с полосового фильтра 1, с амплитудой сигнала частоты максимального уровн находящегося в аналоговой памяти 11 блок 15 сравнения подает сигнал на логический элемент 17, который выдает сигнал на открытие аналогового ключа 18 и величина напряжения генератора 8 запоминается в аналоговом запоминающем устройстве 19. Последгние два такта постоянно повторяются и, таким образом, в аналоговой памят 19 постоянно находится величина напряжения генератора 8, соответствующая текущему значению частоты максимального уровня, На вход дифференциального усилителя 20 поступает напряжение с блоков 16 и 19 памяти, пропорциональные образцовому и текущему значениям час тоты максимального уровня, на его вы ходе получаем сигнал, пропорциональный девиации ЭТОЙ частоты, т.е. пропорциональный изменению текущего зна чения жесткости системы СПИД. Этот сигнал поступает/ в блок 21 управления, где учитывается его знак, и туда же подается сигнал с датчика 22 силы резания, представляющий гобой измерительный преобразователь усилий Сравнивая эти два сигнала, блок 21 управления приводом 23 подач осуществляет изменение подачи таким образом, чтобы отклонение силы к текуиему значению жесткости оставалось постоянным. Ввиду того, что в настоящее время в станочном парке находят все большее применение станки с числовым программным управлением, а также широкое использование новых мкогоопе.р ационных станков типа Обрабатывающий центр, на основе которых создаются автоматические линии, возникает потребность в устройствах, которые могли бы управлять точностью обрабох ки в процессе резания. Испольэование предлагаемого способа обеспечивает значительное првьлшение точности, быстродействия, стабильности и

М надежности работы оборудования за счет текущего контроля состояния системы СПИД в процессе обработки путем вьаделения из суммарного сигнала частотных составляющих. Наиболее полно характеризующих процесс резания и получения информации о фактической жесткости системы СПИД, погрешности заготовки и конечном размере обрабатываемой детали. В результата точность управления процессом обработки в целом пов(диается на 35-40%, а производительность оборудования и точность обработки - в ,4 раза, что в конечном счете приводит к значительному снижению себестоимости oбpaбaтывae eax деталей. Формула изобретения Способ управления точностью обработки на металлорежуишх станках, заключающийся в изменении скорости подачи в функции отжимающей составл.чющей силы резаяия, отличающийся тем, что, с целью увеличеиия точности-обработки, дополнительно измеряют сигнал виброакустической эмиссии, возникающей при Обработке, вьеделяют частотную составляющую, не которой наблюдается минимальное отношение акустического сопротивления между задней гранью инструмента и местом установки измерительного преобразователя вйброакустической эмиссии к акустическим сопротивления между упругими гранями и этой жеточкой, нормируют эту составляющую по среднему уровню за период наблюдения, выделяют ее огибающую, раскладывают в спектр, определяют частоту максимального уровня и управляют по девиации этой частоты законом изменения скорости подачи, как функции отжимающей составляющей силы резания. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 429893, кл. В 23 В 25/06, 1970.