Файл: Регулирование качества продукции средствами активного контроля..pdf

ра не может быть меньше жесткости цепи привода бабки. Иначе го­ воря, разность между продольной силой Р и суммой сил Ру и Frp должна быть весьма незначительной.

Функциональное взаимодействие системы заключается в сле­ дующем. Привод непрерывного перемещения включен. Пневмоэлектроконтактные датчики (ПЭКД) 8 я 13 подналадчика 4, настроен­ ные соответственно на верхнюю и нижнюю границы поля допуска размера детали, контролируют в процессе работы расстояние между шлифовальным и ведущим кругами (т. е. размер детали). Клапа­ ны 5 и 10 закрыты после настройки; соответствующие им давления в сильфонах 9 и 14 запоминаются и сравниваются в процессе рабо­ ты с давлениями в сильфонах 6 и И, определяемыми размерами об­ рабатываемых деталей. При выходе размера обрабатываемой дета­ ли за верхнюю настроечную границу, ПЭКД-13 через обратную связь I включает привод 19 дискретного подналадочного перемеще­ ния.

В момент поступления детали (вызвавшей подналадку) на изме­ рительную позицию 20 клапан 12 переключается, соединяя сильфон 11 со схемой измерения диаметра образцовой детали ОД. Раз­ меры контролируемой детали КД и образцовой ОД сравниваются. Давление в сильфоне 14 изменяется пропорционально разности диа­ метров. После окончания процесса поднастройки ПЭКД-13 клапан 10 закрывается, противодавление в сильфоне 14 запоминается до оче­ редной поднастройки; клапан 12 открывается, подключая сильфон /7 к измерительной цепи. Таким образом, компенсируются по­ грешности измерения, вызванные силовыми деформациями деталей и другими факторами. Величина подналадочного импульса равна разности диаметров КД и ОД.

При достижении размером обрабатываемой детали нижней на­ строечной границы ПЭКД-8 через обратную связь II дает приво­ ду 19 команду на прекращение дискретной подналадки упора 2. Так осуществляется автоматическое регулирование величины подна­ ладочного импульса.

В момент поступления на измерительную позицию 20 детали, со­ ответствующей окончанию процесса подналадки, клапан 7 переклю­ чается, соединяя сильфон 6 со схемой измерения диаметра ОД. Об­ ратная связь / / / — блокировочная и предназначена для управления приводом 18 непрерывного перемещения упора 2. Питание измери­ тельной пневмосистемы обеспечивает пневмосеть через влагоотделитель 16, воздушный фильтр 15 и стабилизатор 17.

Непрерывное перемещение шлифовальной бабки позволяет зна­ чительно уменьшить погрешность дискретного подналадочного пе­ ремещения, снизить порог чувствительности бабки 3 и, как следст­ вие, применить подналадку малыми импульсами. Самокорректирую­ щаяся система дает возможность автоматизировать регулирование

294

размеров на шлифовальных станках, значительно повысить точность процесса, использовать высокоэффективную подналадку малыми импульсами, наиболее просто осуществить автоматическое регули­ рование подналадочного импульса.

§ 37. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Р Е Ж И М О В ОБРАБОТКИ И УСТРОЙСТВА Д Л Я СТАБИЛИЗАЦИИ УПРУГИХ П Е Р Е М Е Щ Е Н И И СИСТЕМЫ С П И Д

За последние годы в нашей стране и за рубежом значительно расширился круг теоретических исследований и практических раз­ работок вариантов самоприспособляющихся систем для различных типов оборудования. По мере внедрения систем с самоподнастройкой режимов обработки промышленное производство делает решаю­ щий шаг к созданию самооптимизирующейся производственной си­ стемы, управляемой вычислительными машинами. Особенно при­ годны для оснащения самоприспособляющимися системами станки с программным управлением, так как некоторые узлы управления являются общими для обеих систем, логические цепи программного управления при соответствующей модификации могут быть исполь­ зованы и для самоприспособляющейся системы. Однако самопри­ способляющейся системой могут оснащаться и обычные универсаль­ ные станки.

На эффективность процесса резания оказывают прямое или кос­ венное влияние более тридцати переменных. В настоящее время на практике используются пять основных переменных параметров (ши­

стоянными. Качество самоприспособляющейся системы определяет­ ся количеством и точностью учитываемых переменных парамет­ ров.

Благодаря оснащению металлорежущего оборудования самопри­ способляющимися системами увеличивается производительность труда, улучшается качество выпускаемой продукции и уменьшается ее себестоимость.

Так, по данным, полученным в Станкине и ОКБ Министерства станкостроительной и инструментальной промышленности, повыше­ ние производительности труда на различных видах оборудования, оснащенных системами автоматического регулирования по упругим перемещениям или потребляемой мощности, повышалась на 20—100%, а точность обработки — в два-три раза.

Исследования, проведенные «Бендикс Ко.» (США) в начале ше­ стидесятых годов, показали, что стоимость обработки с помощью самоприспособляющейся системы уменьшается почти вдвое по срав­ нению с обработкой без такой системы [180]. В системе фирмы «Бен­ дикс Ко.» данные о величинах крутящего момента на шпинделе, температуры в зоне резания и амплитуды колебаний инструмента передаются от датчиков в специальное вычислительное устройство.

295

которое после оптимизации по цепи обратной связи выдает коман­ ды на корректирование скорости резания и подачи. Компания «Дже­ нерал электрик» к 1968 г. установила на своих предприятиях более 400 станков с программным управлением и 243 вычислительные ма­ шины. Опыт использования этого оборудования показал, что при­ менение систем с самоподнастройкой режимов резания позволило: при многостаночном обслуживании избежать простоев оборудова­ л и из-за возможных аварий от недосмотра, так как система огра­ ничивает эту возможность или отключает станок при возникновении аварийной ситуации; защитить деталь от удорожания вследствие неправильно просверленного отверстия, поломки метчика или фрезы и т. п.; увеличить коэффициент использования станка, особенно при повышенных требованиях к точности и качеству обработки; упрос­ тить программирование режимов обработки, так как при работе без

Рис. 125. Схема системы регулирования фирмы «Сперри»

системы разброс размеров заготовок, особенно поковок, ведет к пе­ рестраховке при программировании режимов обработки; повысить точность обработки, так как в самоприспособляющейся системе контроль детали является частью самой системы; оптимизировать процесс обработки путем установления динамических зависимостей между идеальными и реальными условиями протекания процесса.

Фирма «Сперри» (Канада) разработала систему (рис. 125), ко­ торая измеряет и корректирует прогибы инструмента при расточке малых отверстий с допуском на диаметральный размер 0,25 мкм при глубине расточки около пяти диаметров. Величина прогиба ин­ струмента используется как сервокоманда на перемещение базы инструмента на скорректированную величину. Режущая часть инст­ румента 2 закреплена на вершине полого конуса 1, на котором уста­ новлен полупроводниковый датчик 3 для измерения напряжений. Конус с инструментом установлен на специальном суппорте 5, кото­ рый с помощью особой опоры позволяет конусу прогибаться только по одной оси, в плоскости вершины резца. Пакеты 4 пьезоэлектриче-

296

ских кристаллов по обеим сторонам опоры создают сдерживающее усилие для управления прогибом опоры. Пакеты соединены с датчи­ ками напряжений. Коррекция обеспечивается не позднее чем через 6° поворота шпинделя. Дополнительная позиционная система про­ граммного управления обеспечивает управление всеми рабочими ор­ ганами станка и прецизионными измерительными системами. При­ менение такой системы не ограничивается цилиндрической расточ­ кой. С ее помощью можно обрабатывать некруглые отверстия. Эта же система использовалась фирмой для сверления и фрезерования. По данным фирмы «Сперри», при исключительно высокой точности обработки деталей дизельной топливной аппаратуры производи­ тельность увеличилась в шесть раз, а брак уменьшился с 25 до 1 % по сравнению с ранее применявшимися обычными способами обра­ ботки.

управлением. Прогиб фрезы у конца шпинделя и крутящий момент на фрезе непрырывно измеряются, и по результатам этих измере­ ний управляющее устройство вычисляет величину корректирующего сигнала и определяет оптимальные значения скорости резания и по­ дачи стола. Производительность обработки при оснащении станка системой повысилась на 60—70%, а стоимость обработки снизилась на 50%.

На шлифовальных станках фирмы использованы самоприспособ­ ляющиеся системы для обнаружения дисбаланса шлифовального круга с целью его устранения. Применение гидростатических под­ шипников дало возможность установить для обнаружения дисба­ ланса датчики давления. Преобразователь превращает сигналы дат­ чиков в электрические, поступающие в систему управления, которая командует балансировкой круга.

За последние годы на кафедре «Технология машиностроения» Станкина проделана большая работа по созданию систем автома­ тического регулирования для стабилизации упругих перемещений в системе СПИД, т. е. для компенсации погрешностей, вызываемых силовыми деформациями технологической системы. Систематиче­ ские и случайные погрешности обработки, возникающие из-за сило­ вых деформаций технологической системы, компенсируются только при использовании средств активного контроля, контролирующих детали в процессе их обработки (т. е. при врезных процессах). Подналадчики же компенсируют только систематическую составляю­ щую погрешностей, вызываемых силовыми деформациями системы СПИД . Поэтому стабилизация величины силовых деформаций поз­ воляет уменьшать мгновенное рассеивание размеров деталей в той его части, которая связана с влиянием силовых деформаций систе­ мы СПИД (в состав мгновенного рассеивания размеров деталей входят также случайные погрешности, вызываемые износом режу­ щего инструмента и тепловыми деформациями технологической си­ стемы) .

297

Таким образом, при стабилизации величины силовых деформа­ ций существенно уменьшается влияние на точность размеров рас­ сеивания величин припусков на обработку, т. е. значительная доля случайных погрешностей переводится в разряд систематических. Та­ кая система регулирования особенно целесообразна при большой величине мгновенного рассеивания. Силовые деформации можно стабилизировать путем стабилизации сил резания или путем стаби­ лизации некоторых размерных параметров системы СПИД . Рас­ смотрим некоторые из методов стабилизации силовых деформаций, разработанных на кафедре «Технология машиностроения» Станкина [131].

На рис. 126, а представлена структурная схема САР. Датчик Д, являющийся одновременно системой сравнения, вырабатывает сиг-

Рис. 126. Схема системы автоматического регулирования

нал, пропорциональный отклонению регулируемой величины от за­ данного значения. Сигнал поступает в усилитель У и затем в испол­ нительное устройство ИУ, которое осуществляет поперечное переме­ щение стола станка с установленной на нем обрабатываемой дета­ лью. Для наблюдения за ходом обработки установлен показываю­ щий прибор.

Общий вид станка с встроенной САР приведен на рис. 126,6. При торцевом фрезеровании невозможно измерить размер детали в процессе обработки, поэтому использован косвенный метод изме­ рения. С этой целью на торце фрезы установлен диск /, задний то­ рец которого проточен после установки фрезы па шпинделе станка, благодаря чему уменьшается биение заднего торца диска, служаще­ го для измерения перемещений фрезы. Перемещение диска через рычажную систему 2 передается на индуктивный датчик 3. Обраба­ тываемая деталь 4 устанавливается в приспособление типа угольни­ ка 5. С другой стороны приспособления смонтирована линейка 6, ус­ тановленная с высокой точностью параллельно направляющим сто-

298

ла. Перемещения линейки в поперечном направлении измеряются датчиком 7. Оба датчика при помощи специальных державок не­ подвижно закреплены на хоботе станка. Для уменьшения влияния вибрации станка усилитель 8 вынесен за его пределы. Исполнитель­ ное устройство 9 установлено на винте поперечной подачи салазок.

Расстояние между торцом диска / и линейкой 6 во время обра­ ботки детали измеряется двумя датчиками. Если не учитывать раз­ мерный износ инструмента, то изменение этого расстояния с доста­ точной для практики точностью равно изменению размера обраба­ тываемой детали без учета погрешностей установки и отличается от последнего на величину упругих и тепловых деформаций фрезы и приспособления, которыми можно пренебречь из-за их малости. При таком способе измерения регулируемой величины САР не мо-

Наиболее рациональным и эффективным для компенсации упру­ гих перемещений системы СПИД является метод регулирования продольной подачи (рис. 127).

В качестве чувствительного элемента, измеряющего положение суппорта, выбран индуктивный датчик ИД типа БВ-844. Для авто­ матического изменения подачи использован привод с бесступенча­ тым изменением скорости в виде гидравлического регулирования. Основным элементом регулятора скорости является управляющий шпиндель. Поворотом шпинделя в ту или другую сторону от поло­ жения настройки можно увеличивать или уменьшать число оборотов выходного вала, а тем самым и ходового валика, с помощью кото-

299