Файл: Адаптивное управление металлорежущими станками..pdf

причем величина постоянной С «аходится экспериментально путем определения фактического Т* при некоторой скорости V*:

у.?.™ = У*Т*т .

Для настройки адаптивной системы, кроме проведения предва­ рительных испытаний, требуется знание большого количества констант, что делает систему пригодной только для эксперимен­ тальных работ. Этот патент был использован в системе «Асгашіzer», демонстрировавшейся фирмой в 1969 г. ів Париже. Сведений в. печати о ее эксплуатации в промышленности не было, за исклю­ чением краткого сообщения, что в связи со сложностью регулиро­ вания скорости вращения шпинделя в трехшпиндельном фрезерном станке фирма отказалась от регулирования скорости резания и ограничилась только регулированием подачи.

Ввведении к патенту {37] отмечается, что это изобретение яв­ ляется усовершенствованием патента США № 3, 22, 313, получен­ ного автором ранее (1965 г.). В первом патенте сигнал обратной связи, дающий информацию о стойкости инструмента, определялся отношением суммарного отжима инструмента к тангенциальной силе резания. Этот сигнал использовался для изменения скорости резания, причем реализовывалась линейная аппроксимация теоре­ тической степенной зависимости от скорости резания. Хотя резуль­ таты работы управляющего устройства по первому патенту удов­ летворительны, в новом изобретении обеспечивается более точное управление и, следовательно, более эффективное использование инструмента. Это достигается тем, что величина стойкости принята равной отношению квадрата отжима режущего инструмента к частному от деления величины жесткости СПИД «инструмент — деталь» на тангенциальную силу резания, а выходной сигнал яв­ ляется логарифмической функцией стойкости.

Впервом изобретении прекращение быстрого подвода осущест­ вляется только по появлению отжима инструмента, в новом — по

появлению как отжима, так и осевой или тангенциальной силы резания.

Впервом патенте для повышения точности ограничивалась од­ на и та же величина суммарного отжима как для черновой, так и чистовой обработки; в новом — суммарный отжим ограничивается только для черновой обработки, а для чистовой ограничивается отжим по нормали к поверхности детали.

Впервом патенте подача устанавливалась максимальной и за­ тем уменьшалась вплоть до нуля; в новом—наименьшая подача ограничена некоторым значением, отличным от нуля.

Впервом изобретении управляющий сигнал соответствовал ско­

рости вращения инструмента (об/мин), в новом —скорости реза­ ния (фут/мин) , так что оператор у станка может использовать эту систему управления для непосредственной установки скорости ре­ зания.

На рис. 123 показана блок-схема системы управления для опе-

сящая от величины крутящего момента, и вторая переменная //, зависящая от выходных сигналов датчиков деформаций ôx и öv. Эти переменные используются для регулировки числа оборотов шпинделя, причем выход контура / является логарифмической функцией входных сигналов, что обеспечивает точность управления скоростью вращения инструмента в соответствии с действительны­ ми параметрами процесса резания.

Подача изменяется согласно изменениям скорости вращения ин­ струмента так, чтобы подача на оборот оставалась постоянной; од­ нако, если величина параметров превышает 0,8 от их установлен­ ной предельной величины (ограничения I I I — VII), подача умень­ шается, хотя и не становится менее установленной величины sTOi„.

Специальный контур VIII позволяет проходить участки, где ин­ струмент выходит из детали со скоростью, в четыре раза большей установленной максимальной подачи. Этот контур получает сигна­ лы, зависящие от величины крутящего момента, деформаций и осевого усилия резания, и не работает, если инструмент находится в детали. Информация о крутящем моменте и деформации шпин­ деля дополнительно используется для сигнализации о недопусти­ мом износе инструмента.

На рис. 124 показана часть фрезерного станка, который имеет колонну 1 с вращающимся шпинделем 2. В шпинделе закреплен инструмент 3, обрабатывающий деталь 4. Деталь закреплена в приспособлении 5, установленном на столе станка 6, и переме­ щается вместе с ним от гидравлического двигателя 7, обеспечива­ ющего регулирование с постоянным моментом. Шпиндель вращает­ ся двигателем 8, скорость вращения которого регулируется при. постоянном крутящем моменте.

Деформации шпинделя измеряются четырьмя датчиками 9, рас­ положенными вокруг шпинделя через 90°. Каждая пара датчиков, расположенных на одном диаметре, дает информацию о деформа­ ции шпинделя по одной оси координат. С их помощью можно по­ лучить информацию о суммарной деформации шпинделя и отжиме инструмента.

Каждый датчик 9 состоит из держателя 10, прикрепленного к колонне 1 возле шпинделя 2. К держателю крепится кронштейн II, имеющий колено 12, на котором закреплен предварительно нагру­ женный подшипник 13. Наружное кольцо подшипника катится по кольцу 14, закрепленному на шпинделе с минимальным биением. На рычаге 11 укреплены два стандартных датчика 15, измеряющих

ментов 16—19, наклеенных на втулку 20, которая кольцами 21 свя­ зана со шпинделем и крепится зажимными кольцами 22 и 23. На

Рис. 124. Размещение датчиков крутящего момента, осевой силы и деформаций

втулке под углом 45° к оси шпинделя закреплено четыре чувстви­ тельных элемента, соединенных в мостовую схему; подвод напря­ жения к мосту осуществляется четырьмя щетками 24—27 через кольца 28—31. Щетки расположены в изоляционной втулке 32, которая сидит на втулке 20 на подшипниках 37 и 38.

Для получения информации о величине силы резания по вели­ чине крутящего момента необходимо также знать диаметр фрезы.

Для измерения осевой силы, действующей на шпиндель, исполь-

зуются полупроводниковые датчики 33—36. Каждая пара датчиков (например, 33 и 34) выполняется из полупроводниковых элементов различной проводимости, так что сопротивление одного элемента (например, 33) при растяжении увеличивается, а второго (соответ­ ственно 34) уменьшается. Все элементы включаются в мостовую схему.

Вместо описанных датчиков могут быть использованы любые другие, выполняющие те же функции.

Контур управления скоростью вращения шпинделя реализует зависимость

т а

ния и характеризует условия обработки детали, так как твердость материала детали, износ инструмента, жесткость СПИД между деталью и инструментом изменяются в ходе резания и от детали к детали; величина X различна для разных операций (фрезерования, сверления, нарезания и т. п.). Величина X * — тот же параметр, но записанный в ходе настройки станка на аналогичной операции при фиксированной скорости резания К*; Т* — стойкость инструмен­ та, определенная в ходе той же настройки станка при определении X*. Показатель степени m—из уравнения ѴТ* "*= const; величина m зависит от материала инструмента; например, для быстрорежущей

величина, разная для разных операций: например, для фрезерова­

ности величина а может отличаться от приведенных значений, хо­ тя среднее значение, а примерно им соответствует) ; tc — среднее время смены инструмента, В — стоимость изношенного инструмен­

Здесь 2,3—постоянный коэффициент, который может корректиро­ ваться при настройке; Fs— максимальная окружная сила, равная измеренному крутящему моменту, деленному на радиус инструмен­ та; Е — жесткость системы СПИД; Хтах — допустимая погрешность обработки (в тысячных долях дюйма), одновременно определяющая

струмента при настройке (обработка с V* и Т*), равная в случае! фрезерования и расточки величине X*. '

Измерительный мост датчика крутящего момента питается ге-| нератором, выходной сигнал с моста подается на усилитель пере-! мениого тока. Выход усилителя подключен к демодулятору, даю-і щему напряжение постоянного тока, пропорциональное амплитуде! входного напряжения. Сигнал с выхода демодулятора по линии 1\ подается на операционный усилитель 2 (рис. 125), в котором умно-|

жается на — (эта величина вводится по шкале .'Л. Коэффициент

усиления усилителя 2 подбирается потенциометром 4 (шкала 5)! для обеспечения нужного масштаба. Выходной сигнал усилителя 2\ равен произведению входного сигнала на отношение сопротивле-j ний 4 к 33. Через диод 6 и потенциометр 7 напряжение с усили-і теля 2 подается на усилитель 8, усиление которого регулируется! потенциометрами 7 и 9. - .• '

Напряжение с выхода усилителя 8 через потенциометр 10 посту-j пает в линию 11; потенциометром 10 по шкале 12 вводится множи-| тель, зависящий от отжима А*, который имел место при предвари-!

рис. 124), включенных в два моста: один для деформаций по оси Х,\ второй — по оси У. Сигнал с моста датчика ôsx через усилитель по-! ступает на демодулятор, на выходе которого напряжение постоян-і

ная нагрузка привода подач). Сигнал с выхода демодулятора по-j дается по линии 1 (рис. 126) на операционный усилитель 2. По-j тенциометрами 3 и 4 настраиваются множители: первым — пере-;

даточное число К= — , зависящее от жесткости инструмента, оп-|

А2„

линии 17, 16 (см. рис. 125) попадает в линию 1 (рис. 127) и ni