3.3. Выбор источников информации

О ходе выполнения технологических процессов

Во всех САдУ, обеспечивающих управление тех­нологическим процес-сом относительно одного или нескольких регулируемых параметров, осо-бенно важным является системати­ческое получение информации, харак-теризующей истинное состоя­ние процесса в каждый момент времени. По-лучаемая текущая информация должна иметь комплексный характер и не-прерывно поступать во время выполнения процесса. Информация должна обладать минимальным временем запаздывания, так как, напри­мер, заго-товки, как правило, обрабатывают на высоких режимах резания и процесс изменения рабочих нагрузок и образования погрешностей обработки про-исходит в десятые и сотые доли секунды.

Во время обработки состояние технологической системы харак­теризует комплекс параметров; точность детали δ; мощность N, потребляемая на ре-зание, сила тока I в электродвигателе глав­ного привода; действующие в си-стеме нагрузки, в том числе сила резания Р и крутящий момент M_КР и по-рождаемые ими упругие перемещения y_Δ = A_Д; температурный режим сис-темы Ө⁰; интен­сивность h износа режущего инструмента; уровень вибра-

73

ций μ и характер стружкообразования. Эти параметры являются перемен-ными состояниями технологической системы и образуют век­тор ее сос-тояния Т:

Т = (δ, N, I, Р, М_КР, A_д, Ө⁰, h, μ,...). (13)

Основными возмущающими факторами являются: колебания глубины резания t, твердости Н материала заготовки; переменная жесткость j_т.с сис-темы; различная режущая способность h_З инструмента. Эти факторы обра-зуют соответствующий вектор Ф:

Ф = (t,H, j_т.с., h_З,…). (14)

В процессе регулирования воздействие на технологическую систему осуществляется через переменные, к которым относятся S, υ, А_с. В ряде случаев в качестве переменных управления используют j_т.с технологи-ческой системы или геометрию реза­ния, изменяемые посредством специ-ально встраиваемых датчиков, а также колебания, специально налагаемые на элементы системы. Указанные переменные образуют вектор управле-ния U:

U = (S, υ, А_с, j_т.с, ...). (15)

В зависимости от требуемой точности обработки, технологи­ческих воз-можностей системы, условий нормального протекания процесса на состав-ляющие векторы Ф, U накладывают некоторые ограничения, которые либо определяют область допустимых зна­чений переменных, либо устанавлива-ют дополнительные зависимости между переменными состояния и управ-ления.

Динамометрический узел для САдУ растачиванием отверстий

на токарных станках с ЧПУ

Выше при описании процессов механической обработки с помощью дифференциальных уравнений типа (5) в качестве параметра, определяю-щего силу резания, был принят прогиб резца y₁ (см. рис. 20).

Для определения сил резания при растачивании отверстий использова-ны собственные упругие перемещения оправки 3 (рис. 50), неподвижно за-креплен­ной винтами 6 в корпусе 7 сменного инструментального блока. Внутри оправки 3 установлен с зазором стержень 4; на нем смон­тированы индуктивный бесконтактный датчик, имеющий катушку индуктивности 9, установленную на регулировочной втулке 8, и якорь 14 в виде винта с дис-

74

ковой головкой. Воздушный зазор h между катушкой и якорем регули-руется вращением последнего и фиксируется гайкой 15. В паз корпуса 7 вмонтирована электри­ческая схема 16 с автономным источником питания, имеющая выход через разъем 13, установленный на крышке 12, на катуш-ку датчика или через радиомодем (10, 11) к внешнему приемнику. Гайка 5 служит для регулирования вылета L расточного резца. В отверстии оправ-ки 3 смонтирован виброгаситель 1. При врезании резца 2 в заготовку под действием составляющих Р_х, Р_у оправка 3 упруго прогибается относитель-но торца (сече­ние I–I) корпуса 7 на величину

y_oxy = P_yL³/3EJ + P_xRL²/2EJ, (16)

где L – расстояние от вершины режущих кромок до сечения I–I; R – рас-стояние от вершины инструмента до оси оправки; Е – модуль упругости; J – момент инерции сечения оправки.

Рис. 50. Динамометрический узел для САдУ растачиванием

отверстий на токарных станках с ЧПУ

Так как стержень 4 жестко связан с оправкой 3, то он пере­мещается вместе с последним без прогиба из-за наличия зазора между ними. Вслед-ствие перемещения правого конца стержня с катушкой 9 изменяются за-зор h и индуктивность катушки.

Малогабаритные динамометрические узлы (ДУ)

Для определения силы, передаваемой через неподвижные или подвиж-ные стыки пар сопрягаемых деталей, могут быть использованы малогаба-

75

малогабаритные ДУ. Напри­мер, для САдУ черновой обработкой на стан-ках токарного типа ДУ (рис. 51) выполнен в виде болта, в корпусе 3 кото-рого рас­положены стержень 12, упругая разрезная втулка 5 (из стали 65Г) и шарик 4. Осевая фиксация стержня и регулирование предва­рительного сжатия втулки 5 осуществляют гайкой 10. Внутри втулки неподвижно зак-реплен консольный элемент 8 с тен­зометрическим датчиком. В консоль элемента 8 упирается винт 6, служащий для регулирования его предвари-тельного прогиба.

Рис. 51. Малогабаритный динамометрический узел для САдУ точением на токарных станках

Электрические сигналы с этого элемента снимаются через разъем 2. ДУ устанавливают в резцедержатель 11 вместо одного из болтов крепле-ния резца 9. Предварительной тари-ровкой ДУ установлена зависи-мость между осевой силой Р0 и де-формацией yВ = f(P0) втулки 5, а так-же прогибом yГ.Э элемента 8, элек-трические сигналы с которого пос-тупают в УПУ 1. По контрольному прибору последнего можно судить о значении и отклонениях P0. При обработке под действием составляющей Pz происходит дефор-мирование резца в плоскости дейст-вия этой силы. В результате прогиба резца или деформирования в стыке между ним и резцедержателем стер-жень перемещается, так как корпус ДУ жестко закреплен гайкой 7.

Вследствие этого изменяются величины у_В, y_Г.Э. Устройство 1 фиксирует это отклонение.

Конструктивные параметры ДУ могут изменяться в зависимости от мес-та его установки, значения и направления действующих на устройство сил. Малогабаритное ДУ, предназначенное для встраивания в стыки пар сопря-гаемых деталей, показано на рис. 52. ДУ состоит из стального (сталь 65Г) упругого корпуса 2, обладающего высокой жесткостью и имеющего сквоз-ной паз. В нем на текстолитовой прокладке 6 неподвижно закреплена раз-

76

жимная планка 4, которая стянута винтом 5 и жестко крепит гетероэпитак-сиальный элемент 3, выполненный в виде камер­тона, со свободной кон-солью которого контактирует регулировоч­ный винт 10, выполненный из диэлектрика. Винтом создается предварительный натяг элемента 3. Подвод питания и съем сиг­налов с элемента 3, поступающих в УПУ (9), осущест-вляется через разъем 8. Кожух 1 закрывает измерительную часть ДУ. Два штифта 11 служат ограничителями прогиба корпуса 2 и ис­ключают его поломку. На нижнюю часть корпуса напылен слой 7 твердосплавного ма-териала, обладающего высокой износостой­костью.

Пример использования ДУ показан на рис. 53. Устрой­ства 1 – 3, 5 и 7 устанавливают в пазы, выполненные в направляющих стола 6 станка по правилу шести точек. Стол в процессе обработки имеет поступа­тельное движение относи­тельно станины 8. Глубина каждого паза такая, чтобы корпус ДУ был предварительно деформирован на определенную величину.

9 11 Рис. 52. Динамометрическое устройство для измерения деформации в стыках

4 8 7 5 Рис. 53. Схема расположения динамометрических устройств в стыке между направляющими стола и станины станка

Под действием сил и моментов, возникающих в технологической сис-теме при резании, происходит деформирование стыков и стол изменяет свое первоначальное положение. В результате деформации корпусов ДУ изменяются пропорционально перемещению точки, в которой они установ-

77

лены. Сигналы с упругочувствительных элементов 3, возникающие в результате деформирования и пропорциональные ей, поступают в УПУ 4, где сравниваются и суммируются по определенному алгоритму. УПУ выдает информацию о пространственном положении стола в любой момент времени.

Источник информации при обработке на многоцелевых станках

Выбор источника информации о ходе обработки на многоцелевых стан-ках с ЧПУ затруднен чередованием в определенной последовательности заданной УП работы инструментов, выполняющих различные виды обра-ботки. На рис. 54 представлен универсальный ДУ для САдУ предваритель-ной обработкой на многоцелевых станках. ДУ позволяет получать инфор-мацию о ходе различных видов обработки (фрезеровании, рассверливании, зенкеровании, растачивании). Универсальность ДУ обеспечена тем, что стандартная часть измерительной схемы размещена одинаковым конструк-тивным способом в корпусе каждой оправки, несущей режущий инст-румент.

Рис. 54. Конструкция динамометрического у зла для САдУ

обработкой на многоцелевом станке:

1 – источник питания; 2 – точечный источник света; 3 – электрическая схема;

4 – глухое отверстие; 5 – шпиндель станка; 6 – отверстие; 7 – отверстие

в оправке; 8 – призма; 9 – резец; 10 – отверстие; 11 – призма; 12 – отверстие;

13 – кольцо; 14 – фотоприемник; 15 – отверстие; 16 – антенна передающая;

17 – антенна приемная; 18 – призма; 19 – призма; 20 – оправка; 21 – корпус

шпиндельной коробки; 22 – устройство программного управления;

23 – задающее устройство

78

Например, для однорезцового растачивания эта часть, состоящая из призм 8, 11, 18, 19, установлена в корпусе расточной оправки 20 следую-щим образом: призмы 18 и 19 – неподвижно, каждая соответственно в глу-хих отверстиях 15 и 4, выполненных в коническом хвостовике оправки. Призмы 8 и 11 расположены в сквозном отверстии 10, выполненном в кон-соли корпуса, симметрично относительно друг друга и призм 19 и 18. От-верстия под призмы соединены между собой отверстиями 7 малого диа-метра и закрыты резиновыми пробками. Другая часть ДУ неподвижно зак-реплена на выступающей консоли шпинделя 5 станка.

Контроль за процессом, например, однорезцового растачивания отвер-стий посредством ДУ осуществляется следующим образом. Манипулятор станка устанавливает оправку в шпиндель станка, находящийся в опреде-ленном угловом положении, где ее закрепляют. При этом автоматически включается точечный источник света, луч которого через отверстие 6 в шпинделе попадает на призму 19, отражается, идет на призму 8 и после от-ражения от призм 8, 11, 18 падает в центр 0 фотоприемника (начало отсче-та фиксируется электрическим способом).

При врезании резца 9 в заготовку под действием равнодействующей Р_хy силы резания консоль оправки прогибается относительно шпинделя (в плоскости I – I). При этом сечение II – II, в плоскости которого расположе-ны призмы 8 и 11, изменяет свое первоначальное положение относительно сечения I – I. Призмы 18 и 19 остаются неподвижными относительно шпинделей, так как они расположены дальше сечения I – I. В результате луч света перемещается по рабочей поверхности фотоприемника на вели-чину Δ_xy относительно точки 0, пропорциональную прогибу y_0xy консоли оправки и силе Р_хy. Консоль оправки прогибается на величину y₀ также в плоскости действия силы Р_z.

Вследствие изменения положения сечения II – II луч счета перемещает-ся по марке фотоприемника на величину Δ_z, которая пропорциональна y_0z и Р_z. Таким образом луч света переходит из точки 0 в точку 0₁ на величину Δ_Р, пропорциональную значению возникшего вектора силы резания Р. Фо-топриемник выдает электрические сигналы, пропорциональные Δ_xy, Δ_z, ко-торые поступают на передающую антенну, затем по каналу радиосвязи на приемную антенну и далее в УПУ 22, в котором усливаются и могут сум-мироваться. В УПУ подается также сигнал с ЗУ 23, пропорциональный си-ле Р, которую необходимо поддерживать постоянной в процессе обработки (величина уставки).

79

При равенстве значений и знаков сигналов, поступающих с ЗУ и ДУ, обработка ведется с S = const. При отклонении в ту или иную сторону входных данных заготовок, затуплении режущего инструмента изменяют-ся P, y_xy, y_z и соответственно Δ_xy, Δ_z и Δ_Р. Электрические сигналы, пропор-циональные изменениям последних, поступают в УПУ, сравниваются с сигналами ЗУ и УПУ выдает сигнал рассогласования, который подается в блок управления подачей САдУ и в соответствии с которым путем измене-ния S осуществляется корректировка хода обработки.