книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

6 '•

Рис. 103. Комбинированная си­ стема с электрочувствительным упором фирмы «Форстер» к бес-

магнитострикционный упор с нндук-

Рис. 104. Комбинированная система с электрочувствитель­ ным упором для двусторонней подналадки бесцентровошлифовальных станков переменным импульсом

2 5 3

ствляется удлинение стержня при поступлении в нее тока. При по­ даче стержня вверх освобождается верхний зажим 2, прижимается нижний зажим 3 и включается катушка стержня. После его удлине­ ния прижимается верхний зажим 2, освобождается нижний 3 и вы­ ключается катушка стержня. Если необходимо изменить направле­ ние движения стержня, изменяют последовательность работы за­ жимов 2 и 3.

После отскока стержня упора включается механизм подачи стан­ ка 4 и шлифовальная бабка подводится до тех пор, пока рычаг 5, смонтированный вместе с датчиком 6 на корпусе шлифовальной бабки, не нажмет на упор стержня и не освободит размыкающие контакты датчика, после чего подается команда на выключение электродвигателя подачи.

В предлагаемой системе для повышения точности подналадки магнитострикционный эффект используется для подачи шлифоваль­

от номинала. Для этого кроме магнитострикционного электрочувст­ вительного упора используются многоконтактный пневмоэлектриче-

Задача решающего устройства состоит в выдаче сигналов на электроблок управления в зависимости от принятого способа фор­ мирования команд с импульсом по одной детали, по п деталей йодряд, по скользящей медиане и т. д. • \ \ -\

§32. СИСТЕМЫ К Т О К А Р Н О - К О П И Р О В А Л Ь Н Ы М СТАНКАМ

ВОКБ совместно со Станкином разработана комбинированная система к токарно-гидрокопировальному автомату мод. 1722, осу­ ществляющая регулирование в процессе резания по величине упру­ гих деформаций инструмента и коррекцию начального положения инструмента по результатам измерения обработанной детали.

Система может быть выполнена как на индуктивных, так и на

пневматическое сопло 2, торец которого в зависимости от величины упругих перемещений приближается или удаляется от торца вин­ та 3, закрепленного в процессе работы неподвижно, в связи с чем изменяется рабочий зазор пневмосети. Изменение рабочего зазора фиксируется пневмоэлектрическим преобразователем 1, контакты которого включают реверсивный электродвигатель 7. От электро­ двигателя движение через связанный с ним винт 13 передается на гайку 12, которая, перемещаясь, поднимает или опускает планку 8,

нажимающую на шток гидрозолотника станка. Таким образом баб­ ка с режущим инструментом получает дополнительные перемеще­ ния в ту или другую сторону относительно линии настройки. Работа электродвигателя и, следовательно, коррекционное перемещение инструмента будут продолжаться до тех пор, пока изменение зазо­ ра сопла 11, стоящего в цепи обратной связи, не компенсирует из­ менение рабочего зазора сопла 2. При этом контакт пневмоэлектрического преобразователя / разорвется и электродвигатель остано­ вится.

Второй контур системы обеспечивает постоянство линии настрой­ ки, смещение которой может быть связано с износом инструмента, температурными деформациями станка и инструмента и другими внешними возмущающими воздействиями. Выходным параметром, определяющим положение линии настройки, принят размер обрабо­ танного изделия в одном сечении. Измерение производится двух­ контактной пневматической скобой 4 во время холостого хода инст­ румента при возвращении его в исходное положение после оконча­ ния обработки. Границы допустимого смещения линии настройки ус­ танавливаются с помощью контактов пневмоэлектрического преоб­ разователя 6.

пределитель 5 сжатый воздух попадает соответственно в левый или правый пневмоцилиндры 14, на штоках которых закреплены собач­ ки 9, перемещающие ползушку 10 в ту или другую сторону. Верхняя плоскость ползушки выполнена с уклоном, соответствующим необ­

ние температурных колебаний и износа резца на точность обработ­ ки деталей. Система (рис. 106) состоит из электрического управляю­ щего прибора 3, соединенного с прибором 4, измерительной стан­ ции 9 для обработанной детали и специального устройства для кор­ рекции положения копировального суппорта станка. Коррекция осу­ ществляется деформацией контактного рычага 7 за счет изменения длины специального стержня 2, который нагревается (охлаждается) высокочастотным генератором /. Изменение температуры стерж­ ня 2 изменяет положение контактного рычага 7 относительно оси центров станка и положение каретки с резцом, а следовательно, и размер обрабатываемой детали 8. Диаметр каждой детали после об­

261

Поле допуска деталей на шкале прибора 6 разделено на пять зон. При нахождении диаметра детали в любой зоне, кроме средней, соответствующий фотоэлемент выдает команду сервоприводу 5 для коррекции положения суппорта с резцом. По результатам измере­ ния диаметра обработанной детали сервопривод перемещает дру-

Рис. 106. Комбинированная подналадочная система фирмы «Форстер» к токарно-копировальному станку

гой фотоэлемент относительно шкалы второго пневмофотоэлектрического прибора 4, который контролирует отклонение контактного рычага 7 суппорта и одновременно регулирует с помощью высоко­ частотного генератора / нагрев (охлаждение) стержня 2.

Г л а в а V I I I . САМОПРИСПОСОБЛЯЮЩИЕСЯ (АДАПТИВНЫЕ) СИСТЕМЫ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ

§ 33. О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я

В настоящее время самоприспособляющиеся (адаптивные) си­ стемы являются одним из основных и наиболее перспективных на­ правлений развития систем активного контроля, в частности, систем регулирования (управления) производственными процессами.

Отличительной чертой самоприспособляющихся (самоподнастраивающихся) систем вообще является их способность приспосаб­ ливать, изменять свою структуру или характер действия в зависи­ мости от внешних условий, от выхода из строя или нарушения свойств какого-либо из элементов системы и т. д. В частности, они осуществляют без участия человека изменение параметров настрой­ ки системы для обеспечения минимальной суммарной погрешности на выходе при наличии случайных возмущений. Системы приходят в действие при рассогласовании текущего значения контролируемо­ го параметра с его заданным значением.

£62

Самоприспособляющиеся системы, в отличие от обычных, как правило, имеют переменную настройку задающего элемента при контроле по отклонению размера, а также компенсирующее устрой­ ство с двумя входами, выполняющее вычислительные операции-над двумя измеряемыми величинами (по отклонению и возмущению). У наиболее совершенных самоприспособляющихся систем имеется также обратная связь по отклонению размера, подающая сигнал рассогласования непосредственно на вход регулируемого объекта (детали) и, таким образом, зависящая от основных возмущений (износа, тепловых и силовых деформаций). В функцию компенси­ рующего устройства входит ликвидация возможного рассогласова­ ния в системе. Самоприспособляющиеся системы должны также ав­ томатически решать задачу о выборе оптимального режима обра­ ботки, обеспечивающего достижение наивысшей точности и наиболь­ шей производительности при наименьших затратах потребляемой энергии.

В рассматриваемых системах изменение параметров настройки с целью достижения заданной точности производится с помощью автоматической поднастройки системы, которую можно осуществить следующими способами [69]:

1)периодическим контролем параметров по установочной мере или образцу идентичному по своей физической природе с контроли­ руемой величиной. Основное преимущество данного способа самоподнастройки — отсутствие измерения величины-основного возму­ щения. Этот способ, несмотря на имеющийся недостаток (подвер­ женность образцовой детали воздействию температурных возмуще­ ний), является наиболее простым и надежным;

2)с помощью искусственного возмущения, действие которого равно и противоположно действию вредного возмущения. Этот спо­ соб особенно эффективен при контроле размеров электрическими методами, когда вместо образцовой детали можно использовать электрический фильтр, выполняющий функцию положительной пря­ мой связи;

3)с помощью амортизирующих блоков или корректирующих обратных связей, непрерывно компенсирующих вредное действие одного наиболее неблагоприятного возмущения;

4)с помощью экстремальной настройки амортизатора возмуще­ ния, осуществляющей поиск минимума ошибки измерения. При осу­ ществлении данного способа самонастройки рассогласование (ошиб­ ка) системы, получающееся как разность управляющих сигналов (измеряемых величин) на выходе измерительного и образцового преобразователей, должно быть равно нулю. Если в системе появи­ лось рассогласование, то оно возбуждает схему поднастройки, кото­ рая вычисляет квадрат рассогласования. Этот сигнал поступает на вычислительное устройство, формирующее сигнал поднастройки па­ раметра амортизатора возмущения. Ошибка системы будет мини­ мальной при определенном значении переменного параметра на­ стройки амортизатора возмущения. Если в системе образуется рас-

263

согласование, то значение параметра настройки не является опти­ мальным, и его нужно изменить принудительно. Переменному пара­ метру настройки дается малое приращение, которое приводит к из­ менению величины рассогласования. Если приращение параметра настройки вызывает не уменьшение, а увеличение рассогласования, то система поднастройки должна изменить знак приращения. При достижении оптимального значения параметра настройки рассог­ ласование в системе становится равным нулю и схема поднастрой­ ки больше не возбуждается. Если изменение одного параметра на­ стройки оказывается недостаточным, то необходимо изменить не­ сколько переменных параметров настройки до тех пор, пока не бу­ дет достигнут желаемый результат.

В силу дискретности технологического процесса обработки из­ делий наиболее эффективными оказываются такие самоприспособ­ ляющиеся системы, в которых поднастройка осуществляется по по­ ложению центра группирования (усредненные поднастройки). Рас­ смотренные в гл. V I I комбинированные (двухступенчатые) системы регулирования, относящиеся к замкнутым самоприспособляющимся системам, обеспечивая весьма эффективную автоматическую поднастройку станка в зависимости от изменения систематически дей­ ствующих факторов (коррекция центра группирования размеров), не реагируют, например, на колебание величины припуска от дета­ ли к детали, изменение их температуры, твердости материала и т. д. Это часто приводит к значительным колебаниям сил резания в про­ цессе обработки и, как следствие, к увеличенному разбросу разме­ ров и искажениям формы деталей. Дальнейшее повышение точности систем регулирования может быть достигнуто применением допол­ нительных разомкнутых контуров самоподнастройки по различным возмущающим факторам (температурным деформациям деталей, вибрациям, действительной скорости съема припуска и т. д.), кото­ рые позволяют уменьшить случайную составляющую погрешности (мгновенное рассеивание размеров).

В настоящее время имеются все предпосылки для создания само­ приспособляющихся (адаптивных) систем программного управле­ ния металлорежущими станками, обладающих способностью реаги­ ровать на непосредственные отклонения размеров, твердости и дру­ гих параметров обрабатываемой заготовки от расчетных значений и вносить соответствующие изменения в режим обработки. Строгое выполнение предварительно фиксируемой программы повышает производительность только при отсутствии непредвиденных обстоя­ тельств. В противном случае необходимо вмешательство человека. Аналогично опытному токарю, наблюдающему за цветами побежа­ лости, запахом стружки и появлением вибраций, адаптивная систе­

режим и попытаться достичь более высокой производительности за

164

счет варьирования других параметров, т. е. она должна обладать способностью к «самообучению». Целесообразность создания по­ добных систем неоднократно подчеркивается и в зарубежной пе­ чати [180].

Превращение обычного автоматически регулируемого станка в самоприспособляющийся станок-автомат может быть осуществле­ но путем оснащения этих станков комбинированной (двухступенча­ той) системой, состоящей из прибора активного контроля в про­ цессе обработки и автоматического подналадчика с дополнительной обратной связью по перемещению рабочих органов станка, а также системой автоматического регулирования режимов обработки, точ­ ности формы и автоматической компенсацией температурных и дру­ гих возмущений. Оптимальные самоприспособляющиеся системы должны обеспечивать на выходе процесса регулирования размеров минимальное значение средней квадратической погрешности.

Следует отметить, что к самоприспособляющимся системам можно отнести любые системы активного контроля, которые прихо­ дят в действие при рассогласовании контролируемого параметра с заданным значением. К самоприспособляющимся системам ак­ тивного контроля можно отнести системы с автоматической коррек­ цией уровня настройки по установочной мере; комбинированные (двухступенчатые) системы; системы автоматического регулирова­ ния режимов обработки и точности формы; системы с автоматиче­ ской компенсацией температурных и скоростных погрешностей; системы для комплектной (сопряженной )обработки деталей; систе­ мы с фиксацией положения исполнительных органов станков; самоподнастраивающиеся системы программного управления; системы, автоматически компенсирующие нестабильность действительной скорости съема припуска; системы управления упругими перемеще­ ниями СПИД; системы стабилизации и регулирования крутящего момента, мощности и скорости резания, а также другие системы, способные оптимизировать процесс обработки в соответствии с при­ нятыми точностными и экономическими критериями.

В данной главе рассматриваются только измерительные само­ приспособляющиеся системы, являющиеся новым, наиболее совер­ шенным классом автоматических систем. Автоматическая коррек­ ция (самонастройка) таких систем может производиться как меха­ ническим, так и электрическим методами.

Самоприспособляющиеся системы должны создаваться на осно­ ве методов, обеспечивающих высокую точность и производитель­ ность, возможность выполнения логических операций, надежность, экономичность и удобство в обслуживании. В различной мере отве­ чают этим требованиям основные методы преобразования измери­ тельного импульса, применяемые в настоящее время: электрокон­ тактные, пневматические и индуктивные. В связи с этим рассмот­ ренные в данной главе системы с автоматической коррекцией уров­ ня настройки также подразделяются по этому принципу. При этом основное внимание уделено самонастраивающимся системам с пери-

265

одическим контролем параметров по установочной мере или образ­ цовой детали (сигналу), которые позволяют просто и надежно ре­ шать задачу автоматического обеспечения точности измерения раз­ меров.

§ 34. СИСТЕМЫ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ К О Р Р Е К Ц И Е Й УРОВНЯ НАСТРОЙКИ ПО УСТАНОВОЧНОЙ МЕРЕ

Электроконтактные системы. Самонастройка в системах автома­ тического контроля и регулирования осуществляется, как правило, путем автоматической проверки и подиастройки чувствительных элементов этих систем (датчиков).

На рис. 107 приведен принцип действия самонастраивающегося электроконтактного датчика, разработанного в НИИТракторосельхозмаше. Этот датчик с автоматически настраиваемой системой позволяет производить самоконтроль и настройку измерительной системы по образцу. Настройку (поднастройку) корректируют по результатам сравнения уровня первоначальной настройки измери­ тельной системы и последующего отклонения от заданных размеров образца, которые могут иметь место за счет механических, темпера­ турных и других факторов. Самонастраивающийся электроконтакт­ ный датчик используют в системе автоматического устройства, ко­ торое подает измеряемые детали в зазор между столиком / и щу­

установленное время включается система самоконтроля: вращением кулачка включается конечный выключатель 1ВК, который переклю­ чает схему контроля изделий на автоматический самоконтроль из­

с диска 2 на диск 4. Если нижний контакт датчика замкнут, на сет­ ку лампы ЛІ/В подается нулевой потенциал. Лампа открывается, включается реле 2Р, и нормально закрытые контакты этого реле оказываются разомкнутыми. При включении в цикле конечного выключателя 2ВК электрическая цепь электродвигателя оказы­ вается разомкнутой контактами реле 2Р, и команда на поднастрой­ ку не подается.

Если же нижний контакт датчика разомкнут, реле 2Р не вклю­ чается и при замыкании в цикле конечного выключателя электриче­ ская цепь электродвигателя оказывается замкнутой через нормаль-

266