книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

вводится поправка. Сигнал с термосопротивления, которое вращает­ ся вместе с деталью, снимается через коллектор, установленный на шпинделе бабки изделия станка. Оба термосопротивления включе­ ны в электрическую схему, управляющую положением заслонки противодавления, смещение которой регулирует величину зазора Si, т. е. давление в ветви противодавления. Поскольку измерительная ветвь и ветвь противодавления выполняются идентичными по харак­

на ASj выдача команды будет произведена прибором при зазоре S

с реверсивным двигателем, смещающим заслонку противодавления. Термосопротивления образуют два плеча моста, два других плеча образованы сопротивлениями и реохордом 13 (см. рис. 120). С диагонали моста снимается напряжение разбаланса, которое уси­ ливается усилителем 7 напряжения и подается на серводвигатель 8. Последний смещает движок 12 реохорда до баланса моста. Движок реохорда непосредственно связан с микровинтом 9, так что при повороте движка вследствие перемещения микровинта происходит поворот заслонки 10 и таким образом изменяется зазор S, над соплом противодавления. Собственная погрешность прибора поряд­

но 60%. Для компенсации температурных погрешностей этих дета­

ружной поверхности детали. Информация от этих устройств посту­ пает в суммирующий датчик, который выдает команду для управления процессом хонингования отверстия детали.

Устройство, измеряющее тепловое изменение диаметра наруж­ ной необрабатываемой поверхности детали, вводит в суммирующий датчик такую информацию, которая задерживает подачу команды о прекращении процесса хонингования.

'^88

Прибор активного контроля, управляющий циклом обработки стан­ ка, находясь в тяжелых условиях работы, имеет значительное сме­ щение уровня первоначальной настройки, вызываемое износом измерительных наконечников, медленными температурными дефор­ мациями, смещением характеристик электрических, механических и пневматических устройств и рядом других факторов, появление и влияние которых нередко невозможно учесть.

Если изменение размера обрабатываемых деталей за счет сме­

Рис. 121. Принципиальная схема самокорректирующейся комбиниро­ ванной системы ОКБ с автоматической настройкой по обрабатывае­ мым деталям и установочной мере

шественных величин и конструктивными или другими мерами уменьшить систематическую составляющую невозможно, то в этом случае целесообразно применять разработанную в ОКБ реверсив­ ную самокорректирующуюся комбинированную (двухступенчатую) систему активного контроля и регулирования с автоматической на­ стройкой по обработанным деталям и установочной мере [43; 44].

Самокорректирующаяся комбинированная система состоит из трех измерительных блоков (рис. 121): блока 2 в зоне шлифования,

блока 10 вне зоны шлифования, блока 7 поднастройки по образцо­ вой детали (самонастраивание).

Блок 2 выполняет функцию прибора активного контроля И, управляющего циклом обработки станка. Блок 10 выполняет функ­ цию прибора 8 вне зоны обработки (поднастройщика), который ав­ томатически при необходимости поднастраивает прибор 11. Блок 7

пневматическую скобу 11. При достижении заданного размера за­

смещения настройки периодически самонастраивается по образцо­ вой детали.

На измерительную позицию поднастройщика вне зоны обработки периодически подаются выборки деталей. Периодичность выборок, их частота должны определяться в каждом отдельном случае, исхо­ д я из конкретного технологического процесса изготовления деталей. Число деталей в выборке устанавливается оптимальным (6 шт.). Выборки берутся непрерывно в течение всего технологического процесса, поэтому контроль и регулирование осуществляются по скользящей системе.

Измерительное устройство поднастройщика 8 представляет со­ бой измерительную ветвь дифференциального шестиконтактного пневмоэлектрического датчика 9. Для устранения влияния на точ­ ность регулирования погрешности формы измерительное устройство контролирует средний диаметр детали. При использовании пневма­ тического метода измерения эта задача решается весьма просто.

По результатам измерения деталей на поднастройщике 8 стати­ стический анализатор (на рисунке не показан) через электронный блок 3 выдает команду на поднастройку прибора активного контро­ ля / / , управляющего циклом обработки станка.

Принцип работы статистического анализатора заключается в следующем. Допуск на обработку детали разделяется на пять зон. При контроле шести деталей выборки, которые могут попасть в пять различных зон, возникают различные сочетания сигналов. Сигнал на поднастройку прибора активного контроля 12 подается в том слу­ чае, если любые три детали из шести выходят за контрольные пре­ делы (малые или большие), т. е. поднастройка осуществляется по скользящей медиане выборки, которая надежно защищает от гру­ бых деталей.

Исполнение команды на компенсацию смещения настройки при­ бора активного контроля / / осуществляется специальным блоком

290

поднастройки (рис. 122). Соответствующий сигнал на поднастройку прибора активного контроля от статистического анализатора через электросхему системы включает реверсивный серводвигатель / (на­ правление вращения двигателя зависит от того, в какую сторону нужно производить поднастройку). Серводвигатель / через зубча­ тую передачу 2 и микрометрическую винтовую пару 4 перемещает контакты 6 пневмоэлектрического датчика 9 на величину смещения настройки прибора активного контроля, которая определяется сиг­ налом статистического анализатора. Контакты 6 соединены рам­ кой 7, которая подвешена на плоских пружинах 5 относительно сильфонов 8 датчика 9.

Благодаря передаточной характеристике сильфонного датчика, точность поднастройки этим способом значительно увеличивается

Рис. 122. Механизм поднастрой­ ки самокорректирующейся ком­ бинированной системы О К Б

Î От сети

(в «k» раз, где «k» — передаточное отношение пневмоэлектрическо­ го сильфонного датчика) по сравнению с другими способами ком­ пенсации смещения, например, изменением противодавления расхо­ да воздуха, которое осуществляется дросселями типа сопло—зас­ лонка, шарик—конус, конус—конус и т. д.

Серводвигатель 1 вращается до сигнала об остановке, который дает командоаппарат 3, установленный на выходном валу блока поднастройки. Командоаппарат 3 управляет серводвигателем 1 в зависимости от величины импульса на поднастройку, которая может быть различной в зависимости от размера деталей выборки. Коман­ доаппарат позволяет осуществлять поднастроечный импульс, рав­ ный 0,3 мкм и более. После исполнения команды на поднастройку прибора активного контроля берется следующая выборка деталей и аналогичным образом анализируется изменение размеров деталей в выборке. В случае необходимости вторичной поднастройки следу­ ет взять еще одну выборку, и так до тех пор, пока не прекратятся' команды на поднастройку прибора активного контроля.

Таким образом, самокорректирующаяся комбинированная сис­ тема позволяет осуществлять надежную автоматическую поднастройку прибора активного контроля 11 (см. рис. 121), управляюще­ го циклом обработки станка, импульсами различной величины по модулю и знаку в зависимости от размеров деталей выборки.

Самонастраивание поднастройщика 8 производится периодиче­ ски по образцовой детали через интервалы времени, зависящие от наблюдаемых скоростей смещения настройки (примерно один раз в час). При этом электрическая измерительная схема системы пе­ реключается на режим самонастраивания. Образцовая деталь имеет ту же температуру, что и измеряемая деталь, чтобы исключить тем­ пературную погрешность. Это достигается тем, что образец находит-

Рис. 123. График определения оптимального импульса

0,5 1,0 15 2,0 А,мкм

ся в ванне с охлаждающей жидкостью, имеющей ту же температуру, что и при шлифовании.

При вводе образцовой детали на измерительную позицию под­ настройщика 8 в случае, если настройка сместилась на большую, чем установлено, величину, замыкается один из контактов 6 пневмоэлектрического датчика 9. Исполнение команды осуществляется специальным блоком поднастройки по образцу, который в основном аналогичен предыдущему блоку поднастройки, с той лишь разницей, что в нем отсутствует командоапцарат, а самонастраивание осуще­ ствляется через электронный блок 5 до размыкания соответствую­ щих контактов 6 датчика 9. После самонастраивания поднастрой­ щика образец вводится повторно, для того чтобы проверить пра­ вильность поднастройки.

Затем образец удаляется с измерительной позиции и система пе­ реключается на измерение деталей с последующей, если это необ­ ходимо, поднастройкой прибора активного контроля.

Данная система позволяет компенсировать любое систематиче­ ское смещение настройки как монотонное, так и немонотонное. Си­ стема обеспечивает достаточно надежную и стабильную работу. Вы­ сокая надежность электрорелейной системы была подтверждена также расчетным путем. На рис. 123 изображено семейство экспери­ ментальных кривых, с помощью которых можно ориентировочно оп­ ределить оптимальный для данной системы импульс при различной

292

величине а. Суммарная погрешность подналадки в отдельных слу­ чаях не превышала 3 мкм.

Для регулирования технологических процессов с высокой точно­ стью может быть предложена самокорректирующаяся комбиниро­ ванная система (рис. 124) [111], которая состоит из трех основных узлов: жесткого регулируемого упора 2, определяющего положение шлифовальной бабки 3; прибора-подналадчика 4, корректирующего положение упора 2 по результатам измерений расстояния между

Г

Рис. 124. Самокорректирующаяся комбинированная система с регулируе­ мым упором

шлифовальным и ведущим кругами, и узла поднастройки 1, изме­ няющего первоначальную настройку прибора 4 по результатам из­

и влияние которых не всегда можно заметить и учесть.

Работа упора 2 основана на силовом замыкании его с рабочим органом станка; в цепи привода создан предварительный натяг, обеспечивающий предельную силу Р . Величина этой силы зависит от массы шлифовальной бабки, радиальной составляющей силы ре­ зания Ру, тепловых деформаций и других параметров системы

293

\

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