книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

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

рого через механизм подачи автоматически меняется подача суппор­ та. Управляющий шпиндель УШ регулятора поворачивается с по­ мощью асинхронного конденсаторного двигателя Д-32, выполненно­ го конструктивно вместе с редуктором. Индуктивный датчик подает сигнал, недостаточный для поворота ротора двигателя Д-32, поэто­ му для усиления сигнала в системѵ введен электронный усилитель ЭУ-42.

Система автоматического регулирования подачи работает сле­ дующим образом. Как только в процессе обработки суппорт откло-

;

нится от настроечного положения, датчик выдает напряжение пря­ мого или обратного направления (в зависимости от того, в какую сторону от установочного положения произошло отклонение суппор­ та), которое сравнивается с опорным напряжением в сравнивающем устройстве СУ, усиливается усилителем ЭУ-42 и в виде сигнала уп­ равления поступает на обмотку электродвигателя Д-32. Последний вращает управляющий шпиндель гидравлического регулятора в том или другом направлении в зависимости от знака поданного напря­ жения, изменяя скорость вращения ходового валика и подачу.

Первые промышленные образцы датчиков и блоков управления рассмотренных выше САР разработаны ОКБ Министерства станко­ строительной и инструментальной промышленности, причем для различных видов металлорежущих станков системы управления со­ бираются из ряда типовых блоков.

300

V

Схема датчика мод. ИП-1 для контроля перемещений показана на рис. 128. Датчик представляет собой замкнутый магнитопровод, состоящий из сердечника 5 с обмотками 3 и 7 и якоря. Якорь обра­ зован немагнитным стержнем 4, на котором насажены ферромаг­ нитные втулки / и 2, разделенные немагнитной шайбой 6, т. е. он, по-существу, состоит из двух магнитопроводящих половин, не имею­ щих между собой магнитной связи. В этом случае отсутствует не­ достаток, который присущ датчикам с неразделенным якорем, а именно, отсутствует шунтирующее действие проводимости потока, созданного каждой катушкой и проходящего через оба переменных

ДМ-3. Фактически датчики контролируют не мощность, а ток, кото­ рый изменяется пропорционально изменению мощности. Для этого необходима компенсация реактивной мощности электродвигателя. В схеме предусмотрены конденсаторы, включаемые на вход элек­ тродвигателя, рассчитанные таким образом, чтобы coscp приближал­ ся к единице и в рабочем диапазоне двигателя практически не ме­ нялся. В схеме также предусмотрена компенсационная цепь для исключения влияния колебаний напряжения на результаты измере­ ния тока.

На рис. 129 приведена простая по конструкции и надежная в эксплуатации система регулирования продольной подачи токарных гидрокопировальных станков, разработанная на станкозаводе, им. Орджоникидзе. При отклонении вектора силы резания от задан­ ной величины изменяется перепад давления в гидроцилиндре / при­ вода продольной подачи и соответственно в полостях гидрозолотни­ ка 2. Постоянство перепада давления в гидрозолотнике, соответст­ вующее установленному усилию резания, поддерживается таррированной пружиной 3. Поэтому при изменении давления шток гидро­ золотника перемещается в ту или иную сторону, чем регулируется подпор в цилиндре привода и, следовательно, изменяется величина продольной подачи, поддерживая постоянство усилия резания.

Интересное устройство разработано в Московском автомеханик ческом институте (МАМИ). Его действие основано на том, что с уве-

301

личением припуска на обработку черновая подача автоматически увеличивается, а с уменьшением припуска — уменьшается.

На рис. 130 изображена разработанная в ИМА АН БССР систе­ ма автоматического регулирования, компенсирующая влияние сило­ вых деформаций режущего инструмента.

§ 38. САМОПОДНАСТРАИВАЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ С П Р О Г Р А М М Н Ы М У П Р А В Л Е Н И Е М

Компенсация технологических погрешностей, возникающих под влиянием размерного износа режущего инструмента, а также тепло­ вых и силовых деформаций, имеет для систем программного управ­ ления металлорежущими станками такое же значение, как и для обычных систем.

В зависимости от характера выходного параметра в системах программного управления следует различать три вида размерных (метрологических) обратных связей, которые могут осуществляться:

Существующие системы программного управления металлоре­ жущими станками применяются с устройствами обратной связи, ко­ торые основываются на косвенном методе контроля. Это значит, что в процессе обработки точность обрабатываемых деталей оценивает­ ся по точности перемещения исполнительного органа. При такой

302

электродвигатель 3 продольной подачи суппорта. Кроме того, через усилитель 5 производится включение электродвигателя 6, который устанавливает резец на необходимый размер обработки.

Этой части схемы было бы достаточно для создания станка с программным управлением по разомкнутой схеме (без обратной связи). Цикл обработки полностью будет соблюдаться, так как в нужное время будут подаваться команды о подводе резца, начале

система не может обеспечить высокого качества продукции, так как деформации, инерция звеньев, изменение сил трения в направляю­ щих при перестановках резца и т. д. будут приводить к рассеиванию размеров. Для уменьшения поля рассеивания введена цепь обрат­ ной связи для подналадки положения резца в процессе обработки. Датчик 7 перемещается вместе с суппортом и осуществляет конт­ роль диаметра обрабатываемого участка. Программное устройство управляет перемещением датчика на требуемый размер при помо­ щи двигателя 8 и микрометрического винта 9. На программной лен­ те записаны эти команды. Благодаря тому, что измерительные уси­ лия незначительны или вообще отсутствуют (у бесконтактных дат­ чиков), винт 9 обладает высокой точностью, а перемещаемые массы

му обратной связи в суммирующий механизм 4; если действитель­ ный размер начинает выходить за допустимые пределы, производит­ ся автоматическая подналадка резца тем же электродвигателем 6.

304

Рассмотрим применение ССПУ станками при индивидуальной и мелкосерийной обработке ступенчатых валиков на круглошлифовальном станке мод. ЗА15Щ с программным управлением, создан­ ным ЭНИМС совместно с ОКБШС Харьковского станкозавода им. Коссиора [20]. На рис. 133 представлена структурная схема этой системы. Программа содержит информацию двух видов: об оконча­ тельных размерах шлифуемых ступеней и о номерах, подлежащих шлифованию ступеней и режиме правки. Вся остальная информа­ ция, необходимая для автоматического шлифования, поступает от датчиков, размещенных соответственно положению и ширине режу­ щей кромки шлифовального круга.

Логическая обработка всей информации о цикле, получаемой датчиками от изделия, производится в блоке управления, который выдает команды для управления приводами, осуществляющими по­ перечные установочные и продольные перемещения, а также пере­

ся автоматическое устройство (блок сравнения), подающее сигналы по достижении заданных размеров. Эти сигналы вырабатываются путем сравнения действительных размеров обрабатываемых ступе­ ней (контролируемых измерителем) с заданными по программе. По сигналам автоматического устройства производится регулиро­ вание режима подачи, а окончательный сигнал о размере поступает в блок управления. Этот сигнал вызывает отключение подачи и обес­ печивает необходимые доводочные и устано­ вочные перемещения для подачи на шлифо­ вание очередной подлежащей обработке ступени изделия.

большинства шлифуемых изделий номинальный размер выражает­ ся целым числом миллиметров, припуск на шлифование меньше миллиметра, а допуск находится в пределах ±100 мкм. Номиналь­ ный диаметр, который может быть получен после шлифования лю­ бой из ступеней детали, определяется как ближайшее к диаметру заготовки меньшее целое число миллиметров, так как диаметр заго­ товки—это номинальный размер плюс припуск. Переход с зада­ ния одного номинального размера на другой и измерение в про­ цессе шлифования осуществлялись с помощью индуктивного датчи­ ка / (см. рис. 134) с зубчатой шкалой 2 (имеющей шаг 1 мм). При перемещении штока 3 с датчика, закрепленного неподвижно отно­ сительно нижней измерительной губки 4, снимается периодически меняющийся сигнал, который после необходимых преобразований представляет собой напряжение примерно синусоидальной формы

спериодом 1 мм.

Вточках положения шкалы, соответствующих целым милли­ метрам, выходное напряжение датчика проходит через нулевые зна­ чения, которые фиксируются, если допуск равен нулю. Если же за­ данный номинальный диаметр имеет допуск, не равный нулю, то сигнал о размере подается, когда выходное напряжение датчика примет определенное, заранее заданное значение. Это значение ус­ танавливается с помощью декадных переключателей, которыми вво­ дятся допуски от 0 до 99 мкм с дискретностью 1 мкм. Таким обра­ зом, данная система автоматического контроля не требует програм­ мирования номинальных размеров, а предусматривает только зада­ ние допуска. Испытание измерительного прибора в ЭНИМС показа­

ло его пригодность при точности обработки в пределах 1—2-го клас­ сов.

Отклонение от номинала при переходе от одного диаметра к другому зависит от точности изготовления шкалы (по шагу).

В ОКБШС разработана и применена для этого же круглошлифовального станка другая система активного контроля, основанная на использовании емкостного датчика, преобразующего движение

выполненного на тороидальных трансформаторах и автотрансфор­ маторах, который обеспечивает высокую точность деления напря­ жения (погрешность менее Ю - 6 диапазона моделирования). Зада­ ние размера (напряжения) осуществляется коммутацией соответ­ ствующих отпаек автотрансформаторов с последующим суммирова­ нием напряжений всех разрядов. Дискретность задания размера

ЗС6

равна единице младшего разряда, т. е. при диапазоне моделирова­ ния 99,999 мм размеры задаются с дискретностью 1 мкм.

Датчик встроен в двухточечную накидную скобу. Для согласова­ ния начала отсчета и совмещения линейной характеристики узла за­ дания с характеристикой датчика производится настройка образцо­ вой детали, имеющей три аттестационных при постоянной темпера­ туре диаметра. Настройка заключается в том, что двумя парами де­ кадных переключателей (на пульте программирования) задаваемые диаметры ступеней образцового валика последовательно приводятся в соответствие с фактическими. При этом происходит коррекция ну­ ля и масштаба измерения, т. е. автоматически компенсируются возможные погрешности от износа наконечников, от перекоса в ус­ тановке скобы, температурных де­

и при нажатии щупов (хотя бы одного из них) по сигналу индук­ тивного датчика осуществляется переход с быстрого хода на форси­ рованную подачу, обеспечивающий благоприятные условия начала контакта круга с изделием. С помощью щупов определяется также метод шлифования ступени (врезное, на проход) и обеспечивается возвратно-поступательное движение стола при шлифовании на про­ ход. Команда на реверс стола с предварительным торможением осу­ ществляется от датчика и соответствующего щупа, упирающегося

вборт смежной ступени либо сходящего со шлифуемой ступени.

Впоследние годы стали появляться автоматические системы для измерения изделий сложной формы с помощью программного уп-