Соломонцев Ю.М. Теория автоматического управления

чительным коэффициентом линейного расширения. На конце стержня расположен шарик 10, контактирующий с конической поверхностью отверстия в цанге. Винт 13, фиксируемый гайкой 14, служит для регулировки диаметрального размера пальца. Внутри

нагрева стержня, при которой нагревательный элемент включается посредством реле 3 (Р) в сехь.

После того как заготовка 8 заняла нужное положение на пальцах, установленных в корпусе 4 приспособления, включаются нагревательные элементы 7. Они нагревают в течение 3—5 с стержни, которые при этом удлиняются. За счет их удлинения шарики перемещаются и расклинивают цанги, которые выбирают зазоры в сопряжениях. Если температура нагрева стержня превышает заданную, блок / отключает реле. После закрепления заготовки электрическая схема отключается и во время обработки пальцы остывают.

На рис. 3.14, б представлена другая конструкция установочных пальцев. В цанге 6 установлены сферы 9, выполненные из материала со значительным коэффициентом объемного расширения, внутри которых в керамических втулках 7 расположены нагревательные элементы 8. В сфере смонтирован датчик 10

рые выбирают зазоры в сопряжениях, обеспечивая правильную

Применяемые в настоящее время трех- и четырехкулачковые патроны в ряде случаев позволяют получить высокую точность относительного расположения обрабатываемых поверхностей детали путем выверки. Однако на процесс выверки, осуществляемый методом проб, затрачивается значительное вспомогательное время (3—10 мин). Погрешности установки детали приводят к недопустимому ее радиальному биению. Автоматизация процесса выверки и сокращение погрешностей установки обеспечивается системой автоматической выверки (CAB).

Кинематическая схема достижения требуемой точности положения центра Од детали относительно центра Ош вращения шпинделя станка приведена на рис. 3.15. Принцип управления основан на развороте двух связанных с патроном эксцентриков, управляемых двумя миниэлектродвигателя'ми. Центр Ог поворота первого эксцентрика смещен относительно центра Ош на эксцентриситет ег. Центр Оа поворота второго эксцентрика смещен отно-

121

смонтирован поворотный диск 12, несущий стандартный трехкулачковый патрон 13. Втулка и диск 12 кинематически связаны с двумя управляющими электродвигателями / (W = 10 Вт, п =

— 2 мин"1), закрепленными на фланце 4. Кинематическая связь

К поверхности заготовки подводят датчик 15, служащий для измерения величины ее радиального биения относительно оси вращения шпинделя.. Датчик закреплен в специальном держателе, установленном в резцедержателе 16 станка.

Сигнал с датчика Д (рис. 3.17), представляющий собой периодическую функцию времени, проходит через фильтр Ф, выделяющий первую гармонику, т. е. эксцентриситет вращающейся детали, и подается затем на электронные ключи /С/ и К2. С другой стороны на эти ключи направляются импульсы тока от генератора импульсов Г, прошедшие триггер Тг со счетным входом. Импульсы тока попеременно открывают ключи /С/, К2 и таким образом поочередно направляют сигналы с датчика Д на сравнивающее устройство СУ. В СУ происходит непрерывное сравнение следующих друг за другом импульсов.

Положительный сигнал рассогласования, соответствующий уменьшению эксцентриситета заготовки, подается в усилитель У, где усиливается и поступает затем в командное устройство КУ, которое включает в работу электродвигатель ЭД1. Последний через шестерни 3, 18 (см. рис. 3.16) и трубу 6 поворачивает втулки 17 до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьшится до нуля. После этого /СУ (см. рис. 3.17) отключает ЭД1 и включает ЭД2. Двигатель ЭД2 через шестерни 2, 19 (см. рис. 3.16) и валик 7 поворачивает диск 12, обеспечивая тем самым дальнейшее уменьшение эксцентриситета заготовки. Как только сигнал рассогла-

123

Рис. 3.18. Структурная схема автоматической настройки расточных оправок

друг друга. Датчики через блок согласования связаны с УЧПУ станка. Для компенсации указанных погрешностей измеряются

в УЧПУ станка (блок управления серводвигателями). По результатам этих управляющих воздействий формируется команда на точный останов стола в момент касания вершины резца либо с датчиком Д1, либо с датчиком Д2. Результат каждого измерения размеров (Ях и Иг) высвечивается цифровой индикацией УЧПУ станка. Суммируя полученные значения' с Л2) ЬН.Ф1 DH.a, определяют отклонение ±К размера статической настройки технологической системы (диаметральный размер). Полученное отклонение с учетом знака через блок управления исполнительнымустройством САН отрабатывается механизмом автоматического выдвижения резца (рис. 3.19) оправки.

Оправка состоит из корпуса 17, соединенного с инструментальным хвостовиком 10, служащим для установки устройства в шпиндель станка. Корпус 17 зафиксирован двумя винтами 13. В корпусе выполнены направляющие скольжения. В них перемещаются резцедержатель 6 и толкатель /. Резцедержатель (с расточным резцом 7) удерживается от поворота шпанкой 8 и, пружиной 5,

- -ef

Рис. 3.19. Оправка с системой автоматического регулирования вылета резца

закрепленной в пазу корпуса 17 двумя винтами 4, постоянно поджимается к толкателю У. Резец 7 закреплен в резцедержателе 6 винтами 19.

Толкатель через ходовой винт 18 и штифт 16 соединен с выходным валом редуктора электродвигателя //. Последний закреплен в корпусе винтами 12. Толкатель фиксируется от поворота винтом 14, который выполняет одновременно функцию кулачка — ограничителя хода толкателя /. При достижении крайних допустимых положений толкателя / винт 14 вызывает срабатывание микропереключателей 15, которые разрывают цепь питания электродвигателя. Питание электродвигателя // осуществляется . через штепсельный разъем 9. Крышка 3 с винтами 2 закрывает внутреннюю полость оправки.

Устройство работает следующим образом. После установки автооператором оправки в шпиндель станка с помощью специального устройства осуществляется автоматически ее ориентация

внужном угловом положении и подсоединение ответной части разъема 9. В соответствии-с измерительной программой, входящей

вУП обработки, отсчетно-измерительной системой станка определяется необходимая величина выдвижения резца 7. Блок управления САН включает электродвигатель 11, который вращает

ходовой винт 18. Вращательное движение последнего преобразуется в поступательное движение толкателя / и резцедержателя 6. В результате резец 7 перемещается на требуемую величину. После этого цепь питания электродвигателя разрывается.

По окончании процесса настройки (или поднастройки) проис- • ходит автоматическое отсоединение разъема питания электродвигателя и включение УЧПУ на отработку основной программы. Точность перемещения резца составляет 0,003 мм. Точность определения отклонения размера статической настройки обусловлена

точностью срабатывания датчиков Д1 и Д2 (см. рис. 3.18), накопленной погрешностью определения размера Аг между базами датчиков Д1 и Д2. Таким образом, общая погрешность определе,- ния отклонения размера статической настройки оценивается величиной 0,011 мм на диаметр для станков 243ВМФ2, 6904ВМФ2. Использование САН на станках данного типа позволяет, например, повысить точность диаметральных размеров отверстий при тонком растачивании в 1,8—2,5 раза.

При управлении статической настройкой в процессе обработки в качестве управляющей переменной используется текущий раз-

управления размером Ас. В процессе резания, начиная с первого момента, измеряются отклонения Ал и выполняется автоматическая коррекция размера Ас на величину Дс, равную упругому перемещению и направленную в противоположную сторону: Ас = А'я. Новый размер статической настройки Ас\ = Ас — Ас.

127

В результате регулирования на детали получается размер Лд = = ЛС1 + Лд — Л0 — АО +'ЛД = Ар, где Ар — рабочий настроечный размер.

Однако коррекция размера Лс на величину Дс вызывает отклонение глубины резания At = Ас. Следствием этого является изменение по величине и направлению вектора Р, что приводит к появлению дополнительных Ад относительных перемещений режущего инструмента и баз станка. Новое значение упругого перемещения Лд = Лд + Ад. Размер, получаемый на детали, при этом отличается от размера, который нужно обеспечить, на величину

Приращение Ас размера Л0 при управлении теоретически равно сумме отклонения Нл, измеренного до управления, иприращения Ад, вызванного изменением глубины t резания в процессе управления' Ас = Лд 4- Ад. При этом Ад является 'величиной второго порядка малости по сравнению с Лд, поэтому система практически сразу выводит инструмент в требуемое положение.

Повышение точности обработки при использовании данного способа управления достигается за счет поддержания в процессе резания постоянства суммы размеров Л0 и Лд:

At, = ЛС1 + ЛД1 = Лс! 4- Лда = • • • = Лсп -f Лдл = const. (3.9) Размер, получаемый на детали при управлении размером Лс,

Если Ая направлено в,сторону увеличения Лд, то Ас = Д„ + At , где Дг — приращение, полученное в результате увеличения глубины резания при управлении статической настройкой (At = Ас). Если Ад направлено в сторону уменьшения Лд, то оправка в размер Л0 Ас = Ад — Ы, где А/ — приращение, полученное из-за уменьшения глубины резания при автоматическом регулирова-

ствлять малые реверсивные перемещения, котбрые обеспечиваются исполнительным механизмом малых перемещений ИМ. В САдУ

19Й

за величиной упругого перемещения на замыкающем звене, изменяет размер Л0 на ту же величину в противоположном направлении.

В САдУ размером Лс в целях компенсации температурных деформаций вместо ДУ следует использовать термометрическое устройство.

В современных станках, которые оснащены высокоточными и высокочувствительными приводами подачи с микропроцессорным управлением, автоматическую коррекцию Л0 осуществляют без дополнительного ИМ малых перемещений.

Точность обработки значительно повышается и при программном изменении или управлении размером Лс. В первом случае Л0 хрегулируют по определенному закону А0 = f (x) в функции от каждого параметра. Такими параметрами в зависимости от решаемой задачи могут быть время, координата перемещения заготовки или режущего инструмента в продольном или поперечном направлении и др. Точность обработки повышается за счет уменьшения влияния на нее систематически действующих факторов (переменная жесткость /т.с технологической системы, погрешность направляющих и др.).

Во втором случае осуществляют программное изменение Л0 по определенному закону А0 = / (х) с одновременным регулированием Лс в соответствии с отклонениями Ад, обусловленными совокупным действием случайных факторов. Таким образом, точность обработки возрастает за счет уменьшения влияния на нее действия факторов как системного, так и случайного характера.

При использовании САдУ размером Лс важным является назначение оптимальных режимов резания v и S. В соответствии с поставленной задачей следует исходить из определенного критерия •—• целевой функции времени Т — F (S, v, t) или стоимости обработки детали С = f (S, v, t).