27. Управление упругими перемещениями внесением поправки в размер статистической настройки.

На рис. приведена блок-схема САУ для управления упругими перемещениями в технологической системе горизонтально-фрезерного станка для фрезерования торцевой фрезой плоскости на детали в размер . В ходе обработки детали датчики и измеряют перемещение базовой плоскости фрезы 1 и специальной измерительной поверхности на корпусе приспособления 2. Полученная информация в виде электрических сигналов поступает в сравнивающее СУ, где показатели датчиков суммируют и сравниваются с опорным сигналом, поступающим из задающего устройства ЗУ. Фактически двумя датчиками измеряются отклонения размера , составляющего размерной цепи А, описывающего технологический размер . По измеренным отклонениям этого размера судят об изменениях размера , возникающих в результате упругих перемещений. Сравнивающее устройство вырабатывает управляющий сигнал, соответствующий необходимой поправке в размер статической настройки, который усиливается в усилителе У и подается в исполнительный механизм ИМ. ИМ через механизм поперечной подачи перемещает стол вместе с приспособлением и заготовкой на величину

Отклонения размера представляет собой сумму отклонений всех m составляющих звеньев технологической цепи Б. Из этого вытекает два следствия. Во-первых, Останутся не учтенными при управлении отклонения звеньев которые участвуют в формировании отклонения технологического размера , что несколько снижает точность управляемого размера. Во-вторых, приведенная на рисунке САУ кроме изменений упругих перемещений в результате колебаний силы резания учитывает также и тепловые деформации всех составляющих звеньев размерной цепи Б, что положительно скажется на периоде работы технологической системы до подналадки, т. е. приведет к увеличению количества годных деталей, полученных при изменой наладке.

Однако САУ с внесением поправок в размер статистической настройки обладает одним недостатком, существенно сужающим возможности их применения. Недостаток заключается в трудности получения малых реверсивных перемещений инструмента или заготовки с приспособлением при внесении поправки. Малое перемещение узлов и деталей станка всегда связано с появлением скачка, причиной которого является разность коэффициентов трения покоя и движения. В ряде случаев величина этого скачка соизмерима с полем допуска технологического размера. Создание исполнительных механизмов для осуществления малых перемещений с незначительным скачком или без него - трудная техническая задача.

Управление упругими перемещениями внесением поправки в размер динамической настройки.

- Поскольку причиной возникающих упругих деформаций является сила резания, то косвенные измерения упругих перемещений чаще всего сводятся к измерению сил резания. Современная техника динамометрических измерений позволяет достаточно надежно получать непрерывно информацию о действующей силе резания, например, с помощью тензометрии, использующей объемную деформацию нагруженной силой детали для суждения о величине силы, породившей эту деформацию. Технологическая система представляет собой динамически замкнутую систему, в которой силы резания воспринимаются отдельными ее частями (инструментом, обрабатываемой заготовкой), передается на станину и там замыкается (уравновешиваются). Любую нагруженную силой резания деталь технологической системы можно использовать для целей измерения силы резания, например, наклев на нее тензодатчик. Но чаще всего в динамическую цепь включают специальное упругое звено или целое специальное измерительное устройство. Возникающую в таком упругом звене деформацию тарируют в величинах действующую силы резания. По величине силы резания можно определить величину упругих перемещений в технологической системе путем пересчета. Этот пересчет может быть автоматизирован включением в управляющую систему микропроцессорного устройства, но чаще пока используют тарирование возникающих упругих перемещений исполнительных поверхностей инструмента и станка или приспособления для установки заготовок в зависимости от прилагаемой во время тарирования силы.

Включение в технологическую систему измерительного динамометрического устройства позволяет получать непрерывно достаточно объективную информацию о ходе процесса обработки и величине возникающих упругих перемещений, что дает возможность создания автоматической системы управления ими путем внесения поправки в размеры как статической так и динамической настройки.

Поскольку , Н/м, то поддерживать постоянной величину упругих перемещений технологической системы, возникающих на этапе динамической настройки, возможно двумя путями:

1. Стабилизировать величину силы резания, т.е. обеспечить условия или =0;

2. Сделать переменной величину жесткости технологической системы var, поставив ее в зависимость от изменяющейся силы резания:

Возможности управления величиной силы резания, например, при точении вытекает из формулы:

Из формулы следует, что компенсировать изменение силы , возникающие в результате колебаний глубины резания, твердости материала в партии заготовок и затупления инструмента, можно изменением подачи или коэффициента , характеризующего условия обработки, т. е. геометрию режущего инструмента, материал режущей части, скорость резания и т. д.

Изменения подачи должны соответствовать условию, полученному из формулы:

Преимущественно использования подачи в качестве управляемого параметра является возможность создания очень тонкого и чувствительного механизма управления упругими перемещениями. Поправка вносится в размер динамической настройки за счет изменения величины самих упругих перемещений, не требуется никаких относительных перемещений частей станка или приспособления, поэтому нет причину для скачкообразных изменений величины вносимой поправки. Размер статической настройки остается неизменным в течение всего времени обработки заготовок между подналадками.

На рис… приведена блок-схема системы адаптивного управления упругими перемещениями при фрезеровании торцевой фрезой в технологической системе вертикально-фрезерного станка путем изменения минутной подачи стола вместе с заготовкой. В соответствии с назначенными режимами резания определяется величина упругих перемещений и во время наладки устанавливается задающим устройством ЗУ. Отклонения силы подачи измеряется датчиком (динамометрическим устройством) Д и в виде электрического сигнала дается через усилитель УС в сравнивающее устройство СУ. В сравнивающем устройстве сигнал сопоставляется с заданной при наладке в задающем устройстве ЗУ величиной, определяется величина и знак рассогласования и этот сигнал как команда на управления подается через усилитель в командное устройство КУ и далее на статорную обмотку двигателя постоянного тока, приводящего в движение механизм подачи стола. В соответствии со знаком управляющего сигнала напряжение на статорной обмотке двигателя увеличивается или уменьшается, в результате плавно изменяется число оборотов двигателя и, следовательно, минутная подача стола станка. Изменение подачи происходит до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение силы .

Недостатком использования подачи для управления упругими перемещениями является неодинаковая шероховатость как на отдельных участках поверхности одной детали так, так и на разных деталях партии. Известно, что с увеличением подачи растет высота остаточных микронеровностей на обрабатываемой поверхности. В ряде случаев этот недостаток удается компенсировать созданием на инструменте дополнительной режущей кромки, параллельной направлению подачи.

Управлять величиной силы резания возможно путем изменения геометрии резания. Принципиальные схемы реализации такой возможности применительно к точению приведены на рис…. Поворотом резца в горизонтальной плоскости вокруг его вершины можно изенять величину главного угла в плане ф1, а поворотами резца в вертикальной плоскости вокруг его продольной оси а-а, проведенной через вершину, можно изменять угол наклона режущей кромки л и, как следствие, заданной б и передний y углы резания. Эти изменения к соответствующим изменениям величины силы резания и таким образом опосредственно повлияют на величину упругих перемещений в технологической системе.

Для сохранения постоянства величины упругих перемещений можно изменять и жесткость технологической системы в функции силы резания. Для этого в динамическую цепь технологической системы необходимо включить упругое звено с изменяемой жесткостью, управляя которой можно изменять жесткость всей технологической системы. В качестве примера на рисунке приведена схема резцедержателя для токарного резца с переменной жесткостью. Резец 1 опирается на плоскую пружину 2. Эта пружина представляет собой балку на двух опорах. Расстояние между опорами может изменяться вращением винта 3 с правой и левой резьбой, который приводится во вращение электродвигателем. Работой электродвигателя управляет автоматическая система, аналогичная приведенной на рис… Очевидно, что при возрастании силы резания для сохранения постоянной величины упругих перемещений необходимо опоры пружины 2 сближать и наоборот.