2.3.10. Управление точностью механической обработки

Рассмотрение технологической системы как автоматически действующей показывает возможные пути управления точностью механической обработки:

— управление по входным параметрам;

— управление по внешним возмущающим воздействиям;

— управление по выходным параметрам.

Управление по входным параметрам предполагает использование следующих мероприятий:

— повышение точности заготовок;

— работа на оптимальных режимах резания;

— повышение жесткости оборудования (или ее выравнивание);

— повышение износостойкости режущего инструмента;

— повышение точности оборудования;

— повышение точности наладки.

Это традиционный путь. В этом случае регулирование производится без обратной связи, что в определенной степени ограничивает возможности этого метода, поскольку существуют пределы повышения точности, жесткости, виброустойчивости и других характеристик элементов технологической системы.

Система автоматического регулирования точностью, использующая для управления результаты измерения внешних возмущающих воздействий, является системой с обратной связью. Эти системы разнообразны по конструкции в зависимости от того, какие возмущающие воздействия устраняются. Наиболее часто возмущающим воздействием, используемым для регулирования, являются упругие деформации элементов технологической системы. Так, адаптивные системы, разработанные под руководством профессора Б.С. Балакшина, уменьшают влияние упругих деформаций в направлении Y

на точность обработки за счет стабилизации силы резания. Известно, что

Принимая жесткость постоянной для поддержания постоянства упругих деформаций необходимо поддерживать постоянство силы резания

В большинстве систем подобного типа для поддержания постоянства силы резания используется изменение подачи, так как влияние подачи Sна силуP_yзначительнее, чем влияние скорости резанияV.

На рис. 2.76 показана структурная схема одной из таких систем.

Система работает следующим образом. Сигнал u₁о текущем значенииP_yпоступает от встроенного в суппорт динамометра (ИУ) на сравнивающее устройство (СУ). Этот сигналu₁сравнивается с сигналомu₂=f(P_эт)- Рассогласование (u₁—u₂) = Аuпоступает на регулирующее устройство (РУ), которое производит изменениеSна необходимую величину. Иногда в таких системах используют программирующие устройства для учета изменения жесткости элементов технологической системы.

Применение таких систем позволяет уменьшить погрешности от упругих деформаций в 2. ..5 раз. При этом уменьшаются перегрузки и вероятность поломки станков и инструментов.

Рис. 2.76. Структурная схема системы, использующей для регулирования внешние возмущающие воздействия:

ИУ— измерительное устройство; УУ — усилительное устройство; ЗУ — задающее устройство; ПУ — программирующее устройство; РУ — регулирующее устройство; СУ — сравнивающее

устройство

Рис. 2.77. Структурная схема системы регулирования по отклонению

Применение регулирования точности по отклонению выходного параметра (например, размера) позволяет достичь наиболее существенных результатов, так как измеряется непосредственно обеспечиваемый параметр. На рис. 2.77 показана структурная схема одной из таких систем, разработанных в СПбГПУ.

Система работает следующим образом. В процессе резания производится непрерывное измерение, в данном случае, диаметрального размера детали. В результате измерительное устройство ИУ выдает сигнал, пропорциональный действительному размеру детали г₁=f(d_д). Далее производится сравнение текущего значения размера детали с требуемымd_эти вырабатывается управляющий сигнал, пропорциональный отклонению ∆_d.

Такая система автоматического управления точностью должна содержать:

— измерительное устройство для определения действительной величины регулируемого параметра;

— усилительно- преобразующую аппаратуру для преобразования и усиления сигнала рассогласования;

— исполнительный механизм (регулирующее устройство) для автоматической компенсации возникающих погрешностей (отклонений).

При такой схеме (см. рис. 2.77) компенсируются погрешности от упругих деформаций детали и других элементов ТС, тепловых деформаций резца и станка, износа режущего инструмента, геометрической неточности станка и др., кроме тепловых деформаций детали.

При работе на шлифовальных станках широко используются упрощенные варианты подобных систем, так называемый активный контроль, который обеспечивает отключение станка по достижении требуемого параметра, например требуемой точности размера (рис. 2.78).

Рис. 2.78. Схема активного контроля при круглом шлифовании

Рис. 2.79. Схема работы механической адаптивной системы: 1 — резец; 2 — траектория возможных поворотов суппорта с резцом

Командный прибор может выдавать, в частности, следующие технологические команды: предварительное шлифование; окончательное шлифование; остановка.

На кафедре «Технология машиностроения» СПбГПУ разработана гамма систем для точения и растачивания, использующих для управления точностью явление «отрицательной» жесткости (рис. 2.79).

Например, при точении заготовок с неравномерными припусками и твердостью соответственно изменяются силы резания и, следовательно, упругое отжатие резца. При увеличении силы резания Рх и Рzпроисходит упругий поворот резца в соответствующем направлении, уменьшается глубина резания и возрастает получаемый размер.

Компенсацию упругих отжатий предлагается производить путем введения в конструкцию резца упругого элемента между головкой (режущей частью) и телом (стержнем). При этом центр поворота режущей части резца рассчитывается таким образом, что при увеличении сил Рxи Рzпроисходит поворот головки резца в вертикальной плоскости (от силыPz) или в горизонтальной (от силы Рx) в тело заготовки, чем увеличивается глубина резания, т. е. восстанавливается размер первичной наладки.