CC BY
34
УДК 621.923.045
О.С. Ломова, O.S. Lomova, e-mail:nhtio.omgtu@mail.ru
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСТЬЮ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
DEVELOPMENT OF ADAPTIVE CONTROL SYSTEM ACCURACY CYLINDRICAL GRINDING MACHINES
В статье описана адаптивная система управления точностью круглошлифовального станка. Система позволяет корректировать положение пиноли с центром при обработке, обеспечить соосность центров при динамических нагрузках и исключить влияние прецессии оси детали на точность формообразования.
The article describes the adaptive control system of precision cylindrical grinding machine. The system allows to correct position quill with the center in the processing, to ensure the alignment of the centers under dynamic loads and to eliminate the effect of precession axis details on the accuracy of formation.
Ключевые слова: прецессия оси детали, точность обработки, пиноль задней бабки, соосность центров
Keywords: precession of the axis parts, precision machining, tailstock quill, alignment centers
Высокие требования к надежности эксплуатации различных механизмов и машин определяют непрерывное ужесточение точности изготовления их прецизионных деталей, многие из которых представляют собой тела вращения типа валов.
313
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Распространённым способом финишной обработки таких деталей является круглое шлифование на неподвижных центрах. В этом случае на точность обрабатываемой поверхности существенное влияние оказывают погрешность расположения центров станка [1].
Нормы точности круглошлифовальных станков регламентируют допуски на взаимное расположение его элементов, но эта проверка не выявляет смещение пиноли с подвижным центром, которое при изменении длины заготовки приводит к нарушению параллельности осей заготовки и шлифовального круга и служит причиной образования погрешностей формы обрабатываемых поверхностей. Известные методы управления станками не позволяют контролировать текущее положение оси заготовки при обработке и использовать эту информацию для оперативной и своевременной настройки центров в случае нарушения их соосности [2, 3].
Анализ работы шлифовальных станков указал пути быстродействующих способов внесения поправок в алгоритм управления для оказания влияния на их динамическую точность. Наилучшим образом это можно обеспечить, когда режимы круглого шлифования предварительно просчитаны в математических моделях, учитывающих влияние вибраций, тепловых и силовых деформаций системы при врезании круга в заготовку и переключении подач.
С целью разработки системы адаптивного управления точностью круглошлифовальных станков были исследованы закономерности возникновения погрешностей обработки и выяснено, что повысить точность деталей можно путем управления положением пиноли с задним центром с помощью специальных управляющих устройств [4].
Схема управления точностью формообразования станка состоит из блока питания, пневматического компенсационного преобразователя, индуктивного преобразователя, блока усиления, исполнительного силового электродвигателя (РД-09), передаточного механизма и первичного пневматического преобразователя (рис. 1).
Рис. 1. Система управления точностью формообразования: 1 - передняя бабка; 2 - шлифовальный круг; 3 - задний центр; 4, 11 - крышка; 5 - пиноль; 6, 8 - винт; 7 - корпус; 9 - пружина; 10 - штифт; 12 - зажим; 13 - электродвигатель; 14 - передаточный механизм;
15 - плунжер; 16 - подвод питания; 17 - блок усиления; 18 - индуктивный преобразователь;
19 - пневматический преобразователь; 20 - система питания; 21 - винтовой механизм
Блок питания включает устройство очистки воздуха, стабилизации и регулировки давления, краник для подачи воздуха к пневматическому преобразователю, соединенный измерительной ветвью с задним центром. Работа пневматического преобразователя заключается в следующем: воздух под постоянным давлением подводится к входным соплам и, пройдя через них, попадает в измерительную камеру и камеру противодавления. Закрепленный на корпусе прибора индикатор измеряет перемещение клапана.
При нарушении равенства давлений в камерах из-за зазора между центром станка и центровым отверстием заготовки мембрана с клапаном прогибается в сторону меньшего давления. Перемещение мембраны фиксируется по шкале индикатора.
Если оси центров перекошены, имеют погрешность формы или несоосны, то происходит их поворот на угол а. При этом сжатый воздух через кольцевую щель выходит в атмосферу и давление в цепи падает. Положение иглы пневматического преобразователя будет зависеть от смещения центра в пиноле задней бабки. Чем больше смещение центра, тем
314
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
больше падает даление в камере и ниже смещается мембрана вместе с конической иглой, при этом увеличивается площадь зазора между иглой и корпусом. Индуктивный датчик преобразует перемещение иглы в электрический сигнал.
Усилитель постоянного тока усиливает напряжение и мощность с фазового детектора. Для выдачи сигнала компаратор на двух входах подает регулируемое опорное напряжение и в влучае смещении пиноли с центром и определенном уровне напряжения на выходе компаратора появляется сигнал. Между индуктивным датчиком и электродвигателем расположен электрический блок, который усиливает сигнал с индуктивного датчика и преобразует его до величины, необходимой для включения электродвигателя в случае смещения подвижного центра станка и нарушения соосности центров. Когда давление в компенсационной и измерительной камере сравняется система перейдет в новое устойчивое состояние.
Коррекция положения пиноли с центром осуществляется винтовым механизмом с рычажной системой. Винтовая пара через муфту закреплена на выходном валу электродвигателя. Перемещение иглы пневматического преобразователя, вызванное разностью давлений в измерительной и компенсационной камере, смещает якорь индуктивного датчика. Сигнал индуктивного датчика преобразуется в измерительный, обеспечивающий работу электродвигателя. Редуктор электродвигателя может осуществлять 30, 60, 120 оборотов в минуту и повышать крутящий момент на выходном валу, который вращает микровинт, передающий усилие на рычаг.
Толкатель и пружина, установленные в корпусе задней бабки обеспечивают силовое замыкание центра и центрового отверстия до плотного контакта их конусных поверхностей и соосности их осей. Микровинт через упругую зубчатую муфту перемещается в осевом направлении, воздействуя на разноплечий рычаг, второй конец которого давит на плунжер, осуществляющий поджим пиноли с центром.
Перемещение пиноли осуществляется в направлении, противоположном действию суммарной силы резания. После полной выборки зазоров в соединении «пиноль - корпус задней бабки» электродвигатель выключается и его вал совершает обратное свободное вращение вместе с микровинтом под действием спиральной пружины, связанной с упругой муфтой. В момент,
когда пиноль с центром возвращается в положение, соответствующее соосности центров, индуктивный датчик дает команду на выключение электродвигателя и спиральная пружина вращает винт в обратном направлении, обеспечивая постоянную работу системы.
Экспериментальная обработка деталей на станке, оснащенным адаптивной системой показала, что конусообразность заготовок, по сравнению со шлифованием без этой системы, уменьшилась с 16 мкм до 3 мкм (рис. 2).
Рис. 2. Адаптивное управление процессом шлифования Внедрение описанного устройства на круглошлифовальных станках позволит получить обработанные поверхности с высокой геометрической точностью формы.
315
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Библиографический список
1. Суслов, А. Г. Научные основы технологии машиностроения / А. Г. Суслов, А. М. Дальский. - М. : Машиностроение, 2002. - 684 с.
2. Васин, М. П. Адаптивное управление процессом шлифования колец высокоточных подшипников / М. П. Васин, В. В. Горбунов, С. А. Игнатьев // Вестник СГТУ. - 2006. - Т. 1; № 3. - С. 129-136.
3. Еникеев, А. Ф. Оптимальное управление технологическим процессом алмазного шлифования / О. Ф Еникеев. - Краматорск : ДГМА, 2001. - 160 с.
4. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы: учеб. пособие / В. В. Солодовников [и др.]; под ред. В. В. Солодовникова. - М. : Высшая школа, 1991. - 255 с.
