Способ автоматического управления точностью обработки на токарных многошпиндельных автоматах и устройство для его осуществления

Способ автоматического управления точностью обработки на токарных многошпиндельных автоматах и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 В 23 Q 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3975358/25-08 (22) 16.09 ° 85 (46) 28.02.87, Бюл. У 8 (71) Киевское специальное конструкторское бюро многошпиндельных автоматов (72) В.З.Донской, А.А.Зверев, Г.Л.Ланда, П.А.Поддубный, Б.И,Говзман и 10.И.Сдобников (53) 621.941.1(088.8) (56) Невельсон М.С. Автоматическое управление точностью обработки на металлорежущих станках. М.: Машиностроение, 1982, с. 126, 137-139. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСТЬИ ОБРАБОТКИ НА ТОКАРНЫХ МНОГОШПИНДЕЛЬНЫХ АВТОМАТАХ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано для повышения точности обработки на многопозиционных металлорежущих станках, преимущественно на токарных. многошпиндельных автоматах. Целью изобретения является повышение точности обработки и расширение возможностей использования способа и устройства за счет того, что при автоматическом управлении точностью обработки на токарных многошпиндельных автоматах дополни,тельно компенсируют смещение шпиндельного блока от температурных де„„SU„,, 1292985 А 1 формаций и, кроме того, обеспечивается подключение или отключение вве-, денных элементов в соответствующей последовательности в зависимости от заданных требований. Сущность способа заключается в суммировании погрешностей расположения шпинделей, размеров деталей, положения шпиндельного блока, преобразовании их в сигнал управления и коррекции положения инструмента от фактичес-. кого положения органа коррекции.

Автоматическое управление точностью .производится следующим образом.

Геометрические погрешности шпинделей либо вводятся перед началом обработки в командоаппарат, либо измеряются во время работы датчиком положения шпинделей. В процессе обработки производится измерение детали и радиальное смещение шпиндельного блока. В командоаппарате производится обработка полученных сигналов и на выходе появляется результирующий сигнал, который преобразуется и подается на органы коррекции положения инструментов, осуществляя требуемое корректирующее воздействие. Орган коррекции инструмента э может оснащаться датчиком обратной связи, обеспечивающим вспомогательHbIH контур регулирования по ABKTH ческому положению инструмента.7 ил.

1292985

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано для повышения точности обработки на многопозиционных металлорежущих станках, преимущественно на токарных многошпиндельных автоматах.

Белью изобретения является повышение точности обработки и расширение воэможности использования способа и устройства.

3а счет того,что при автоматическом управлении точностью обработки на токарных многошпиндельных автоматах дополнительно компенсируют смещение шпиндельного блока от температурных деформаций, и, кроме того, за счет возможности подключения или отключения введенных элементов в соответствующей последовательности в зависимости от заданных требований, На фиг. 1 схематически изображено устройство для осуществления предлагаемого способа, на фиг. 2-5 блок-схемы устройств для нескольких вариантов алгоритмов коррекции положения инструментов; на фиг. 6 схема теплового расширения шпиндельного блока, на фиг, 7 — расчетная схема для определения требуемой коррекции инструмента в разных позициях автомата при тепловом смещении шпиндельного блока.

Устройство состоит из измерителя

1 детали, датчика 2 положения шпин делей, органов коррекции положения

1 инструмента 3 с датчиками обратной связи 4, блока клапанов 5 с пропорциональным электрическим управлением, соединенных с электронными блоками 6. Электронные блоки 6 связаны с программируемым контроллером 7 через цифроаналоговый преобразователь

8. Программируемый контроллер 7 соединен с узлом 9 настройки исходных корректировочных перемещений, компенсирующих геометрическую rrorpemность каждого шпинделя, и датчиком

10 радиального перемещения шпиндельного блока 11. Датчик 10 расположен в вертикальной плоскости симметрии шпиндельного блока.

Блок клапанов 5 оснащен подводом гидравлического давления и соединен гидравлической магистралью с цилиндрами органов коррекции положения инструментов 3. Пропорциональные соленоиды клапанов 5 электрически связаны с электронными блоками 6, электрически связанными с датчиками обратной связи 4, Устройство компонуется на токарном многошпиндельном автомате, поворотный шпиндельный блок 11 которого, опирающийся на ложе 12, несет, на4 пример, шесть шпинделей с деталя,ми 13-18, В рабочих позициях станка размещены поперечные суппорты 1910 24 и продольный суппорт 25 с установленными на них резцедержателями с режущими инструментами 26. Поперечные суппорты посредством рычажных приводов 27 связаны с распределительным валом (на фиг. 1, 2 не показан). С последним кинематически связан командоаппарат 28 станка, электрически соединенный с программируемым контроллером 7. Органы коррекции положения инструментов 3 в зависимости от выбранной схемы управления точностью обработки могут выполняться в виде дистанционно управляемых улоров поперечных суппортов с клиньями 29 (на фиг. 1 такие упоры изображены для суппортов 1922)„ либо с нажимными элементами 30 и 31 (для суппортов 23 и 25), соответственно сопряженными с управляемым резцедержателем 32 и кинематическим звеном 27 привода перемещения суппорта.

На блок-схемах (фиг, 2-5) иллюстрируются следующие варианты из

35 возможных реализаций предлагаемого способа: коррекция положения инструмента с компенсацией влияния смещения шпиндельного блока для различных позиций с учетом геометричес40 кой погрешности шпинделей (такая схема может функционировать и без измерителя 1, фиг. 2); коррекция положения инструмента только в позиции чистовой обработки по резуль45 татам измерения предыдущей детали (схема может функционировать без датчика 10, фиг ° 3); коррекция положения инструмента в режиме слежения по команде от установленного в

g0 позиции обработки измерителя (только с датчиком 1, фиг. 4); изменение закона движения суппорта (например, сообщение прерывистой подачи, либо подачи с замедлением) с прекраще55 нием резания по команде от установленного в позиции обработки измерителя, фиг. 5).

Как видно из блок-схем, приведенных на фиг. 2-5, программируемый

1292985 контроллер 7 (выделен штриховой контурной линией) в зависимости от реализуемого варианта содержит сумматор 33, блоки умножения 34-36, блоки вычитания (сравнения с номиналом)

37 и блоки введения геометрической погрешности 38 либо номинального (эталонного) размера 39.

В зависимости от вида алгоритма подналадки программируемый контрол- 10 лер 7 переналаживают таким образом, что его элементы выполняют функции сумматора 33 (фиг, 2), либо блока памяти 40 (фиг. 3), либо командных блоков 41 (фиг. 4 и 5). Измери- 15 тель 1 по варианту фиг. 2 связан с управляющим блоком 42. Датчик положения шпинделей 2 получает информацию от системы управления 43 поворотом шпиндельного блока. Датчик 10 20 радиального перемепения шпиндельного блока соединен с управляющим блоком 44.

Автоматическое управление точностью токарной обработки на много.шпиндельном токарном автомате соглас- но изобретению производится следую— щим образом. !

Перед началом обработки в блоки

38 вводят значения геометрической погрешности шпинделей, либо реальную их погрешность от датчика 2 во время работы. Помимо собственно геометрической погрешности взаимного расположения шпинделей здесь учитывают та- 35 кие факторы, как разницу в податливости шпинделей и зажимных элементов и др. В блоки умножения 34 вводят значения коэффициентов влияния радиального смещения шпиндельного 40 блока для разных позиций станка, На управляющем блоке 42, связанном с измерителем 1, устанавливают контрольные границы, определяющие величину и знак подналадки. В процессе обра- 45 ботки проводят измерение смещения шлиндельного блока 11 посредством датчика 10, электрический сигнал которого поступает в управляющий блок

44, откуда в цифровой форме, прохо- 50 дя через множитель 34 и пропорционально изменившись, направляется в сумматор 33. Туда же поступают сигналы блока 42 после измерителя детали 1 и блока 38. В сумматоре 33 осуществляется алгебраическое сумми- рование сигналов и выдача результирующего, с учетом текущих значений измерителей сигнала в цифроаналоговый преобразователь 8. Из преобразователя 8 электрический сигнал в Аорме аналогового напряжения поступает в электронные блоки 6, откуда направляется в дистанционно улранляемые клапаны 5. В клапанах 5 в результате подачи аналогового напряжения осуществляется пропорциональное смещение соленоидов, что приводит к пропорциональному изменению гидравличес- . кого давления на выходе. Из клапанов

5 гидравлический поток направляется к органам коррекции 3 положения инструментов, осуществляя требуемое корректируюп ее воздействие, Орган коррекции 3 положения инструмента может оснащаться датчиком 4 обратной связи, обеспечивающим вспомогательный контур регулирования, замыкаюший через блок 6.

В качестве измерителя 10 радиального смещения шлиндельного блока может быть применен, например, фото- растровый преобразователь, в качестве датчика 2 положения п.пинделей— например, датчик с герконовыми преобразователями, ротор которого кинематически связан с системой 43 управления поворотом шлиндельного блока.

Система регулирования ло варианту фиг. 2 может функционировать без измерителя, что позволяет испольэовать ее для коррекции положения инструментов не только в чистовых, но и в черновых позициях автомата, Работа других приведенных на фиг. 3-5 нариантов отличается от, описанных следующим.

Pо варианту Аиг, 3 в блок памяти 39 вводят значение номинального (эталонного) размера, который направляет его в блок сравнения 37,где осуществляют вычитания из значения поступившего сюда сигнала измерителя 1. В блок умножения 35 вводят значение коэффициента подналадки, уменьшающего сигнал блока сравнения во избежание случайных возмущений.

В блоке 40 пропорциональный сигнал, поступивший из блока 37, запоминается и выдается в основной контур регулирования по разрешающему сигналу датчика 2 положения шпинделей.

По варианту фиг, 4 измеритель устанавливают в позиции обработки,при этом отпадает необходимость в использовании датчиков положения шпинделей и смещения шлиндельного бло1292985 6 показанные на фиг. 6 штриховыми линиями, а центры шпинделей будут лежать в диаметральных плоскостях нагретого шпиндельного блока, приходящих через его центр О параллельt но первоначальному положению,. т.е.

00 Н 0 О, при этом для сохранения л 4 ъ неизменным диаметра обработки .вершину В инструмента следует сместить

1) 10 по линии его подачи в положение В .

Отрезок ВВ„ определяет требуемую величину коррекции инструмента для компенсации температурной погрешности. Для определения указанной кор15 рекции можно воспользоваться расчетной схемой по фиг. 7. д По схеме фиг. 7 введены обозначеых ния:

00 =е — смещение центра шпиндельного

20 блока при его нагреве;

00„ =-R, О О,=К„ — радиусы окружностей, проходящих через центры шпинделей, соответственно в холодном и нагретом шпиндельном блоке;

4 си-25 О,, Π— положения центров обрабаты.)) ваемых деталей соответственно в xo.—

l ия ладном и нагретом шпиндельном блоке;

О В=О В = — — — радиус обрабатывае2

30 мой детали;

К вЂ” угол наклона радиальной плоскос. ти шпиндельного блока, проходящей через центр детали, к линии контролируемого смещения шпиндельного бло35 угол наклона направления перемещения инструмента к линии контрой, лируемого смещения шпиндельного блог ка;

40 BB = E — требуемая коррекция вершины °

1 инструмента. ка. В блок 36 вводят коэффициент пропорциональности, учитывающий упругие смещения системы СПИД и зави сящий от режимов резания и податливости системы. Орган коррекции поло жения инструмента может работать в режиме следящего привода, осуществляя коррекцию за счет смещения управляемого, например, упругодефор мируемого резцедержателя 32 (фиг, при перемещении его в направлении рабочей подачи вдоль оси детали (перпендикулярно плоскости чертежа)

По варианту фиг, 5 отпадает необходимость в множительном блоке, т.е. коэффициент пропорциональности равен 1, поскольку этот вариант пре полагает использование нерегулируем жестких резцедержателей, установлен ных на поперечном суппорте с весьма жестким приводом. В этой же позиции может быть размещен измеритель, Кор ректирующее воздействие органа кор рекции положения инструмента проявляется в создании дополнительного у лия, приложенного к приводу 27 (фиг что позволяет изменить закон движен суппорта, осуществляя, например, дробление стружки, замедление подачи перед окончанием резания, а в конце рабочего хода — отвод ин струмента от детали по команде от измерителя.

Ниже приводится расчет коэффици ентов влияния нагрева шпиндельного блока для рабочих позиций автомата

Как видно из фиг, 6, шпиндельны блок 1!, нагреваясь в течение первых часов работы станка, расширяет ся, увеличиваясь по диаметру., при этом центр его из первоначального положения О (в холодном состоянии)

f смещается в положение О, Величина

2е смещения шпиндельного блока контролируется датчиком 10.

В период прогрева не наблюдается смещение опорной точки А сопряжения ложа 12 с блоком 11. Правомерность такой схемы подтверждается значительно более быстрым по сравнению с ложем, нагревом шпиндельного блока за счет интенсивного нагрева разме-щенных в шпиндельном блоке шпинделей и шпиндельных опор. При нагреве шпиндельного блока по мере увеличения его диаметра растет диаметр окружности, проходящей через центры шпинделей, шпиндели с обрабатываемыми деталями смещаются в положения, На схеме по фиг. 7 сделаны дополнительные построения: отрезок О С

45 проведен параллельно 00, спущен ! перпендикуляр О< из центра О на ли( нию О В, совпадающую с направлением

1 перемещения инструмента..

50 В О„СО стороны.О С и 0„C равны так как 0 С=00 =е и О С=ОС-00 =Р-R =

1 л, =е следовательно (СО 0=90 — — а

Э

2 е sing, отрезок О О = †††-- =2 т.е. О 0 =

< 1 э ° °

cos—

=2е sin — . 2

Отрезок 0 В определяется из 0 01 В, в котором С О О B=90 -(- +J) где

1К =у-а

1292985

-д4. d . К

О В= (2е) s in "+ (— ) — 2eds in. — s in (a — — )

1 2 2 2 2

1 I

СО„ВО = находится из Ь О,О„В: (-„+„ )

2е sin 2 cos 2

sinfВ sinf=2e sin—

2 изЬО ДВ О Д=О, 0(cos (- + P,) ВВ =В„Д-ВД; из ОДВ, ВД= (-) — (2е) sin — cos (- + J )

Аг . А л А

2 2 2 или, пренебрегая порядка малости, 0

2 величинами второго можно считать В Д или, п поряд

1 отку

K=sin — sing â -)

Ф

2 2

Равенство (1) упрощается после возведения обеих частей в квадрат и отбрасывания величин второго порядка малости

Ю +(-) -8d=(-) -2ed sin — sin(P — -), d2 dR I6

2 . 2 2 2 откуда 8а 2e sin — sin(P- -). (2) ф.. C(, 2 2

Обозначив отношение -- =К и вос2е пользовавшись равенством (2), получают соотношение

Способ управления точностью токарной обработки и устройство для его осуществления позволяют при их использовании повысить точность обработки во всех позициях автомата, из них в чистовых позициях для измеряемых поверхностей до 0,05 мм и прочих до 0,08 мм без добавления измерителя на станке. Кроме того, без усложнения управляющих блоков в любой позиции может быть осуществлеиэ hО ДВ определяется отрезок ВД:

ВД= но прерывистое резание, позволяю35 щее дробить стружку при необходимости и замедлить рабочую подачу перед окончанием резания с отводом инструмента по достижении заданного размера с точностью в 0,03 мм, т,е. точ4Q ность повышается в 2 раза, что исключает.последующие шлифовальные операции.

Формула изобретения

1. Способ автоматического управления точностью обработки на токарных многошпиндельных автоматах, заключающийся в определении геометрической погрешности расположения шпинделей, ее запоминании, обработке деталей, их измерении и коррекции положения режущего инструмента, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це55 лью повышения точности обработки и расширения воэможностей использования, в. процессе обработки определяют смещение шпиндельного блока от нагрева, суммируют сигналы, корректи9 12 рующие сигналы геометрической погрешности расположения шпинделей, отклонений размеров деталей и смещений шпиндельного блока, преобразуют в сигнал управления органом коррекции положения инструмента, при зтом контролируют фактическое положение органа коррекции инструмента и по результатам контроля уточняют величину корректирующего сигнала, причем сигналы, компенсирующие смещение шпиндельйого блока, вводят с учетом заранее рассчитанных коэффициентов, определяемых из соотношения:

K=s inkj2 ° s i n (J -g/2), где Ж вЂ” угол наклона радиальной плоскости шпиндельного блока, проходящей через ось детали; — угол между направлением перемещения инструмента и линией контролируемого смещения шпиндельного блока, 2, Устройство автоматического управления точностью обработки на то1

10 карных многошпиндельных автоматах, содержащее датчики измерения размеров детали и положения шпинделей, узел настройки исходных корректировочных перемещений инструмента и орган коррекции его положения, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено датчиком радиального смешения шпиндельного блока, программиру10 емым контроллером, цифроаналоговым преобразователем, блоком клапанов с пропорциональным электрическим управлением и блоком управления клапанами, при этом выходы датчиков измерения размеров детали, положения шпинделей и смещения шпиндельного блока подключены к входам программируемого контроллера, выходы которого соединены с узлом настройки исходных

20 корректировочных перемещений инструмента и через цифроаналоговый преобразователь и блок управления — с блоком клапанов, связанным с органом коррекции положения инструмента, который оснащен датчиком обратной связи, подключенным к одному из входов блока управления клапанами °

1292985

Фиг. 7

Составитель В.Жиганов

PедактоР Н,ГоРват ТехРед 8.Кадар Корректор А. Ильин ,I

Заказ 324/16 Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4