|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Производственные испытания рассматриваемой системы автоматического управления процессом внутреннего врезного шлифования проводили на описанной в параграфе 1 этой главы операции шлифования подсадочного отверстия диаметром 84,7 мм в шестерне коробки перемены передач трактора Т-130. Этой системой был оборудован внутришлифовальный станок SJP 200X315/1 (ГДР). Диаметр отверстия в заготовке 84,2+01 мм, длина отверстия 60,5 мм. Заготовку базировали по боковым поверхностям зубьев, биение отверстия в заготовке при этом, как правило, не превышало 0,15 мм. Алмазную правку круга осуществляли перед чистовым шлифованием в автоматическом цикле. Величина компенсирующего перемещения салазок при правке составила 0,06 мм. Основные требования к детали: допуск на диаметр посадочного отверстия 0,035 мм, его овальность и конусность 0,02 мм, шероховатость Ra= 1,25 мкм, прижоги на обработанной поверхности недопустимы. Эти требования в действующем технологическом процессе обеспечиваются последующей операцией хонингования отверстия. Колебание межцентрового расстояния при беззазорном зацеплении с эта-дюнной шестерней: за один оборот 0,155 мм, на одном зубе 0,06 мм.
Нерегулируемые параметры режима и настройки системы управления приведены в параграфе 1 гл. 7. Параметры настройки гидропривода; Q = 16,7 см3/с; р0,147 МПа. Диаметры плунжеров гидроцилиндров подачи 50 и 25 мм, диаметры отверстия демпфирующих дросселей 0,34 и 1,23 мм при длине 5 мм.
Постоянство радиальной составляющей силы резания в конце обработки позволило осуществить автоматический цикл обработки отверстия второго класса точности без непосредственного контроля размера в процессе обработки, без выхаживания, при однократной правке шлифовального круга. Как указывалось выше, косвенный контроль размера осуществляли по положению шлифовальной бабки, что позволило существенно упростить систему активного контроля, повысить ее надежность и надежность станка в целом. Стабильное обеспечение требуемого качества обработки позволяет устранить операцию хонингования и уменьшить суммарный припуск на финишную обработку отверстия на 0,15 мм (на радиус). При испытаниях отверстие обрабатывали в окончательный размер 85+0-035 мм без изменения диаметра отверстия в заготовке (получаемого протягиванием). При этом среднее машинное время не увеличилось по сравнению с предусмотренной технологическим процессом, несмотря на увеличение припуска более чем в 1.5 раза.
Производственные испытания первых вариантов описанной системы на специализированных станках JI3-154 и «Swaigl-200» (ГДР) при обработке посадочных отверстий во внутренних кольцах подшипников 312 и 3520 показали, что при непосредственном контроле диаметра обрабатываемого отверстия может быть достигнута точность соответственно 0,012 и 0,016 мм без разделения операции на черновую и чистовую. При этом уменьшается припуск на обработку, повышается производительность и гарантируется выполнение всех показателей качества; в частности, овальность отверстий в указанных деталях не превышала соответственно 0,006 и 0,012 мм. Все это указывает на то, что описанная система может быть использована при модернизации существующих, а также принята за основу при разработке новых специализированных станков для автомобильной, тракторной, подшипниковой и других отраслей машиностроения.
Рассмотренная схема автоматического регулирования подачи применима только при врезном шлифовании, при котором направление подачи совпадает с направлением действия радиальной силы между шлифовальным кругом и заготовкой. При круглом продольном и других видах шлифования такая схема неприменима, поэтому для оптимизации этих процессов необходимо создавать системы управления, замкнутые внешней отрицательной обратной связью по величине радиальной силы. Внешняя обратная связь в отличии от внутренней, существующей в самом приводе станка, предусматривает создание динамометрических устройств, сигнал которых служит для формирования управляющего воздействия на привод продольной или круговой подачи.
Трудности, встречающиеся при создании таких устройств, заставляют во многих случаях применять косвенные методы измерения радиальной силы. Например, широко известны методы оценки интенсивности шлифования по мощности (силе тока), потребляемой из сети электродвигателем привода шлифовального круга, или по перепаду давления на гидродвигателе привода вращения заготовки. Наибольшее влияние на эти параметры оказывает не радиальная, а тангенциальная составляющая силы шлифования, которая в 2—4 раза меньше радиальной. Кроме того, соотношение между этими силами изменяется по мере затупления зерен шлифовального круга, при изменении скорости шлифования, условий контакта круга с заготовкой и т. д., поэтому точность этих методов достаточно низка.
Перспективным является использование в качестве динамометрического устройства гидростатического подшипника шпинделя шлифовального круга. Эта идея была использована фирмами Brown and Sharpe (США) и Toyoda Machine Works (Япония) при создании систем адаптивного управления к круглошлифовальным станкам [П- Схема гидростатического подшипника приведена на рис. 67. Масло под давлением подается через ограничительные дроссели в карманы а—d проходит через зазоры между шпинделем 1 и выступами подшипника и сливается в бак через глубокие карманы в корпусе подшипника. Радиальная сила Ру, действующая через шлифовальный круг на шпиндель 1, уравновешивается разностью давлений в карманах Ъ и а. При изменении радиальной силы разность, этих давлений пропорционально изменяется. Разность давлений в станках названных фирм измеряется соответственно индуктивным или полупроводниковым преобразователем.
В схеме, предлагаемой автором (рис. 67), преобразователь содержит мембранные камеры 2 и 3, заслонку 4 и гидравлический мост, состоящий из двух активных сопротивлений г и г% типа сопло — заслонка и двух пассивных сопротивлений г3, г4. В диагональ этого моста включен золотник, плунжер 6 которого находится под воздействием давлений перед сопротивлениями Г и г2, а также усилия задающей пружины 7. При увеличении Ру шпиндель 1 несколько смещается вправо, давление ;в кармане Ъ увеличивается, а в кармане а — уменьшается. Соответственно этому изменяются давления и в камерах 2, 5. Заслонка 4 поворачивается против часовой стрелки, что вызывает дополнительную разбалансировку мостовой схемы и увеличение перепада давлений, действующих на торцы плунжера 6. Плунжер опускается вниз, при этом площадь проходного сечения его дросселирующих канавок уменьшается, что уменьшает расход масла Q из сливной полости гидравлического двигателя подачи. Подача замедляется, что приводит к восстановлению заданного значения силы Ру. При уменьшении Ру заслонка 4 поворачивается по часовой стрелке, плунжер 6 смещается вверх, и подача увеличивается. Максимальная подача ограничена винтом 5, регулировочный винт 8 служит для установки заданного значения усилия Ру.
3. Автоматическое управление режимом доводки
Одним из важнейших технологических показателей таких доводочных процессов абразивной обработки, как хонингова-ние, суперфиниширование, притирка является интенсивность исправления формы обрабатываемой поверхности (нецилинд-ричности, непрямолинейности оси, неплоскостности и т. д.). Интенсивность исправления формы зависит от величины усредненного контактного давления между инструментом й обрабатываемой поверхностью и перераспределения этого давления вследствие макронеровностей обрабатываемой поверхности. Величина контактного давления существенно влияет на расход абразива, интенсивность съема металла и, как следствие, на величину затрат на обработку. Поэтому в течение всего времени обработки необходимо обеспечивать требуемое контактное давление. В настоящее время значительная часть таких процессов, как наружная и внутренняя круглая притирка, осуществляются машинно-ручным методом, что требует высокой квалификации рабочего. Оценка величины контактного давления осуществляется по самым разнообразным косвенным показателям: по закусыванию инструмента, нагреву детали и т. п.
Автоматизация доводочных процессов связана с автоматическим управлением контактным давлением между деталью и инструментом. Непосредственно измерять контактное давление в процессе обработки практически невозможно. Наиболее просто обеспечивать усредненное контактное давление за счет силы, прижимающей инструмент к детали. Этот метод широко распространен при абразивной притирке плоских поверхностей, суперфинишировании и хонинговании. Например, на многих хонинговальных станках разжим абразивных брусков осуществляется с помощью конусного стержня, на котором создается постоянная сила за счет специального гидроцилиндра. По мере исправления формы поверхности контактное давление при постоянной силе разжима падает, что снижает скорость съема припуска. Для того чтобы управлять разжимом брусков, создаются специальные гидроприводы, позволяющие с пульта управления или по программе изменять давление в гидроцилиндре разжима в процессе обработки отверстия.
При притирке отверстий обеспечение необходимого контактного давления за счет постоянной силы разжима невозможно из-за существенного изменения радиальной жесткости притира по мере его износа. В этом случае прибегают к измерениям косвенных силовых параметров. Так, величину среднего контактного давления при притирке отверстий, а также и при хонинговании можно определить по известным значениям осевой •силы Р0 или крутящего момента М [31]:
...
где k — коэффициент трения-царапания между инструментом и деталью; F — площадь контактирования; и0кр и vBn—соответственно скорости вращательного и возвратно-поступательного движения инструмента; D — диаметр обрабатываемого отверстия.
На практике предпочтение отдается измерению крутящего момента. Прежде всего это объясняется изменением направления осевой силы при возвратно-поступательном движении, что вносит определенные трудности при измерении. Крутящий момент можно измерять с помощью динамометрических приспособлений для установки обрабатываемых деталей (типа втулок), специальных конструкций привода вращения инструмента либо по току (мощности), потребляемому электродвигателем этого привода.
В Челябинском политехническом институте для вертикальнодоводочного станка ОФ-26 была создана электромеханическая система стабилизации момента на притире [30] (рис. 68). Во время обработки между притиром 1 и деталью 2 возникает крутящий момент, под действием которого упруго подвешенный динамометрический столик 3 приспособления поворачивается на определенный угол, измеряемый потенциометрическим датчиком 4. Сигнал с датчика усиливается в трехкаскадном электрон-
ном усилителе серийного бесконтактного регулятора БРМ-11 и поступает на асинхронный двухфазный реверсивный электродвигатель 5, приводящий в движение механизм 6 разжима инструмента. Система обеспечивает интегральное регулирование, при котором скорость разжима инструмента (притира) пропорциональна разности между заданным и действительным значением момента. Такое регулирование, обеспечивающее высокую точность стабилизации момента, особенно эффективно в тех случаях, когда требуется поддерживать низ значение крутящего момента,лизации момента на притире например при электрохимикомеханическои доводке отверстии диаметром менее 12 мм. Применение потенциометрического датчика снижает надежность системы, но регулятор БРМ-11 может работать и с другими преобразователями, например индуктивными или трансформаторными.
В системах автоматического регулирования режима для сверлильных и фрезерных станков, описанных ранее, для измерения крутящего момента на шпинделе станка успешно применяли динамометрические зубчатые редукторы. В таких редукторах опорный элемент зубчатой передачи (чаще всего водило), воспринимая реактивный момент, пропорцио- нальный моменту на выходном валу, имеет возможность поворачиваться на некоторый угол, зависящий от жесткости задающей пружины. Обычно этот угол достаточно мал, так как качатель-ное движение опорного элемента использовалось только для воздействия на гидравлический ре-тулятор расхода. Если же реактивный момент на водиле уравновешивать не пружиной, а, например, грузом, подвешенным на гибкой нити, то угол поворота водила может составлять несколько полных оборотов. Этого вполне достаточно для управления винтовым механизмом разжима притира.
Изложенный принцип управления реализован в головке для доводки отверстий [24], кинематическая схема которой показана на рис. 69. Шпиндель 4 с закрепленным на нем разрезным притиром 2 имеет вращательное и возвратно-поступательное (вместе с головкой) движения. Привод возвратно-поступательного движения головки — гидравлический. Вращение на шпиндель 4 передается от входного вала 8 через эпициклическое колесо 6, имеющее наружный и внутренний зубчатые венцы, сателлиты 7 и зубчатое колесо 5, закрепленное на верхнем конце шпинделя. Реактивный момент на водиле 16 уравновешивается через зубчатую передачу 16—15 моментом на барабане 11. На этот барабан намотан гибкий трос, на котором через систему блоков подвешен груз массой Q. Разжим притира осуществляется с помощью винта 14, который ввинчивается в гайку, закрепленную в корпусе головки. Значительная часть осевой силы на винте, необходимой для разжима притира, создается пружиной 12. Наличие этой пружины существенно снижает момент трения в винтовой паре, что позволяет повысить точность стабилизации момента на шпинделе головки. Осевое смещение винта 14 через узел разделения вращательного и разжимного движений передается на коническую оправку 3, которая осуществляет разжим притира 2 в радиальном направлении. Возврат конической оправки в исходное положение осуществляется за счет этого же механизма при приложении к шпинделю 4 внешнего тормозного момента от электромагнитного тормоза 17. Величина этого момента превышает заданную величину рабочего момента на притире, поэтому груз Q поднимается в крайнее верхнее положение которое фиксируется конечным выключателем ВП1.
Цикл обработки состоит в следующем. Включается электродвигатель привода шпинделя, головка опускается вниз и начинает совершать возвратно-поступательные движения. Притир перемещается в отверстии детали. Включается электромагнит-тормоза 17, освобождая шпиндель 4. Поскольку притир еще не касается стенок отверстия, момент на шпинделе незначителен, и груз Q, преодолевая реактивный момент на водиле, опускается вниз. Водило поворачивается и через скользящую шпоночную передачу поворачивает винт 14 механизма разжима притира. Демпфер 10 ограничивает скорость опускания груза (скорость ускоренного разжима притира).
При касании притиром стенок отверстия в детали 1 разжим притира несколько замедляется и продолжается до тех пор, пока не будет достигнут заданный момент на шпинделе. В дальнейшем по мере съема припуска и износа притира происходит его медленный разжим за счет опускания груза Q. При заклинивании притира в отверстии реактивный момент на водиле возрастает, оно поворачивается в противоположном направлении, коническая оправка 12 и груз Q перемещаются вверх, и диаметр притира уменьшается. Активный контроль диаметра обрабатываемого отверстия осуществляется косвенным методом — по положению груза Q. В заданном нижнем положении груза срабатывает выключатель ВП2. Обесточивается электромагнит тормоза 17, его пружины создают тормозной момент на шпинделе, притир сжимается, груз Q поднимается вверх и воздействует на выключатель ВП1. Электродвигатель привода шпинделя останавливается. Одновременно с этим по команде от выключателя ВП2 головка поднимается в исходное положение, выводя притир из отверстия. Цикл обработки закончен. Для компенсации износа притира ползушка 9, на которой закреплены выключатели ВП1, ВП2, после обработки очередной детали (или нескольких деталей) смещается вниз.
Пульсация момента на шпинделе за счет возвратно-поступательного движения притира требует увеличивать демпфирование груза Q. Это не снижает быстродействия системы, поскольку рабочая скорость разжима притира весьма незначительна, однако ухудшает качество управления при заклинивании притира. Поэтому в демпфирующем устройстве желательно иметь обратный клапан, который позволяет уменьшить сопротивление при подъеме груза и снизить величину прикладываемого к шпинделю тормозного момента при возвращении притира в исходное положение. Моменты трения в винтовой и зубчатых передачах и подшипниковых узлах, а также изменение радиальной жесткости притира при его износе снижают точность стабилизации момента, поэтому описанную систему можно рекомендовать при диаметре притира более 10 мм.
На серийном доводочном станке 3820Д можно обрабатывать с релейно-импульсным управлением скоростью разжима притира. Гидросистема (рис. 70) радиального разжима инструмента питается от насоса низкого давления 4. В начале цикла обработки включаются электромагниты Э1 и Э2 и происходит ускоренный разжим инструмента. При этом масло от насоса через распределитель 6 поступает в штоковую полость цилиндра 3,
Рис. 70. Гидрокинематическая схема системы автоматического разжима притира на станке 3820Д
Слив масла в бак из поршневой полости цилиндра осуществляв ется через распределители 6 и 7. Перемещение поршня через шток 7, систему шестерен, червячную передачу 5, вилку 13 и. узел 14 разделения вращательного и разжимного движений передается на разжимный шток 15. Скорость ускоренного движения настраивается дросселем 2.
При касании инструмента и обрабатываемой поверхности детали динамометрическое приспособление, в котором закреплена деталь, поворачивается и воздействует на электрический переключатель, отключается электромагнит 92, и начинается ступенчатый разжим притира 16. В этом случае при ходе шпиндельной головки вверх масло от гидропанели возвратно-поступательного движения подается по магистрали 9 и переключает распределитель 10 в нижнюю позицию. Из поршневой полости цилиндра 3 масло поступает в полость б дозатора 12. Поршень дозатора движется до упора в винт 11, а масло из полости а сливается в бак. При ходе шпиндельной головки вниз давление подается по магистрали 8, распределитель 10 переключается, масло под высоким давлением поступает в полость а дозатора, из полости б масло выжимается на слив.
При следующем ходе шпиндельной головки вверх дозатор вновь забирает порцию масла из поршневой полости цилиндра 3. Таким образом обеспечивается ступенчатый разжим притира. Если величину ступени разжима настроить несколько большей,, чем средний съем припуска за один двойной ход шпиндельной головки, то при превышении заданного крутящего момента динамометрическое приспособление повернется на дополнительный угол и через конечный выключатель выключит электромагнит Э1. Подача прекратится до тех пор, пока не снизится крутящий момент. Станок начинает работать в режиме обработки с релейным регулированием крутящего момента.
Базовый станок не рассчитан на работу в таком режиме прежде всего потому, что динамометрическое приспособление, устанавливаемое на станке, не обеспечивает достаточно точного измерения крутящего момента. Соответствующая модернизация приспособлений позволяет доводить отверстия при практически постоянном крутящем моменте, что существенно улучшает качественные показатели процесса. Описанная система по сравнению с предыдущей менее чувствительна к пульсации момента, обусловленной возвратно-поступательным движением притира и исходной конусностью обрабатываемого отверстия. Значительная величина упругих деформаций в кинематической цепи разжима притира сглаживает неравномерность момента при релейно-импульсном управлении. Однако в процессе обработки динамометрические приспособления подвергаются интенсивной нагрузке и с течением времени сильно изнашиваются. |
