Способ ограничения вибраций технологической системы

 

Изобретение относится к адаптивному управлению металлорежущими станками. Цель изобретения - повышение производительности обработки при прохождении вибронеустойчивых участков резания. Способ ограничения вибраций системы СПИД, по которому при вибрациях системы СПИД с амплитудой меньше допустимого значения осуществляют стабилизацию мощности резания на заданном уровне регулированием подачи по интегральному закону в функции разности заданного и текущего значений мощности резания. Дополнительно при прохождении вибронеустойчивых участков резания после снижения заданного уровня стабилизации мощности резания фиксируют значения пройденного пути и подачи, а затем уменьшают глубину резания до величины, при которой подача увеличилась относительно исходного зафиксированного значения в 2<SP POS="POST">1/XS</SP> раз, где X - показатель степени при подаче в степенной зависимости мощности резания от параметров резания, увеличивают уровень стабилизации мощности до исходного и осуществляют срезание уменьшенного припуска обработки, на скорости быстрого хода возвращаются к точке зафиксированного значения пути резания и срезают оставшийся припуск обработки с заданным уровнем стабилизации мощности. 5 ил.

союз соеетсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1500995 А 1 (0 4 0 05 В 19/39

6ЖЗЮЗМЯ

ДЦЕКТНО ТЕИ IEGQH

БИБЛИОТЕКА

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 41431.1 1/24-24 (22) 03.11,86 (46) 15.08.89. Бюл. У 30 (71) Ульяновское головное специальное конструкторское бюро тяжелых и фрезерных станков (72) А.В.Коробко (53) 62-50 (088.8) (56) Каминская В.В. Направления развития адаптивных систем управления для станков с ЧПУ. — Станки и инструменты, 1973, М 3, с.3.

Авторское свидетельство СССР

Р 684513, кл. С 05 В 19/39. (54) СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ ВИБРАЦИЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ CHCTEHbI (57) Изобретение относится к адаптивному управлению металлорежущими станками. Цель изобретения — повышение производительности обработки при прохождении вибронеустойчивых участков резания. Способ ограничения вибраций системы СПИД, по которому при вибрациях системы СПИД с амплитудой меньше допустимого значения осущест-

Изобретение относится к станко-строению, в частности к адаптивному

I управлению станками, в особенности к способам ограничения вибраций системы СПИД.

Целью изобретения является повышение производительности обработки.

На фиг.1 приведены кривые ограничения по виброустойчивости А A и мощности резания И(И, а также дйаграмма распределения йрипуска обработ2 вляют стабилизацию мощности резания, на заданном уровне регулированием подачи по интегральному закону в функции разности заданного и текущего значений мощности резания.Дополнительно при прохождении вибронеустойчивых участков резания после снижения заданного уровня стабилизации мощности резания фиксируют значения пройденного пути и подачи, а затем уменьшают глубину резания до величины, при которой подача увеличилась относительно исходного зафиксирован раз, где х— показатель степени при подаче в степенной зависимости мощности резания от параметров резания, увеличивают уровень стабилизации мощности до исходного и осуществляют срезание уменьшенного припуска обработки, на скорости быстрого хода возвращаются к точке зафиксированного значения пути резания и срезают оставшийся припуск обработки с заданным уровнем

czar - ации мощности. 5 ил. ки h(l) на фиг. 2 показана схема обработки заготовки концевой фрезой; на фиг.3 — временные диаграммы изменения параметров резания (пунктирные линии — способ-прототип, сплошные линии — предлагаемый способ); на фиг. 4 — построение кривой ограничения по виброустойчивости.по экспериментальным зависимостям амплитуды вибраций А от глубины резания h u подачи Б при торцовом фрезеровачии;

3 150099 на фиг. 5 — пример устройства,реали- зующего предлагаемый способ, До резания инструмент приближается к заготовке на предельной подаче

Б „, рассчитываемой исходя из динамической прочности инструмента (т.

0,1 по Фиг.1, 2, интервал времени

0 — 1с по Фиг.3). В момент t врезао ния подача уменьшается до уровня S 10 при котором текущее значение мощности резания равняется заданному N=N для данного . заранее неизвестного) припуска обработки Ь

Х

Значение S может быть определено из известного уравнения мощности резания

N = С„1i,ЬВ ZS» = N, (1)

Где С Х g . g 5 — постоянная и пока 20 затели степени,зависящие от материала заготовки и инструмента;

Ь вЂ” ширина резания (в 25 рассматриваемом случае постоянная); — глубина резания;

D, Š— диаметр инструмента и число его 30 зубьев.

При возникновении вибраций больше допустимого значения А А уро- . о вень стабилизации мощности резания, а следовательно, и подача снижаются.

При некотором уровне И и подаче

S амплитуда вибраций становится меньше допустимого значения; этот уровень фиксируют, значение подачи » 5 40

С„Ь,bD Е также фиксируют (т.2 на фиг.1,2,интервал времени Ь, — 1 по Фиг.3).

Одновременно фиксируют значение пу- 45 ти рез,ьния 1 = 1,, пройденного инструментом в заготовке. В этот момент дается команда на уменьшение глубины резания путем установочного перемещения по координате Z станка. Для того чтобы поделить неизвестный припуск обработки на два, надо контроли" ровать изменение подачи при уменьшении глубины вследствие действия системы стабилизации мощности резания. 55

При некотором уровне

ZN< ) s

С„1,ЬВ Z припуск обработки h будет поделен на два и установочное перемещение по координате Z прекратится (т 2,3 по фиг.1,2 и интервал времени t<-Сз по фиг.3). Уровень Я рассчитывает Е ся после фиксации уровня S„ одновременно фиксируется перемещение д Е =

= h„/ß . Далее повышают уровень стабилизации мощности до исходного значения И (т.3,4 по фиг.1,2 и интервал времени t -1 по Фиг.3) и срезают уменьшенный припуск обработки с повышенными значениями уставки мощности и, соответственно, подачи (т.4 по фиг.1,2 и интервал времени t < - t< по фиг.З).

После срезания уменьшенного припуска мощность резания снижается до уровня холостого хода (т,5 по Фиг.1, 2 и момент времени 1 по фиг„3) и путь резания 1 Фиксируется с умень1 шенным припуском и.. . который опре"рЯ деляется как общий путь резания от момента контакта с заготовкой за вычетом зафиксированного ранее пути резания 1, с полным припуском Ь, (фиг,1). В момент (t5 по Фиг.3) дается команда на реверсирование подачи по координате .Х на быстром ходу

Sg . После прохождения пути, равного (т «о фиг ° °,2), подача по коорх ! динате Х прекращается и включается подача быстрого хода по координате

Е (т, 6,7 по.фиг.1,2) на перемещение Ь Е. После обработки перемещения — p Z подача по координате Z прекращается и дается команда на перемещение по координате Х на подаче ограничения $ . После врезания помакс дача уменьшается до уровня,при котором текущее значение мощности резания равно заданному уровню N и производится срезание оставшегося припуска обработки (т.7 — 10 по Фиг.1,2 и интервал времени t6 — t < по фиг.З).

При изменении припуска (т. 8,9 по фиг.1 и момент времени 1 по фиг.3) подача изменяется, стабилизируя мощность резания на заданном уровне.

Способ может быть реализован различными путями, как в аппаратном,так и в программном исполнении (в микропроцессорном устройстве ЧПУ). Устройство в программно-аппаратном исполнении изображено на Фнг.5.

Устройство содержит блок 1 ввода управляющих программ (УП), буферный блок 2, блок 3 формирования управляю5 1500995 щих сигналов, блоки 4,5 сравнения, цифровые регуляторы 6,7, пиФроаналоговые преобразователи 8, 9, приводы

10, 11 подачи станка, датчики 12,13 обратной связи по пути, аналого-цифровые преобразователи 14,15, станок

16, датчик 17 мощности, датчик 18 вибраций, аналого †цифров преобразователи 19, 20, блоки 21, 22 сравнения, регуляторы 23 мощности и 24 уровня вибраций, блок 25 библиотеки типовых режимов резания (БТР). Блоки

21-25 являются цифровой частью 26 системы адаптивного управления, логичес- 15 кие блоки 27 — 29, блок 30 памяти и блок 31 расчета Дополнительных кадров входят в блок 32 формирования траектории.

Устройство работает следующим об- 20 разом, В подготовительном кадре блок 1 ввода УП вводит требуемую геометрическую информацию рабочего кадра в буферный блок 2 и требуемую техноло гическую информацию (данные об инструменте, обрабатываемой детали, режимах резания) в бл-..к 25, В блоке

25 в подготовительном кадре нл основании технологических данных УП рассчитываются. необходимые параметры для функционирования системы адаптив ного управления: максимальная подача Б . уставка мощности И, устав ракс -" ка допустимого уровня вибраций А

35 коэффициент 2 . Одновременно вводится геометрическая информация в блок

31 расчета дополнительных кадров о качественной траектории движения ипструмечта в дополнительных кадрах 40 (без учета конкретных величин перемещений, которые уточняются в процессе работы), В рабочем кадре привод 11 отрабатывает перемещение Х>, При врезании инструмента в деталь появляется мощность резания И, контролируемая датчиком 17, Фактическое значение И сравнивается с заданным И = Ио разность 50

N — N при помощй регугытара 23 ре3 гулирует в блоке 3 формирования управляющих сигналов скорость подачи

Я так, чтобы И = И - N

При превышении уровнем вибраций

А допустимого уровня А регулятор о

24 уменьшает уставку мощности N» которая становится меньше исходного заданного уровня N,,при этом уменью ll t(.я псллчл; FF ур вень J F!F раций А. В нскотср -й чомспт устлш:— нится соотношение Л : Л .. Л ги;вский

Р

6JIoK 27, KAJJ Fрс. шруFJ с, cTP;FFF!JFJ гиг— налов И w!: и Л А „, ллрлГлтыллст

Ф

Л команды для псцл .и в блок 31 рлс ета дополнительных клдров и в блок

30 памяти. Блок 30 памяти фиксирует уровень подлчи К = 8, „л блок 31 запоминает текущее знлчение координаты Х = Х„ и в соответствии с заложенной ранее управляющей подпрограммой дает команду на движение по координате Z в требуемом направлении через блок 3. Скорость подачи по координате Е устанавливается тлксй же, как и по основной координате Х:

Ч = S при этом отработка рабочего кадра (т.е. движение по координате Х) не прекращается. При изменении положения инструмента по координате Е уменьшается глубина резания,вследствие чего для поддержания заданного уровня мощности И = И увеличивается подача, Как только уровень текухз щей подачи станет равным S = 2 8,, что фиксируется блоком 28, последнии подает команду на остлнов движения по координате Е и фиксацию фактического положения Е = Е в блок 31 1 (окончание первого дополнительного кадра) .

После этого продолжается отработка рабочего кадра по координате Х с уменьшенным припуском обработки, исключающим появление недопустимых вибраций. Уставка мощности И. при

3 этом увеличивается до исходного значения N и подача еще больше воза растает. При срезании уменьшенного припуска обработки, что фиксируется блоком 29, последний дает команду в блок 31 на останов отработки рабочего кадра, запоминание текущего значения Х = Х в этот момент и вклю2 чение второго дополнительного кадра в работу.

Второй дополнительный кадр имеет следующую программу: возврат на ускоренном ходу по координате Х до положения Х = Х (— åðåìåùåíèå Ь Х =1

= Х - — Х,) и до исходного положения

Zp по координате Z (перемещение дЕ = Š— Е ), Одновременно в буферр ° ном устройстве 2 отыскивается нужное место рабочего кадра (координаты

I500995

Фиг l

Z = Е, Х = Х ), рабочий кадр вновь включается в работу, обеспечивая срезание оставшегося припуска обработки беэ вибраций с исходной уставкои мощности N о

Формула изобретения

Способ ограничения вибраций технологической системы, по которому при вибрациях технологической системы с амплитудой меньше допустимого значения производят стабилизацию мощности резания на заданном уровне регулированием подачи по интегральному закону в функции разности заданного и текущего значений мощности резания, а при возникновении вибраций больше допустимого значения снижают заданный. уровень мощности резания до величины, при которой вибрации не превышают допустимое значение,после прохождения вибронеустойчивого участка повышают уровень стабилизируемой .мощности .резания до прежнего заданного уровня, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности обработки при прохождении вибронеустойчивых участков резания после снижения заданного уровня стабилизации мощности резания фиксируют значения пройденного пути и подачи, а затем уменьшают глубину резания до величины, при которой подача увеличится относительно зафиксированного значения 2 "э раз, где (/ х — показатель степени при подаче в степенной зависимости мощности резания от параметров резания, увеличивают уровень стабилизации мощности резания до исходного заданного значения и производят срезание уменьшенного припуска отработки, после снижения стабилизируемой мошности резания до уровня холостого хода на скорости быстрого хода возвращаются к точке зафиксированного значения пути резания и производят срезание оставшегося припуска отработки с заданным

25 уровнем стабилизации мощности резания.

150099 5! 500995

Составитель А.Коробко

Техред М. Ходанич Корректор Н.Борисова

Редактор А.Маковская

Заказ 4865/42 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101