Устройство ограничения вибраций на шлифовальном станке

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтсиим

Социалистических

Республик

<1952553 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 160181 (21) 3235244/25-08 с присоединением заявки №вЂ” (23) ПриоритетОпубликоваио 230882 Бюллетень ¹ 31

Дата опубликования описания 250882

Р1 М К„з

В 24 В 49/00

Государственный комитет

СССР ло делам изобретеиий и открытий ($3) УДК621 ° 503. 53 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ю.Н. Петренко, В.П. Беляев и Г.И. Гульков

Белорусский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ОГРАНИ 1ЕНИЯ ВИБРАЦИЙ

НА ШНИФОВАЛЬНОМ СТАНКЕ

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть. использовано для ограничения вибраций при обработке деталей на шлифо вальных станках.

Известно устройство автоматического регулирования подачи на металлорежущих станках, содержащее станок, регулируемый электропривод подачи с системой управления элемент сравнения, один вход которого соединен с датчиком вибраций, а второй — c задатчиком допустимого уровня вибраций, выход элемента соединен с сис- темой управления, в которой изменяется величина подачи. Ограничение вибраций осуществляется за счет изменения величины подачи (1J .

Однако воздействие только на величину подачи в этом устройстве не позволяет эффективно устранять вибрации, так как амплитуда возмущающего воздействия, действующего на упругую систему станок - приспособление - инструмент-деталь остается пос- тоянной. Кроме того, снижается производительность станка, так как для ограничения вибраций при постоянной амплитуде возмущающего воздействия может потребоваться значительное уменьшение подачи.

Известно также устройство для ограничения вибраций на металлорежущих станках, содержащее регулируемый электропривод подачи с системой управления, элемент.-сравнения, датчик вибрации и эадатчик допустимого уровня вибраций, релейные элементы, один из которых не имеет зоны нечувствительности, а другие имеют эоны нечувствительности отличные друг от друга, триггеры, блоки задержки, логические элементы "Запрет"т

15 сумматор, интеграторы, задатчик усилия резания, датчик усилия резания, задатчик частоты вращения привода главного движения станка.. Ограничение вибраций осуществляется

20 различными путями: увеличением скорости резания, уменьшением скорости резания, одновременным увеличением скорости резания и уменьшением усилия резания, одновременным уменьше25 нием .скорости резания и усилия резания (2 .

Однако данное устройство невозможно применять на шлифовальных станках при увеличении скорости резания, так как из условия обеспечения мак952553 симальной производительности ско рость резания окружная скорость шлифовального Kpyra) должна быть максимальной, допустимой прочностью круга.

Уменьшение скорости резания приводит к уменьшению производительности шлифования. Это объясняется тем, что при уменьшении скорости резания увеличивается шероховатость шлифованной поверхности и для обеспечения требуемой шероховатости поверхности при уменьшении скорости необходимо одновременное уменьшение подачи.

Воздействие на величину усилия резания и скорости резания не позволяет эффективно устранять вибрации, так как в этом случае амплитуда возмущающего воздействия, действующего на упругую систему станок- приспособление — инструмент, — деталь, остается постоянной.

Целью изобретения является повышение эффективности ограничения вибраций и производительности обработки на шлифовальных станках, Поставленная цель достигается тем, что в устройство ограничения вибраций на шлифовальном станке, содержащее асинхронный электродвигатель привода шлифовального круга, преобразователь частоты с системой управления и задатчиком частотынапряжения питания электродвигателя регулируемый электропривод подачи с системой управления и задатчиком величины подачи, элемент сравнениями входы которого соединены с датчиком вибраций и с задатчиком допустимого уровня вибраций, сумматор и интеграла \. тор, введены вычислитель и датчик момента электродвигателя привода шлифовального круга, причем вход интегратора соединен с выходом элемента сравнения, а выход - с инверсным входом сумматора, с прямым входом которого соединен задатчик величины подачи, выход сумматора соединен,с входом системы управления, выход которой соединен со шлифовальным станком, шлифовальный станок соединен с асинхронным электродвигателем привода шлифовального круга, который соединен с выходом преобразователя частоты, вход которого соединен с выходом системы управления, первый вход которой соединен с выходом задатчика частоты напряжения питания электродвигателя, а второй с выходом вычислителя, первый вход. которого соединен с выходом задатчика частоты напряжения питания электродвигателя, а второй с выходом датчика момента, вход которого соединен с асинхронным электродвигателем привода шлифовального круга.

Второй вариант (фиг.2) устройства состоит в том, что в него введены два ключа и дополнительный вычислитель, причем вход первого ключа соединен с выходом датчика момен.та, а выход — с вторым входом вычислителя, вход второго ключа соединен с выходом датчика момента, а выход — с вторым входом дополнительного вычислителя, первый вход которого соединен с выходом задатчика частоты напряжения питания электродвигателя, а выход — с вторым входом системы управления преобразователя частоты.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — то же, вариант устройства, на фи-.3 - механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании напряжения в соответствии с изобретением.

Устройство (фиг.1) содержит шлифо" вальный станок 1, соединенный с вхо;

/ дом датчика 2 вибраций, с асинхронным электродвигателем 3 прИвода шлифовального круга и электроприводом 4 подачи, вход которого соединен с выходом

25 системы 5 управления, вход которой соединен с выходом сумматора б, прямой вход которого соединен с выходом задатчика 7 величины подачи, а инверс ный — с выходом интегратора 8, вход, 3Q которого соединен с выходом элемента 9 сравнения, входы которого соединены с выходами датчика 2 вибраций и выходом задатчика 10 допустимого уровня вибраций, вход асинхронного

35 электродвигателя 3 привода шлифовального круга соединен с выходом преобразователя 11 частоты, вход которого соединен с выходом системы 12 управления, первый вход которой соединен с выходом задатчика 13 частоты напряжения питания, а второй — с выходом вычислителя 14, первый вход которого соединен с выходом задатчика 13 частоты напряжения питания, а второй — с выходом датчика 15 момен45 та, вход которого соединен с асинхронным электродвигателем 3 привода шлифовального круга.

Второй вариант устройства (фиг.2) содержит дополнительно ключи 16 и 17

50 и вычислитель 18. Вход первого ключа 1б соединен с выходом датчика 15 момента, а выход — с вторым входом вычислителя 14, вход второго ключа

17 соединен с выходом датчика 15 у момента, а выход — с вторым входом дополнительного вычислителя 18, первый вход которого соединен с выходом задатчика 13 частоты напряжения питания, а выход — с вторым входом системы управления преобразователя частоты.

Принцип действия устройства основан на том, что одновременно с изменением скорости подачи изменяют магнитный поток асинхронного электродви952553 гателя привода шлифовального круга путем регулирования напряжения питания.

В устройстве (фиг.1) регулируют напряжение питания в соответствии с соотношением 5

Ц с

15

?И вЂ” электромагнитный момент двига- 25 теля, gP — номинальные потери в двиН гателе, числа фаэ, и ( г, Г у Ха °

Х2 р Хо

ЬРснь он () 60 где где

0 м-Мн

4 Ф 2

r,i ьрх tç, х м i % 5+, х, ) . параметры Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя, номинальные потери в стали 35 статора, угловая скорость поля двигателя, соответствующая номинальной частоте питаюWего напряжения, 40 номинальное значение частоты питающего напряжения, номинальное значение магнитного потока двигателя, c,= 45

=444R К,— конструктивная постоянная

< статора машины, Rq — обмоточный коэффициент, W - число последовательных витков одной фазы, ос — относительная частота питающего напряжения.

В устройстве (фиг.2) в пределах изменения момента ьр„ к регулируют иапряиеиие

Ьхр<кьх fi „) питания в соответствии с соотношением р (х i< дРсн х ч н C„ f,H m, "т (Гi q 1 сн "z к =Я

7 он1 хо ф Сг „,1; .1, К

ыон

m,r

2 критическое значение параметра абсолютного скольжения, а в пределах изменения момента Р— л — смхмк по соотношению (1).

В большинстве станков шлифовальный круг- приводится во вращение от асинхронного электродвигателя, который выполняется как одно целое со шлифовальной бабкой, т.е. в виде электрошпинделя. Следовательно, вибрации электродвигателя вызывают вибрации шлифовального круга ° Имея ввиду, что в шлифовальных станках используются прецезионные подшипники, дисбаланс ротора электродвигателя сводится к минимуму, и основную роль в создании вибраций электродвигателя играют магнитные вибрации. Причинами магнитных вибраций асинхронных электродвигателей являются временные и пространственные изменения сил тяжения, действующих между статором и ротором.

Величина радиальной силы, действующей на единицу поверхности воздушного зазора, определяется выражением

". 0< 10 Ь 8 (3) где Ь < ) — мгновенное значение маг= . нитной индукции в зазоре в точке, удаленной на угол 9 от начала координат в момент времениЯ.

В шлифовальных станках асинхронный электродвигатель шлифовального круга работает с различной нагрузкой, которая зависит от режима работы, станка (черновое или чистовое шлифование, правка круга). Изменяется нагрузка и при изменении подачи для ограничения вибраций. В этих условиях целесообразно регулировать магнитный поток двигателя в соответствии с величиной момента нагрузки. Согласно формуле (3) уменьшение (увеличение) магнитного потока (а следовательно, и индукции) асинхронного электродвигателя привода шлифовального круга обуславливает уменьшение (увеличение) амплитуды возмущающего воздействия, действующего на систему станок — приспособление — инструмент — деталь, и позволяет осуществить ограничение . вибраций на шлифовальных станках.

В устройстве ограничение вибраций осуществляется одновременно взаимосвязанными действиями: изменением скорости подачи (повышением степени устойчивости системы станок — приспособление — инструмент — деталь). и изменением магнитного потока асин-

952553 хронного электродвигателя шлифовального круга (изменением амплитуды возмущающего воздействия). Уменьшение вибраций собственно электродви,.гателя привода шлифонального круга дает возможность увеличить величины подачи при заданном уровне вибраций шлифонального станка и тем самым повысить производительность обработки. Магнитный поток предлагается изменить так, чтобы сохранить поте- 10 ри мощности в двигателе на номиналь" ном уровне, т.е. при определенном значении момента двигателя М в уста- новившемся режиме работы асинхронный двигатель находится в точке ме- )5 ханической характеристики, вид которой определяется напряжением V согласно формуле (1), с абсолютным скольжением P, при .котором потери н двигателе равны номинальным (фиг.3)2р

Соотношение (1) получено на основании вычислений по Т-образной .схеме замещения частотно-регулируемого асинхронного двигателя.

Соотношение (2) получено из следующих соображений: с уменьшением нагрузки магнитного потока путем регулирования напряжения питания двигателя о соотношению (1) увеличивается параметр абсолютного скольжения Р . При превышении р значения потери в двигателе номинальны лишь при работе его на неустойчивой части механической характеристики в точке а (кривая 3, фиг.3), что возможно только в замкнутой по скорости.З5 системе электронривода. Следовательно, при постоянстве статического момента в разомкнутой системе двигатель. работает на устойчивой части механи ческой характеристики в точке 5 и .40 потери мощности двигателя ниже номинальных. Поэтому в диапазоне изменения момента аР

0<Ма Н " Й)

45 для дальнейшего повышения эффектив- ности ограничения вибраций изменяют магнитный поток двигателя путем регулирования напряжения питания по соотношению (2), т.е. при любом значении М,. из диапазона изменения момента в установившемся режиме работы двигатель находится в точке механической характеристики с абсолютным скольжением „Р . Соотношение (2) получено подстановкой = кр

При пренебрежении активными сопротивлениями статора напряжения на электродвигателе определяет магнитный поток. Уменьшение напряжения по соотношению (1) позволяет уменьшить магнитный поток до минимально го уровня, определяемого номинальными потерями мощности в электро- 65 двигателе, а по соотношению (2) до уровня, определяемого критической величиной параметра абсолютного скольжения.

Устройство по фиг.1 работает следующим образом.

Во время шлифования детали, когда сигнал датчика 2 вибраций равен сигналу задатчика 10 допустимого уроння нибраций, на выходе элемента 9 сравнения, а следовательно, на выходе интегратора 8 сигнал отсутствует, и величина подачи определяется только величиной сигнала задатчика 7 подачи. Напряжение на выходе преобразователя 11 частоты и на электродвигателе 3 определяется величиной сигнала на выходе вычислителя 14. При пренебрежении активными сопротивлениями статора это напряжение при постоянной частоте определяет магнитный поток асинхронного электродвигателя 3.

В.таком состоянии устройство нахо" дится до тех пор, пока при обработке детали сигнал с выхода датчика

2 вибраций не превысит (не станет меньше) сигнал (сигнала) задатчика 10 допустимого уровня вибраций.

В этом случае на выходе элемента

9 сравнения и на выходе интегратора

8 появляется положительный отрицательный), сигнал. Этот сигнал поступает на иннерсный вход сумматора

6, где суммируется с сигналом задатчика 7 величины подачи, который поступает на прямой вход сумматора б. Выходной сигнал сумматора б начинает уменьшаться (увеличиваться) и воздействует на систему 5 управления 5 электропривода подачи так, что величина подачи уменьшается (увеличивается), а следовательно, уменьшается (увеличивается) и усиление резания. уменьшение (увеличение) усилия резания приводит к уменьшению (уве- . личению) момента электродвигателя

3 привода главного движения. Сигнал с датчика 15 момента поступает в вычислитель 14, необходимый для вычисления по соотношению (1) зависящего от сигнала датчика 15 момента и задатчика 13 частоты напряжения питания сигнала, поступающего на вход системы 12 управления, при котором устанавливается такОе значение напряжения на выходе препреобразователя 11 частоты и на электродвигателе 3, а значит и магнитного потока электродвигателя 3, при котором,иотери мощности в нем не превышают номинальных. Уменьшение (увеличение) подачи и магнитного потока электродвигателя 3 приводит к

Ф уменьшению (увеличению) амплитуды возмущающего воздействия, действующего на систему станок - приспособлеФ ние — инструмент — деталь, а следовательно, и вибраций. Сигнал с выхода датчика 2 вибрацйй уменьшается (увеличится) и становится равным сигналу с выхода задатчика 10 допустимого уровня вибраций.С выхода элемента 5

9 сравнения сигнал исчезает,и интегра; тор 8 запоминает накопленный уровень.

Шлифование детали происходит при новом значении величины подачи и магнитного потока электродвигателя 3. 10

Принцип действия устройства на фиг.2 аналогичен, только при изменении момента нагрузки в диапазоне

4Р р„ к, —, ) ключ 17 разомкнут, ключ 16 замкнут и работает вычислитель 14, и вычисление осуществляется IIQ cooTHoLIåíèþ 1)), а при достижении величиной момента значения ключ 16 размыкается, замыкается ключ

17, подключается вычислитель 18, и .вй*числение в диапазоне изменения

:момента нагрузки

ЬРН 30 осуществляется по соотношению (). (2) .

Устройство позволяет повысить эффективность ограничения вибраций

;на шлифовальных станках и производительность шлифования на 10%, уменьшить прижоги шлифуемой поверхности и улучшить ее качество.

35

Формула изобретения

952553 10

1 питания, система управления и задат- чик частоты напряжения питания, электропривод подачи с системой уп: равления и задатчиком величины подачи, датчик вибраций станка и задатчик допустимого уровня вибраций, подключенное к входам элемента сравнения, сумматор и интегратор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности ограничения вибраций и производительности обработки, в него введены датчик момента электродвигателя привода шпифовального круга и вычислитель, причем вход интегратора соединен с выходом элемента сравнения, а выход — с инверсным входом сумматора, с пряьмм входом которого соединен задатчик величины подачи, а выход Сумматора соединен с входом системы управления электроприводом подачи, кроме того, последовательно соединенные датчик момента электродвигателя шлифовального круга и вычислитель подключены к системе управления этим двигателем, а второй вход вычислителя соединен с выходом задатчика частоты напряжения питания.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что в него введены дополнительный вычислитель и два ключа, причем вход первого ключа соединен с выходом датчика момента, а выход - с вторым входом вычислителя, вход второго ключа соединен с выходом датчика момента, а выход .- с вторым входом дополнительного вычислителя, первый вход которого соединен с выходом задатчика

«частоты напряжения питания, а выход - с вторым входом системы управления электродвигателем привода шпифовального круга.

1. Устройство ограничения вибраций на шлифовальном станке, содер 45 жащее асинхронный электродвигатель привода шлифовального круга, к котоому последовательно подключены преро образователь частоты напряжени я

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. 1Iàòåíò Франции . Р 2066917, кл. В 23 q 5/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

М 662318, кл. В 23 Q 15/00, 1979/