PL226148B1 - System nadzorowania procesu szlifowania na szlifierce klowej do walkow, zwlaszcza przedmiotow wykonanych z materialow trudnoobrabialnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest system nadzorowania procesu szlifowania na szlifierce kłowej do wałków zwłaszcza przedmiotów wykonanych z materiałów trudnoobrabialnych, jak stale wysokostopowe, stopy niklu, stopy tytanu, stosowanych między innymi w przemyśle lotniczym.

Do problemów najczęściej występujących podczas obróbki wałków wykonanych z materiałów trudnoobrabialnych należą: szybkie zużycie narzędzia (stępienie ściernicy oraz utrata kształtu), rozwój drgań samowzbudnych oraz niskie parametry jakościowe szlifowanych detali.

Dotychczas producenci szlifierek dostarczają wraz ze szlifierką urządzenie numeryczne do jej sterowania tj. do sterowania napędem wrzeciona obrabianego przedmiotu, napędem obrotów ściernicy i napędem dosuwu wrzeciennika ściernicy. Za pomocą tego urządzenia nie jest możliwe śledzenie stanu procesu szlifowania tj. diagnozowania symptomów zużycia ściernicy, powstawania drgań samowzbudnych i uszkodzeń cieplnych obrabianych przedmiotów oraz zmiany parametrów obróbki, w celu utrzymania procesu w optymalnym obszarze szlifowania.

Znane są nieliczne rozwiązania, w których ten problem próbowano rozwiązać posługując się opracowanymi modelami analitycznymi, modelami numerycznymi dynamiki procesu szlifowania bądź układami diagnostycznymi, które jednakże nie ingerowały w przebieg procesu obróbczego.

System nadzorowania procesu szlifowania na szlifierce kłowej do wałków, zwłaszcza przedmiotów wykonanych z materiałów trudnoobrabialnych, według wynalazku, jest wyposażony w przewodowy czujnik emisji akustycznej zamocowany na korpusie konika szlifierki, dwa trzyosiowe czujniki drgań, z których jeden jest umieszczony na kle konika szlifierki, zaś drugi na przedniej ścianie korpusu wrzeciennika szlifierki, w osi wrzeciona ściernicy po stronie ściernicy, dwa trzyosiowe piezoelektryczne czujniki siły do pomiaru składowych siły szlifowania, usytuowane pomiędzy obudową wrzeciona ściernicy i korpusem podstawy wrzeciennika ściernicy. Nadto system zawiera przekładnik prądowy do pomiaru mocy szlifowania, moduł do pomiaru momentu szlifowania na obrabianym przedmiocie, przetwornik obrotowo-impulsowy napędu wrzeciona przedmiotu obrabianego, przetwornik obrotowoimpulsowy napędu obrotów ściernicy. Czujnik emisji akustycznej, czujniki drgań, czujniki siły do pomiaru składowych siły szlifowania, przekładnik prądowy do pomiaru mocy szlifowania, moduł do pomiaru momentu szlifowania na ściernicy, przetworniki obrotowo-impulsowe napędu wrzeciona przedmiotu obrabianego i napędu obrotów ściernicy są połączone z kartami akwizycji danych, przy czym czujnik emisji akustycznej za pośrednictwem wzmacniacza pomiaru emisji akustycznej, czujniki drgań za pośrednictwem czterokanałowego miernika drgań, czujniki siły do pomiaru składowych siły szlifowania za pośrednictwem wzmacniacza pomiaru sił, przekładnik prądowy do pomiaru mocy szlifowania i moduł pomiaru momentu szlifowania za pośrednictwem wzmacniacza pomiaru mocy szlifowania i momentu szlifowania System jest także połączony ze wzmacniaczem napędu szlifierki złączonym bezpośrednio z kartami akwizycji danych. Karty akwizycji danych są połączone z wejściem oraz wyjściem komputera przemysłowego lub PC, wyposażonego w program kontrolno-pomiarowy do pomiaru sił, drgań, emisji akustycznej oraz mocy szlifowania, przy czym z wejściem oraz wyjściem komputera jest nadto połączony, za pośrednictwem karty komunikacyjnej, układ sterowania numerycznego szlifierki do zdalnej bieżącej modyfikacji parametrów obróbki w kolejnych fazach cyklu szlifowania pod wpływem sygnałów z systemu nadzorowania procesu szlifowania.

System nadzorowania procesu szlifowania na szlifierce kłowej do wałków według wynalazku umożliwia wybór wstępnych parametrów kinematycznych szlifowania dla kolejnych faz cyklu szlifowania, diagnozowanie wczesnych symptomów zużycia ściernicy i niepożądanych stanów procesu oraz ciągłą lub stopniową zmianę parametrów obróbki niezbędną do utrzymania procesu w optymalnym obszarze szlifowania i uniknięcia rozwoju drgań samowzbudnych i uszkodzeń cieplnych przedmiotu obrabianego.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku schematycznym.

System zawiera przewodowy czujnik emisji akustycznej zamocowany na korpusie konika szlifierki, dwa trzyosiowe czujniki drgań 3, 4, z których jeden czujnik 3 jest umieszczony na kle konika szlifierki, zaś drugi czujnik 4 na przedniej ścianie korpusu wrzeciennika szlifierki, w osi wrzeciona ściernicy po stronie ściernicy, dwa trzyosiowe piezoelektryczne czujniki siły 6 do pomiaru składowych siły szlifowania, usytuowane pomiędzy obudową wrzeciona ściernicy i korpusem podstawy wrzeciennika ściernicy. System zawiera nadto przekładnik prądowy 7 do pomiaru mocy szlifowania, moduł 8 do pomiaru momentu szlifowania na ściernicy, przetwornik obrotowo-impulsowy 9 napędu wrzeciona przedmiotu obrabianego, przetwornik obrotowo-impulsowy 10 napędu obrotów ściernicy. Czujnik emisji akustycznej 5, czujniki drgań 3, 4, czujniki siły 6, przekładnik prądowy 7, moduł 8 i przetworniki

PL 226 148 B1 obrotowo-impulsowe 9, 10 są połączone z kartami akwizycji danych 11, przy czym czujnik emisji akustycznej 5 za pośrednictwem wzmacniacza 12 pomiaru emisji akustycznej, czujniki drgań 3, 4 za pośrednictwem czterokanałowego miernika drgań 13, czujniki siły 6 za pośrednictwem wzmacniacza 14 pomiaru sił, przekładnik prądowy 7 i moduł 8 za pośrednictwem wzmacniacza 15 pomiaru mocy szlifowania i pomiaru momentu na wrzecionie ściernicy. System jest połączony nadto ze wzmacniaczem napędu 16 szlifierki połączonym bezpośrednio z kartami akwizycji danych 11. Karty akwizycji danych 11 są połączone z wejściem oraz wyjściem komputera 1, przemysłowego lub PC, wyposażonego w pakiet oprogramowania kontrolno-pomiarowego do pomiaru sił, drgań, emisji akustycznej oraz mocy szlifowania. Z wejściem oraz wyjściem komputera 1 jest nadto połączony, poprzez specjalizowaną kartę komunikacyjną, układ sterowania numerycznego 20 szlifierki do zdalnej bieżącej modyfikacji parametrów obróbki w kolejnych fazach cyklu szlifowania pod wpływem sygnałów z systemu nadzorowania procesu szlifowania.

Układy sensoryczne systemu, w trakcie procesu szlifowania, zbierają dane o stanie procesu, które są następnie przetwarzane z wykorzystaniem programu komputera. W wyniku przetwarzania sygnałów otrzymuje się różne miary, w których jest zawarta informacja o stanie procesu szlifowania. Z powodu dużej liczby miar stosuje się metodę analizy składowych głównych lub składowych niezależnych w celu redukcji oryginalnego wektora miar do przestrzeni o znacznie mniejszym wymiarze, bez utraty informacji zawartej w oryginalnym zbiorze danych. Dzięki temu jest możliwe zastosowanie jednej z wielu metod modelowania danych w celu określenia stanu procesu, zużycia ściernicy oraz parametrów wynikowych procesu szlifowania, na przykład chropowatości obrabianego przedmiotu. Jeżeli zidentyfikowane zostaną niepożądane stany procesu, takie jak uszkodzenia cieplne powierzchni obrabianego przedmiotu, drgania regeneracyjne tego przedmiotu lub ściernicy, następuje korekta parametrów kinematycznych procesu szlifowania tak, aby znaleźć się w optymalnej strefie szlifowania. Korekta parametrów dotyczy prędkości dosuwu ściernicy do przedmiotu, prędkości obwodowej obrabianego przedmiotu w poszczególnych fazach cyklu szlifowania oraz czasu wyiskrzania. Obliczone skorygowane parametry są natychmiast wysyłane do układu sterowania numerycznego szlifierki, który realizuje zmiany tych parametrów podczas procesu szlifowania, w każdej fazie szlifowania, tj. fazie szlifowania zgrubnego, fazach wykończających oraz podczas fazy wyiskrzania. W wyniku takiego działania zapewniona jest zakładana jakość obrabianego przedmiotu oraz zostaje wydłużona trwałość ściernicy.

Sygnał z czujnika emisji akustycznej 5, w postaci ładunku elektrycznego, jest przesyłany do wzmacniacza emisji akustycznej 12, gdzie jest filtrowany i wstępnie wzmacniany. Ze wzmacniacza 12 sygnał, w postaci napięciowej, jest przesyłany do kart akwizycji danych 11, gdzie jest zamieniany do postaci cyfrowej, dzięki czemu jest możliwa dalsza obróbka sygnału w komputerze 1. Sygnały z trzyosiowych czujników drgań 3, 4, w postaci ładunków elektrycznych, są przesyłane do czterokanałowego wzmacniacza sygnału drgań 13, gdzie są filtrowane i wzmacniane. Ze wzmacniacza 13 sygnały, w postaci napięciowej, są przesyłane do kart akwizycji danych 11, gdzie są zamieniane do postaci cyfrowej. Sygnały z piezoelektrycznych czujników siły 6 są przesyłane, w postaci ładunku elektrycznego, do wzmacniacza 14 pomiaru sił, gdzie są filtrowane, wzmacniane i zamieniane do postaci napięciowej. Sygnał napięciowy jest przesyłany do kart akwizycji danych 11. Sygnał z przekładnika prądowego 7, w postaci prądu, jest przesyłany do wzmacniacza 15, gdzie jest zamieniany na sygnał napięciowy przesyłany dalej do kart akwizycji danych 11. Natomiast sygnał pomiaru momentu na wrzecionie przedmiotu obrabianego jest przesyłany bezpośrednio ze wzmacniacza napędu 16 do kart akwizycji danych 11 w postaci napięciowej. Sygnał z przetwornika obrotowo impulsowego 9 zamocowanego na wale silnika napędu obrabianego przedmiotu przyjmuje postać dwóch sygnałów prostokątnych przesuniętych w fazie o 90 stopni elektrycznych względem siebie i jest przesyłany do kart akwizycji danych 11, gdzie jest zamieniany na cyfrową informację o pozycji kątowej i prędkości obwodowej obrabianego przedmiotu. Podobnie sygnał z przetwornika obrotowo-impulsowego 10 zamocowanego na wale ściernicy, w postaci sygnałów prostokątnych, jest przesyłany do kart akwizycji danych 11, gdzie jest zamieniany na cyfrową informację o pozycji kątowej i prędkości obwodowej ściernicy. Wymienione sygnały są wstępnie przetwarzane w komputerze 1 w dziedzinie czasu, częstotliwości lub czasu i częstotliwości. Dla wybranych składowych częstotliwościowych tych sygnałów są wyznaczone różne cechy statystyczne. Z wykorzystaniem metody selekcji i transformacji cech, jak metoda analizy składowych głównych, wybrane zostają cechy najbardziej istotne z punktu widzenia identyfikacji niepożądanych stanów procesu, zużycia ściernicy oraz przewidywania parametrów wynikowych szlifowania. Z wykorzystaniem technik eksploracji danych zbiór cech oraz parametrów kinematycznych szlifowania

PL 226 148 B1 jest wykorzystywany do budowy modeli procesu szlifowania. Modele te są wykorzystywane do doboru wstępnych warunków szlifowania oraz optymalizacji procesu w kolejnych fazach cyklu szlifowania. Informacje o optymalnych parametrach kinematycznych szlifowania (prędkość obwodowa przedmiotu obrabianego, prędkość dosuwu ściernicy) dla kolejnych faz cyklu szlifowania są wysyłane, poprzez interfejs Profibus lub Ethernet, do zmodyfikowanego układu sterowania numerycznego 20. Możliwy jest również odczyt wszystkich parametrów kinematycznych szlifowania z układu sterowania numerycznego 20. System sterowania numerycznego jest podłączony do regulatora 21 silnika AC Simodrive napędu wrzeciona przedmiotu (ściernicy), załącznika obrotów 22 silnika napędu 17 ściernicy oraz regulatora AC Simodrive 23 dla silnika napędu dosuwu wrzeciennika 18 ściernicy. Ponadto pomiar pozycji liniowej wrzeciennika 18 ściernicy odbywa się za pomocą liniału optycznego 19.

Claims (1)

1. System nadzorowania procesu szlifowania na szlifierce kłowej do wałków, zwłaszcza przedmiotów wykonanych z materiałów trudnoobrabialnych, znamienny tym, że jest wyposażony w przewodowy czujnik emisji akustycznej (5) zamocowany na korpusie konika szlifierki, dwa trzyosiowe czujniki drgań (3, 4), z których jeden czujnik (3) jest umieszczony na kle konika szlifierki, zaś drugi czujnik (4) na przedniej ścianie korpusu wrzeciennika szlifierki, w osi wrzeciona ściernicy po stronie ściernicy, dwa trzyosiowe piezoelektryczne czujniki siły (6) do pomiaru składowych siły szlifowania, usytuowane pomiędzy obudową wrzeciona ściernicy i korpusem podstawy wrzeciennika ściernicy, przekładnik prądowy (7) do pomiaru mocy szlifowania, moduł (8) do pomiaru momentu szlifowania na ściernicy, przetwornik obrotowo-impulsowy (9) napędu wrzeciona przedmiotu obrabianego, przetwornik obrotowo-impulsowy (10) napędu obrotów ściernicy, ponadto system jest wyposażony w karty akwizycji danych (11), z którymi są złączone czujnik emisji akustycznej (5) za pośrednictwem wzmacniacza (12) pomiaru emisji akustycznej, czujniki drgań (3, 4) za pośrednictwem czterokanałowego miernika drgań (13), czujniki siły (6) do pomiaru składowych siły szlifowania za pośrednictwem wzmacniacza (14) pomiaru sił, przekładnik prądowy (7) do pomiaru mocy szlifowania i moduł (8) pomiaru momentu szlifowania za pośrednictwem wzmacniacza (15) pomiaru mocy szlifowania i momentu szlifowania, system jest także połączony ze wzmacniaczem napędu (16) szlifierki złączonym bezpośrednio z kartami akwizycji danych (11), zaś karty akwizycji danych (11) są połączone z wejściem oraz wyjściem komputera (1), przemysłowego lub PC, wyposażonego w program kontrolno-pomiarowy do pomiaru sił, drgań, emisji akustycznej oraz mocy szlifowania, przy czym z wejściem oraz wyjściem komputera (1) jest także połączony, za pośrednictwem karty komunikacyjnej, układ sterowania numerycznego (20) szlifierki do zdalnej bieżącej modyfikacji parametrów obróbki w kolejnych fazach cyklu szlifowania pod wpływem sygnałów z systemu nadzorowania procesu szlifowania.