RU2111091C1

RU2111091C1 - Method for controlling oscillation level in metal cutting machine tools

Info

Publication number: RU2111091C1
Application number: RU96116668A
Authority: RU
Inventors: Ю.Н. Санкин; В.И. Жиганов; Н.Ю. Санкин
Original assignee: Государственное производственное объединение "Ульяновский машиностроительный завод"
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1998-05-20

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly equipment for metal cutting. SUBSTANCE: method comprises steps of measuring relative motion in cutting zone, forming control stimulus acting on cutter in dependance upon signal of relative motion equal to difference between signal of motion value of equivalent elastic system in cutting zone and feed back signal fed to cutter holder. Feed back signal is formed according to measured relative motion between blank and cutter holder. Control stimulus eliminates influence of dynamic characteristics of equivalent elastic system including dynamic characteristics of blank and cutting process itself. EFFECT: enhanced accuracy of method. 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к холодной обработке металлов резанием, и может быть использовано при абразивной и лезвийной обработке, особенно в гибких автоматизированных производствах. The invention relates to mechanical engineering, namely to cold cutting of metals by cutting, and can be used in abrasive and blade processing, especially in flexible automated production.

Известен способ, реализуемый системой управления уровнем колебаний в металлорежущих станках в соответствии с которым в системе управления моделируют динамические характеристики эквивалентной упругой системы и сервопривода. A known method implemented by the control system of the level of vibrations in metal cutting machines in accordance with which the dynamic characteristics of an equivalent elastic system and a servo drive are simulated in a control system.

Недостатками этого способа являются необходимость построения динамических характеристик эквивалентной упругой системы и сервопривода, их подналадка для каждой точки рабочего пространства, а также учет динамических характеристик заготовки, что снижает точность обработки. The disadvantages of this method are the need to build dynamic characteristics of an equivalent elastic system and a servo drive, their adjustment for each point of the working space, as well as taking into account the dynamic characteristics of the workpiece, which reduces the accuracy of processing.

Эти недостатки обусловлены сложностью определения постоянных времени передаточной функции эквивалентной упругой системы, а также зависимостью от жесткости заготовки и положения зоны резания в рабочем пространстве. These disadvantages are due to the complexity of determining the time constants of the transfer function of the equivalent elastic system, as well as the dependence on the rigidity of the workpiece and the position of the cutting zone in the working space.

Задача изобретения - упрощение способа управления уровнем колебаний и исключение зависимости постоянных времени системы управления от жесткости заготовки и положения зоны резания в рабочем пространстве, повышение точности. The objective of the invention is to simplify the method of controlling the level of vibrations and eliminating the dependence of the time constants of the control system on the rigidity of the workpiece and the position of the cutting zone in the working space, improving accuracy.

Указанная задача достигается тем, что сигнал обратной связи формируют в результате измерения относительного перемещения между заготовкой и корпусом резцедержателя, определяющем положение режущего инструмента, благодаря чему управляющее воздействие исключает влияние динамических характеристик эквивалентной упругой системы, включая динамические характеристики заготовки и процесс резания. This problem is achieved in that the feedback signal is formed as a result of measuring the relative displacement between the workpiece and the tool holder body, which determines the position of the cutting tool, due to which the control action excludes the influence of the dynamic characteristics of the equivalent elastic system, including the dynamic characteristics of the workpiece and the cutting process.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема осуществления способа управления уровнем колебаний в токарных станках на основе сервомеханизма с гидрораспределителем; на фиг. 2 - то же, на основе сервомеханизма из пьезоэлементов; на фиг. 3 - блок-схема системы управления уровнем относительных колебаний в зоне резания. In FIG. 1 is a schematic diagram of a method for controlling the level of vibrations in lathes based on a servo mechanism with a hydraulic distributor; in FIG. 2 - the same, based on a servo mechanism of piezoelectric elements; in FIG. 3 is a block diagram of a system for controlling the level of relative vibrations in a cutting zone.

Способ реализуют системой управления уровнем колебаний, которая состоит из резца 1, закрепленного в инструментальном блоке 2, заготовки 3, емкостного датчика 4, инвертирующего усилителя 5 мощности, гидрораспределителя 6 и корпуса резцедержателя, представляющего собой сервоцилиндр 7. The method is implemented by the vibration level control system, which consists of a cutter 1 fixed in the tool block 2, a workpiece 3, a capacitive sensor 4, an inverting power amplifier 5, a control valve 6 and a tool holder housing, which is a servo cylinder 7.

Способ может быть реализован и системой, состоящей из резца 1, инструментального блока в виде рычага 2, заготовки 3, емкостного датчика 4, инвертирующего усилителя 5 мощности, а затем упоров 8 и 9, жестко связанных с пакетами пьезоэлементов 10 и 11, установленных в корпусе резцедержателя 7. The method can be implemented by a system consisting of a cutter 1, a tool block in the form of a lever 2, a workpiece 3, a capacitive sensor 4, an inverting power amplifier 5, and then stops 8 and 9, rigidly connected to the packages of piezoelectric elements 10 and 11 installed in the housing tool holder 7.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

При резании происходит изменение относительного перемещения между резцом 1 и поверхностью заготовки 3 (вследствие изменения припуска и т.п.), возникшие колебания в технологической системе регистрирует датчик 4 (например, емкостной). Полученный сигнал с датчика 4 поступает в инвертирующий усилитель 5 мощности, далее посредством гидрораспределителя 6 (в другом варианте пьезоэлементов 10-11) срабатывает сервомеханизм инструментального блока 2. В результате чего резец 1 перемещается, причем это перемещение резца компенсирует изменение относительного перемещения эквивалентной упругой системы в зоне резания. When cutting, there is a change in the relative displacement between the cutter 1 and the surface of the workpiece 3 (due to a change in the allowance, etc.), the resulting oscillations in the technological system are recorded by the sensor 4 (for example, capacitive). The received signal from the sensor 4 enters the inverting power amplifier 5, then, using the valve 6 (in another embodiment of the piezoelectric elements 10-11), the servomechanism of the tool block 2 is activated. As a result, the cutter 1 moves, and this movement of the cutter compensates for the change in the relative displacement of the equivalent elastic system in cutting zone.

Согласно принципиальной блок-схеме системы (исходя из известных теоретических соотношений), зависимость между толщиной срезаемой стружки X и подачей S описывается уравнением

где
W_p - передаточная функция процесса резания;
W_эус - передаточная функция эквивалентной упругой системы;
W_упр - передаточная функция системы управления.According to the basic block diagram of the system (based on known theoretical relations), the relationship between the thickness of the cut chip X and the feed S is described by the equation

Where
W _p is the transfer function of the cutting process;
W _eus is the transfer function of the equivalent elastic system;
W _control - the transfer function of the control system.

Как видно из этого уравнения, если передаточная функция системы управления будет близка к идеальному звену с коэффициентом усиления равным 1, то система будет инвариантна к характеристикам процесса резания W_рез и W_эус, то есть X будет равно S.As can be seen from this equation, if the transfer function of the control system is close to the ideal link with a gain of 1, then the system will be invariant to the characteristics of the cutting process W _cut and W _eus , that is, X will be equal to S.

При выполнении сервомеханизма на основе гидропривода, имеющего по известным данным передаточную функцию

, где K_г - коэффициент усиления гидропривода, T_г - постоянная времени гидропривода, P - оператор Лапласа, необходимо обеспечить максимальное быстродействие гидропривода за счет повышения давления масла в сервомеханизме, сокращения длины каналов, по которым протекает масло, уменьшения подвижных масс.When performing a servomechanism based on a hydraulic actuator having, according to known data, a transfer function

, where K _g is the hydraulic drive gain, T _g is the hydraulic drive time constant, P is the Laplace operator, it is necessary to ensure maximum hydraulic drive speed by increasing the oil pressure in the servomechanism, reducing the length of the channels through which the oil flows, and reducing moving masses.

Аналогично осуществляют способ с помощью системы управления колебаний, в которой сервомеханизм сделан на основе пьезоэлементов. Similarly, the method is carried out using a vibration control system in which the servo mechanism is made on the basis of piezoelectric elements.

При подаче управляющих напряжений, равных по знаку, на пакеты пьезоэлементов 10-11, один из которых сжимается, а другой разжимается, рычаг инструментального блока 2 поворачивается и резец 1 перемещается в радиальном направлении. Сервомеханизм на основе пьезоэлементов обладает высоким быстродействием и его характеристика близка к идеальному звену, следовательно, можно выбрать параметры сервомеханизма так, чтобы K=1. When applying control voltages, equal in sign, to the packages of piezoelectric elements 10-11, one of which is compressed and the other is expanded, the lever of the tool unit 2 is rotated and the cutter 1 moves in the radial direction. The servo-mechanism based on piezoelectric elements has high speed and its characteristic is close to the ideal link, therefore, you can select the parameters of the servo-mechanism so that K = 1.

В результате использования предлагаемого технического решения повышается устойчивость процесса резания и, следовательно, повышается точность и качество обрабатываемых заготовок. As a result of using the proposed technical solution, the stability of the cutting process is increased and, therefore, the accuracy and quality of the processed workpieces is increased.

Claims

A method for controlling the level of vibrations in metal-cutting machines, for example, turning, including measuring the relative displacement in the cutting zone, forming, based on this signal, a control action on the cutter equal to the difference in the relative displacement of the equivalent elastic system in the cutting zone and the feedback signal supplied to the tool holder, characterized in that the feedback signal is formed as a result of measuring the relative displacement between the workpiece and the tool holder, and then it is fed to invert s power amplifier.