RU2173249C2

RU2173249C2 - Method of control cylindrical grinding process

Info

Publication number: RU2173249C2
Application number: RU97102432A
Authority: RU
Inventors: В.А. Прилуцкий
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 2001-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering, fine and finishing grinding of precision workpieces. SUBSTANCE: method contains measuring the grinding time, flexible movements of a workpiece and the grinding wheel, determining and varying relationship between rotation speeds of the grinding wheel and a workpiece during fine and zero feeding process. The denominator of the relationship is determined from a given dependence from available altitude of waviness on the grinding surface and amplitude of flexible movements of the grinding wheel relative to the workpiece. The grinding time is determined and worked off when changed a relationship from a given dependence from denominator amount and rotation speed of the workpiece during black feed. EFFECT: enhanced quality of grinding. 3 dwg

Description

Изобретение относится к механической обработке и может быть использовано при круглом шлифовании точных деталей. The invention relates to machining and can be used in the round grinding of precision parts.

Известны аналогичные способы управления процессом круглого шлифования (а.с. 1274906, БИ, 15, 86; И.М. Буюкли. Способ шлифования; а.с. 1389993, БИ, 15, 88; B 24 B 1/00, А.В. Королев, А.Ф. Гущин, Е.Н. Гулецкий. Способ шлифования), в которых отношение численных величин частот вращения шлифовального круга и заготовки берут дробным, что позволяет повысить качество обрабатываемых поверхностей. Аналогичные способы управления имеют недостаток, т.к. не позволяют обеспечить при шлифовании допустимый уровень высоты волнистости. Known similar methods for controlling the grinding process (A.S. 1274906, BI, 15, 86; I.M.Buyukli. Grinding method; A.S. 1389993, BI, 15, 88; B 24 B 1/00, A. V. Korolev, AF Gushchin, EN Guletsky. Grinding method), in which the ratio of the numerical values of the frequencies of rotation of the grinding wheel and the workpiece is taken fractional, which improves the quality of the machined surfaces. Similar control methods have a drawback, because do not allow to provide when grinding an acceptable level of height of undulation.

В качестве прототипа наиболее близко по своей технической сущности подходит способ управления процессом круглого шлифования (а.с. 1389993, БИ, 15, 88; B 24 B 1/00, А.В. Королев, А.Ф. Гущин, Е.Н. Гулецкий. Способ шлифования), при котором шлифовальному кругу и заготовке сообщают вращение и выбирают соотношение их частот вращения в виде неправильной дроби. Это позволяет повысить качество шлифуемой поверхности, в частности, высоту шероховатости. Однако способ-прототип имеет и недостаток в виде ограниченных технологических возможностей, в частности, в области обеспечения возможности уменьшения высоты волнистости, т.к. не учитывает конкретный уровень упругих перемещений, а изменение соотношения частот вращения производят в узкой численной области - при знаменателе дроби, не большем числа "десять". As a prototype, the method of controlling the grinding process (A.S. 1389993, BI, 15, 88; B 24 B 1/00, A.V. Korolev, A.F. Gushchin, E.N. Guletsky. Grinding method), in which the grinding wheel and the workpiece are informed about the rotation and the ratio of their rotation frequencies in the form of an incorrect fraction is selected. This allows you to improve the quality of the grinding surface, in particular, the height of the roughness. However, the prototype method has a drawback in the form of limited technological capabilities, in particular, in the field of providing the possibility of reducing the height of the undulation, because it does not take into account the specific level of elastic displacements, and a change in the ratio of rotational frequencies is performed in a narrow numerical region — with the denominator of the fraction not greater than the number “ten”.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе управления процессом круглого шлифования, включающем вращение шлифовального круга и заготовки, черновую, чистовую и нулевую подачи шлифовального круга на врезание при выхаживании, установку соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки в виде неправильной дроби, а величину дробной части этого соотношения устанавливают из заданного ряда чисел, измеряют время шлифования, упругие перемещения шлифовального круга и заготовки, при чистовой и нулевой подачах на врезание при выхаживании изменяют соотношение частот вращения шлифовального круга и заготовки, знаменатель которого определяют из условия

числитель устанавливают некратным и не имеющим общего делителя со знаменателем, а время шлифования при измененном соотношении частот устанавливают из условия

где Зн - знаменатель соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки,
K - коэффициент, учитывающий условия шлифования, равный 2,0,
W_z - допустимая высота волнистости на шлифованной поверхности, мкм,
t_ш - время шлифования после изменения соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки, с,
n_з - частота вращения заготовки при черновой подаче на врезание, мин^-1,
А - размах относительных упругих перемещений шлифовального круга и заготовки, мкм.The essence of the proposed method lies in the fact that in the method of controlling the grinding process, including the rotation of the grinding wheel and the workpiece, the rough, final and zero feed of the grinding wheel for cutting during nursing, setting the ratio of the rotation frequencies of the grinding wheel and the workpiece in the form of an incorrect fraction, and the value the fractional part of this ratio is established from a given series of numbers, the grinding time, the elastic displacements of the grinding wheel and the workpiece are measured, with finishing and zero feeds at a time Contents when nursing modify the frequency ratio of rotation of the grinding wheel and the workpiece, the denominator of which is determined from the condition

the numerator is set multiple and not having a common divisor with the denominator, and the grinding time with a changed frequency ratio is set from the condition

where Zn is the denominator of the ratio of the frequencies of rotation of the grinding wheel and the workpiece,
K - coefficient taking into account the grinding conditions, equal to 2.0,
W _z - permissible height of undulation on a polished surface, microns,
t _W - grinding time after changing the ratio of rotational speeds of the grinding wheel and the workpiece, s,
n _s - the rotation frequency of the workpiece during rough feed for cutting, min ^-1 ,
A - the range of relative elastic displacements of the grinding wheel and the workpiece, microns.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ отличен от способа-прототипа тем, что введены новые операции - определение времени шлифования, измерение упругих перемещений шлифовального круга и заготовки, введение в вычислительное устройство величины допустимой высоты волнистости, а вычисление и отрабатывание величины соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки и времени выхаживания выполняют по-иному, согласно предложенных зависимостей. Становится возможным решить техническую задачу уменьшения высоты волнистости при одновременном повышении производительности. Comparative analysis shows that the claimed method differs from the prototype method in that new operations are introduced - determining the grinding time, measuring the elastic displacements of the grinding wheel and the workpiece, introducing into the computing device the values of the permissible undulation height, and calculating and working out the ratio of the frequencies of rotation of the grinding wheel and blanks and nursing times are performed differently, according to the proposed dependencies. It becomes possible to solve the technical problem of reducing the height of the undulation while increasing productivity.

Заявляемый способ обладает новыми признаками, которых нет в известных способах управления, а именно он позволяет уменьшить высоту волнистости и время выхаживания за счет определения и обеспечения соответствующего соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки в зависимости от допустимой волнистости и уровня упругих перемещений шлифовального круга и заготовки. Следовательно, эти признаки являются существенными. Кроме того, становится возможным техническое нормирование при шлифовании точных деталей. The inventive method has new features that are not in the known control methods, namely, it allows to reduce the height of the undulation and the nursing time by determining and ensuring the appropriate ratio of the rotational speeds of the grinding wheel and the workpiece depending on the permissible undulation and the level of elastic displacements of the grinding wheel and the workpiece. Therefore, these symptoms are significant. In addition, it becomes possible technical regulation when grinding precision parts.

В графических материалах заявки содержатся: фиг. 1 - схема образования волнистой шлифуемой поверхности; фиг. 2 - блок-схема устройства для осуществления способа управления; фиг. 3 - график определения части знаменателя соотношения частот вращения шлифовального круга и заготовки. The graphic materials of the application contain: FIG. 1 is a diagram of the formation of a wavy ground surface; FIG. 2 is a block diagram of a device for implementing a control method; FIG. 3 is a graph for determining a portion of the denominator of the ratio of rotational speeds of the grinding wheel and the workpiece.

Шлифовальный круг I (ШК) имеет возможность совершать главное рабочее движение Д_г - вращение с окружной скоростью V_к, частотой вращения n_k и совершать под действием, например, неуравновешенной центробежной силы упругие перемещения. Заготовка 2 имеет возможность совершать рабочее вспомогательное движение Д_в1 - вращение с окружной скоростью V_з, частотой вращения n_з. Шлифовальный круг 1 также имеет возможность совершать второе рабочее вспомогательное движение Д_в2 - подачу на врезание (черновую, чистовую и нулевую - при выхаживании). Заготовка также имеет возможность совершать упругие перемещения под действием, в частности, своей неуравновешенности. В итоге ШК 1 и заготовка 2 имеют упругие перемещения друг относительно друга с размером А. Соотношение частот вращения ШК 1 и заготовки 2 представляет собой неправильную дробь

где Чис - числитель, Зн - знаменатель.Grinding wheel I (ShK) has the ability to make the main working movement D _g - rotation with a peripheral speed V _k , rotation speed n _k and undergo, for example, unbalanced centrifugal force elastic movements. The workpiece 2 has the ability to make a working auxiliary movement D _in1 - rotation with a peripheral speed V _s , rotation speed n _s . The grinding wheel 1 also has the ability to make the second working auxiliary movement D _в2 - feed for cutting (rough, fair and zero - when nursing). The workpiece also has the ability to make elastic movements under the influence, in particular, of its imbalance. As a result, the CC 1 and the workpiece 2 have elastic displacements relative to each other with a size A. The ratio of the rotation frequencies of the CC 1 and the workpiece 2 is an incorrect fraction

where Chis is the numerator, Zn is the denominator.

При этом численное значение знаменателя Зн означает количество оборотов заготовки 2, которое она должна совершить, чтобы на шлифуемой поверхности во время выхаживания установилась волнистость с числом волн, равным численному значению числителя. In this case, the numerical value of the denominator Zn means the number of revolutions of the workpiece 2, which it must complete so that an undulation with the number of waves equal to the numerical value of the numerator is established on the surface being polished during nursing.

После первого оборота заготовки 2 может образоваться профиль 3 шлифуемой поверхности, показанный сплошной линией (фиг. 1). После дальнейших оборотов заготовки 2 с выбранным соотношением частот n_к/n_з образуются новые профили 4 (пунктирная линия), накладывающиеся друг на друга. В конце концов после количества оборотов заготовки, равного Зн, на обработанной поверхности остается сформировавшаяся волнистость с высотой W_z и числом волн, равным Чис. С увеличением числа волн уменьшается высота W₂ волнистости. Следовательно, в этом смысле выгодно увеличивать число Зн. Однако придется увеличить время t_ш шлифования, что невыгодно с позиций производительности. Возникает задача оптимизации. Особенность волнообразования при шлифовании врезанием состоит в том, что как только отношение n_к/n_з станет целым числом, процесс уменьшения волн прекратится и при продолжении подачи на врезание высота волнистости резко увеличится, приближаясь к двойной амплитуде (размаху) упругих перемещений. Следовательно, целочисленное отношение недопустимо. Поскольку при этом остаточная высота W_z волнистости зависит от размаха A упругих перемещений ШК 1 относительно заготовки 2, то величину знаменателя Зн определяют, исходя из требуемой по техническим условиям высоты W₂ волнистости по формуле

где K - коэффициент, зависящий от условий шлифования,
W_z - допустимая высота волнистости, которую следует обеспечить на шлифуемой поверхности, мкм,
A - размах относительных упругих перемещений ШК и заготовки, мкм.After the first revolution of the workpiece 2, a profile 3 of the grinding surface may be formed, shown by a solid line (Fig. 1). After further rotation of the workpiece 2 with the selected frequency ratio n _to / n _s , new profiles 4 (dashed line) are formed, overlapping each other. In the end, after the number of turns of the workpiece equal to Zn, a formed undulation with a height W _z and the number of waves equal to Chis remains on the treated surface. With increasing number of waves decreases the height W ₂ undulations. Therefore, in this sense, it is beneficial to increase the number of Zn. However, it is necessary to increase the grinding time t _w , which is disadvantageous from the standpoint of productivity. An optimization problem arises. The peculiarity of wave formation during grinding by cutting is that as soon as the ratio n _to / n _s becomes an integer, the process of reducing waves will stop and when the feed is continued on cutting, the height of the undulation will increase sharply, approaching the double amplitude (range) of elastic displacements. Therefore, an integer relation is not valid. Since in this case the residual undulation height W _z depends on the magnitude A of elastic displacements ШК 1 relative to the workpiece 2, then the value of the denominator Zn is determined based on the required undulation height W ₂ according to the formula

where K is a coefficient depending on the grinding conditions,
W _z - permissible height of undulation, which should be provided on the surface to be grinded, microns,
A is the range of relative elastic displacements of the barcode and the workpiece, microns.

Время шлифования, оставшееся для окончания формирования волнистого профиля на шлифовальной поверхности, выбирают по формуле

где n_з - частота вращения заготовки на этапе шлифования с черновой подачей на врезание (до изменения отношения частот вращения), 1/мин.The grinding time remaining to complete the formation of a wavy profile on the grinding surface is selected by the formula

where n _s - rotational speed of the workpiece at the grinding stage with rough feed for cutting (before changing the ratio of rotational speeds), 1 / min.

Технологическая система ЗИПС содержит заготовку, инструмент - шлифовальный круг; приспособление, например, центра и поводковое устройство; станок, например, круглошлифовальный центровый станок с передней и задней бабками, условно не показанными. Устройство для управления содержит датчик 5 частоты вращения заготовки 2, датчик 6 упругих перемещений заготовки 2, датчик 7 частоты вращения шлифовального круга, датчик 8 упругих перемещений ШК, усилитель с фильтром 9 низких частот упругих перемещений заготовки 2, усилитель с фильтром 10 низких частот упругих перемещений ШК 1, сумматор 11, вычислительное устройство 12, счетчик времени 13, задатчик 14 допустимой высоты волнистости, задатчик 15 времени, управляющее устройство 16, входное устройство 17, преобразователь 18. Technological system ZIPS contains a workpiece, a tool - a grinding wheel; a fixture, for example, a center and a towing device; machine, for example, a circular grinding center machine with front and rear headstock, not conventionally shown. The control device comprises a sensor 5 of the rotational speed of the workpiece 2, a sensor 6 of elastic displacements of the workpiece 2, a sensor 7 of the rotational speed of the grinding wheel, a sensor 8 of elastic displacements of the barcode, an amplifier with a filter 9 of low frequencies of elastic displacements of the workpiece 2, an amplifier with a filter 10 of low frequencies of elastic displacements ШК 1, adder 11, computing device 12, time counter 13, setter 14 of permissible undulation, setter 15, control device 16, input device 17, converter 18.

Выбор соотношения n_к/n_з и обработку его при шлифовании производят на основе информации об упругих перемещениях ШК 1 и заготовки 2, частотах вращения их и времени шлифования, поступающей от датчиков 5, 6, 7, 8 и счетчика 13 времени. Через фильтры 9, 10 низких частот, задатчик 15 времени, сумматор 11 информация поступает в вычислительное устройство 12, сигнал с которого через элементы 16-18 управляющей цепи изменяет частоту вращения заготовки 2.The selection of the ratio n _to / n _s and its processing during grinding is carried out on the basis of information about the elastic movements of the barcode 1 and workpiece 2, their rotation frequencies and grinding time from sensors 5, 6, 7, 8 and the time counter 13. Through the filters 9, 10 low frequencies, the time controller 15, the adder 11, the information enters the computing device 12, the signal from which through the elements 16-18 of the control circuit changes the speed of the workpiece 2.

Способ управления процессом круглого шлифования в динамике. Упругие перемещения ШК 1, возникающие вследствие, например, неуравновешенности ШК, фиксируются датчиком 8. Сигнал с него через усилитель и фильтр 10 низких частот поступает на сумматор 11, на который одновременно поступает сигнал с датчика 6 упругих перемещений заготовки 2 через свой усилитель и фильтр 9 низких частот. Сумматор 11 выдает сигнал об размахе A относительных упругих перемещений ШК 1 и заготовки 2 на вычислительное устройство 12, на которое подаются сигналы со счетчика 13 времени шлифования и с датчиков 5 и 7 частот вращения заготовки 2 и ШК 1 соответственно. По сигналу от задатчика 14 допустимой высоты волнистости, которую выбирают из технических требований на обрабатываемую деталь, вычислительным устройством определяется необходимое соотношение n_к/n_з и время t_ш шлифования. По команде от цепи элементов 13, 15 времени шлифования срабатывает вычислительное устройство 12 и выдает сигнал в управляющее устройство 16, который через входное устройство 17 и преобразователь 18 поступает на электропривод заготовки 2. Это происходит примерно в середине этапа шлифования на чистовой подаче. Соотношение n_к/n_з изменяется незначительно, но так, что величиной его знаменателя Зн обеспечивается количество оборотов заготовки 2, в течение которого происходит непрерывный сдвиг профилей волнистой поверхности до тех пор, пока не будет обеспечен заданный уровень высоты W_z волнистости. По прошествии найденного времени t_ш шлифования от управляющего устройства 16 выключаются рабочие движения. ШК отходит в радикальном направлении от заготовки 2. Вращение заготовки 2 прекращается и ее снимают со станка.A method of controlling the process of circular grinding in dynamics. The elastic displacements of the barcode 1, resulting, for example, from the imbalance of the barcode, are detected by the sensor 8. The signal from it through the amplifier and the low-pass filter 10 is fed to the adder 11, which simultaneously receives the signal from the sensor 6 of the elastic displacements of the workpiece 2 through its amplifier and filter 9 low frequencies. The adder 11 gives a signal about the amplitude A of the relative elastic displacements of the barcode 1 and the workpiece 2 to the computing device 12, which receives signals from the grinding time counter 13 and from the sensors 5 and 7 of the rotational speed of the workpiece 2 and the barcode 1, respectively. According to the signal from the setter 14 of the permissible undulation height, which is selected from the technical requirements for the workpiece, the required ratio n _to / n _s and grinding time t _w are determined by the computing device. On command from the chain of elements 13, 15 of the grinding time, the computing device 12 is activated and provides a signal to the control device 16, which through the input device 17 and the converter 18 is supplied to the electric drive of the workpiece 2. This occurs approximately in the middle of the grinding stage at the final feed. The ratio of n _to / n _z varies insignificantly, but so that the value of its denominator Zn ensures the number of revolutions of the workpiece 2 during which a continuous shift of the profiles of the corrugated surface occurs until a predetermined level of height w _{z of} undulation is achieved. At time t _br found after grinding from the control device 16 are switched off working movement. The bar is radically moving away from the workpiece 2. The rotation of the workpiece 2 is stopped and it is removed from the machine.

Пример реализации способа управления процессом круглого шлифования. Требуется обработать деталь класса "кольцо" из стали ШХ15 твердостью HRC_э 60 - 64 с максимально допустимой высотой волнистости 0,2 мкм. Обработка заготовки запланирована на круглошлифовальном станке ЗА151, оснащенном системой управления, описанной выше. Выбирают режим шлифования в цикле с черновой, чистовой подачами и с выхаживанием с нулевой подачей на врезание: n_к = 1400 1/мин при n_к/n_з = 3,1= 3,1/10, n_з = 451,6 1/мин. Средний уровень упругих перемещений шлифовального круга относительно заготовки равен по максимальному размаху A = 5 мкм. Определяют отношение допустимой высоты W_z волнистости к размаху A упругих перемещений. Оно равно 0,04. Определяют величину B с помощью вычислительного устройства либо посредством графика (фиг. 3). Она примерно равна 11. Определяют на основе опытных данных коэффициент K = 2. По формуле (2) определяют численное значение знаменателя Зн = 22. Тогда числитель равен Чис = 68,2. Если принять 68, то у числителя и знаменателя появляется общий делитель - 2. Принимают величину числителя, равной 69. Определяют время t_ш шлифования с конца этапа чистовой подаче до окончания выхаживания по формуле (3). Оно равно t_ш = 2,92 с. Принимают 4 с. В соответствии с описанной выше последовательностью работы системы управления после сообщения заготовке и поддержания до конца шлифования новой частоты вращения 446,3 1/мин (в соответствии с соотношением частот 69/22) прошлифованный волнистый профиль сдвигается относительно предыдущего. После 22 оборотов заготовки шлифование автоматически прекращается, заготовку снимают. На шлифованной поверхности остается волнистость с высотой не более 0,2 мкм.An example implementation of the method of controlling the grinding process. It is required to process a detail of the “ring” class from ШХ15 steel with a hardness of HRC _e 60 - 64 with a maximum permissible waviness of 0.2 μm. Processing of the workpiece is planned on the ZA151 circular grinding machine equipped with the control system described above. Select the grinding mode in the cycle with rough, fine feeds and with nursing with zero feed for plunge: n _k = 1400 1 / min with n _k / n _z = 3.1 = 3.1 / 10, n _z = 451.6 1 / min The average level of elastic displacements of the grinding wheel relative to the workpiece is equal to the maximum range A = 5 μm. The ratio of the permissible undulation height W _z to the range A of elastic displacements is determined. It is 0.04. The value of B is determined using a computing device or through a graph (Fig. 3). It is approximately equal to 11. On the basis of experimental data, the coefficient K = 2 is determined. Using the formula (2), the numerical value of the denominator Zn = 22 is determined. Then the numerator is Chis = 68.2. If you take 68, then the numerator and the denominator have a common factor - 2. Take the value of the numerator equal to 69. Determine the grinding time t _w from the end of the finishing feed to the end of nursing by formula (3). It is equal to t _W = 2.92 s. Take 4 s. In accordance with the above-described sequence of operation of the control system after reporting to the workpiece and maintaining until the end of grinding a new speed of 446.3 1 / min (in accordance with the frequency ratio 69/22), the polished wavy profile is shifted relative to the previous one. After 22 turns of the workpiece, grinding stops automatically, the workpiece is removed. On the polished surface remains undulation with a height of not more than 0.2 microns.

Заявляемый способ управления может быть использована и при внутреннем и бесцентровом шлифовании. Он позволяет повысить производительность и уменьшить высоту волнистости, а также выполнять нормирование шлифовальной операции. The inventive control method can be used with internal and centerless grinding. It allows you to increase productivity and reduce the height of the undulation, as well as to ration the grinding operation.

Claims

A method of controlling the grinding process, including rotation of the grinding wheel and the workpiece, rough, finish and zero feed of the grinding wheel for cutting during nursing, setting the ratio of the rotation frequencies of the grinding wheel and the workpiece in the form of an incorrect fraction, and the fractional part of this ratio is set from a given series of numbers , characterized in that the grinding time is measured, the elastic displacements of the grinding wheel and the workpiece, when finishing and zero feeds for cutting during nursing, change with the ratio of the rotation frequencies of the grinding wheel and the workpiece, the denominator of which is determined from the condition

where Zn is the denominator of the ratio of the frequencies of rotation of the grinding wheel and the workpiece;
K is a coefficient taking into account grinding conditions equal to 2.0;
W _Z - permissible height of undulation on a polished surface, microns;
t _W - grinding time after changing the ratio of rotation frequencies of the grinding wheel and the workpiece, s;
n ₃ - the rotation frequency of the workpiece during rough feed for cutting, min ^-1 ;
A - the range of relative elastic displacements of the grinding wheel and the workpiece, microns.