SU1047626A1 - Способ активного контрол погрешностей зубчатых колес - Google Patents

Abstract

СПОСОБ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС, заключающийс  в определении фактического отклонени  скоростей движени  конечных звеньев цепи обката зубообрабатывающего станка, в последующем преобразовании сигналов датчиков в электрические сигналы и их суммировании , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол , перед обработкой измер ют действующие ошибки холостого хода станка и статические первичные ошибки инструмента путем поэлементного контрол  отклонений от номинальных траекторий Формообразующих движений базовых,точек конечных звеньев станка и отклонений от номинального положени  рабочих точек инструмента, преобразует эту информацию, усиливают ее пропорционально коэффициентам вли ни  ошибок на погрешности зубчатого венца, а при обработке дополнительно измер ют параметры огибани , температуру элементов системы СПИД, усили  резани , уровни вибраций инструментов, ошибки базировани  и настройки станка, преобразуют и усиливают, затем алгебраически суммируют преобразованные и усиS ленные сигналы и по величине суммар (Л ных сигналов суд т о фактических Погрешност х обрабатываемого колеса. 4 -vl О5 to 05

Description

Изобретение относитс  к способам активного контрол  погрешностей зубчатых колес в процессе обработки с целью определени  фактической точно .сти колес и активного управлени  процессом обработки, Известен способ активного контрол  погрешностей зубчатых колес, согласно которому определ ют фактически о.тклонени  скоростей движени  обоих конечных звеньев цепи обката зубообрабатывающего станка, производ т преобразование сигналов датчиков скорости в электрические сигналы, суммируют последние и по суммарному сигналу суд т о фактических погрешност х колеса i. Однако известный способ не позвол ет одновременно контролировать основные показатели кинематической точности, плавности, п тна контакта и бокового зазора непосредственно в момент формообразовани  зубьев; имеет низкую точность контрол , обус ловленную неполным учетом всех факторов , вли ющих на погрешности обрабатываемых колес на станках дл  меха нической обработки зубьев. Цель изобретени  - повышение точ ности контрол . .Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу активного контрол  погрешностей зубчатых колес заключающемус  в определении фактического отклонени  скоростей движени  конечных звеньев цепи обката зубообр .абатываюшего станка, в последую щем преобразовании сигналов датчиков в электрические сигналы и их сум мировании , перед обработкой измер ют действующие ошибки холостого хода . станка и статические первичные ошибки инструмента путем поэлементного контрол  отклонений от номинальных траекторий формообразующих движений базовых точек конечных звеньев станка и отклонений от номинального положени  рабочих точек инструмента, преобразуют эту информацию, усиливают ее пропорционально коэффициентам вли ни  ошибок на погрешности зубчатого венца, а при обработке дополнительно измер ют параметры огибани , температуру элементов систеNbj СПИД, усили  резани , уровни вибраций инструмента, ошибки базировани  колеса и настройки станка, преобразуют и усиливают, затем-алгебраи суммируют преобразованные и усиленные сигналы и по величине суммарных сигналов суд т о фактических погрешност х обрабатываемого колеса На фиг. 1 изображена схема процесса возникновени  ошибок и их учета (в наиболее обшей постановке способа ) ; на фиг, 2 - график изменени  погрешностей базировани  и ошибок настройки станка на размер, измен ющихс  по функциональной зависим ости при обработке партии зубчатых колес; на фиг. 3 - график изменени  ошибок вызванных температурным фактором и износом инструмента,- практически не измен ющихс  при обработке пар-ти-и зубчатых колес; на фиг. 4 - график изменени  ошибок холостого хода станка и первичных ошибок инструмента; на фиг, 5 - структура нормируемых погрешностей зубчатых колес; фиг. 6 - схема осуществлени  способа/ на фиг, 7 - схема, по сн юща  пример осупествлени  способа. Нормируемые погрешности 1, характеризукшие кинематическую точность,, плавность работы, п тно контакта и боковой зазор в передаче,  вл ютс  следствием действи  вполне определенных причин, про вл ющих себ  в про- цессе механической обработки каждого колеса из партии, К таким причинам относ тс  неточности изготовлени , и наладкисистемы СПИД 2, работа механизмов и агрегатов станка 3/ процесс 4 формообразовани  резани  ; воздей .ствие внешней среды 5, Эти причины вызывают геометричес .кие неточности 6 системы СПИД, кинематические неточности 7 системы СПИД, температурные.деформации 8, износ инструмента 9 и упругие деформации 10. Перечисленные факторы 6-10:в процессе обработки вызывают чисто, гео;метрические отклонени  элементов системы СПИД: радиусвектора производ щей поверхности характеризуютс  трем  ког-шонентами, расположенными вдоль трех базовых декартовых координат ) ; базовых координат производ щей поверхности (характеризуютс  в общем случае шестью компонентами , определ ющими взаимное расположение баз производ щей поверхности от технологической OCHJ взаимного положени  осей конечных звеньев -станка (характеризуютс  также шестью компонентами из-за возможности реализации в общем случае всех шести степеней свободы); погрешности базировани  детали (определ ютс  шестью компонентами; формы и размеров зубьев обрабатываемого колеса из-за восстанавливаемых упругих и температурных деформаций (характеризуютс  трем  компонентами). Следовательно, всего может быть 24 разнородных по характеру геометрических отклонени , к которым можно привести все множество отклонений систегФл СПИД (см, 11 на фиг.. 1) . Они однозначно определ ют каждый из нормируемых показателей точности зубчатого венца. Формулы дл  расчета HopMHpyeNftax показателей точности по известным значени м приведенных первичных ошибок могут примен тьс  как в общем виде, так и в частном,применительно к конкретным видам обработки. Таким образом, зна  информацию о числовых значени х приведенных первичных ошибок, можно автоматически , путем пересчета, получить ин формацию об интересующих нормируемы показател х точности зубчатого венца . Следовательно, непосредственный контроль, нормируемых показателей то ности может быть заменен контролем приведенных первичных ошибок с последующим пересчетом значений послед них в показатели точности венца. В свою очередь, кажда  из 24 при веденных первичных ошибок определ етс  однозначно теми элементами (ко понентами) , из которых она состоит (фит. 5) . Эти элементы имеют различ ное распределение вр времени (фиг. 2 и 4 . Следовательно, в первичных ошибках выдел ютс  относительно пос то нна  во времени часть (одинакова  дл  всех колес в партии) и переменна  (разна  дл  каждого колеса из- партии . Посто нна  часть вызвана геометрическими неточност ми - первичным ошибками инструмента (которые, если их контролировать относительно технологической оси, могут учитывать и погрешности базировани  инструмента а также кинематическими ошибками отклонени ми от. номинальных траекто рий формообразующих движений конечных звеньев станка при его холостом ходе. Переменна  часть вызвана геометрическими ошибками (ошибки базировани  колеса, настройки или выхода станка на размер), кинематически ми ошибками (нарушени  скорости обката , вызванные, например, колебани ми напр жени  в сети, случайными вибраци ми и др.) , температурными ошибками (температурные деформации элементов системы СПИД, действующих в размерной цепи системы), упругими ошибками (упругие деформации элементов системы спид) и износом (в первую очередь, износом инструмента). Первичные ошибки инструмента могут измер тьс  непосредственно на установленном на станке инструменте путем определени  отклонений от номинального положени  работающих точек. Аналогично могут определ тьс  посто нные составл ющие - кинематические ошибки, про вл ющиес  на холостом ходе станка. Поскольку такие ошибки устойчивы (посто нны во времени), то они могут быть определены перед формообразованием и информаци  после соответствующего преобразовани  в электрические сигналы и усилени  пропорционально вли нию на каждой определ емый показатель точности, характеризующий кинематическую точность, плавность; п тно контакта-и боковой зазор в передаче может быть введена в многоканальное вычислительное устройство и хранитьс  там до получени  остальной информации. Переменные ошибки базировани  могут также измер тьс  непосредственно на станке соответствующими датчиками линейных и угловых перемещений. Так же измер ютс  и ошибки настройки на размер,, например фотоэлектрическими датчиками. Переменные кинематические ошибки - нарушени  скорости обката - мо- гут контролироватьс  аналогично прототипу .,, Температурные ошибки определ ютс  по значени м температуры, измеренной в различных точках системы СПИД известными методами: естественными термопарами, применением специальных термодатчиков и др. Упругие деформации рассчитываютс  по контролируемой величине -сил резани  и параметров огибани . Последн е обеспечивает-возможность учета приложени  сил в каждый момент , обработки. Ошибки износа есть функци  температуры , силы и уровн  вибраций, так как скорость износа - определ I .о етс  этими величинами: температурой Т , силой Р и уровнем вибраций U , .(T.P.ri. Поэтому в каждый момент t времени износ можно выразить по зависимости .P.lulcJt, где t - врем . Способ осуществл етс  следующим образом.. , Перед формообразованием.определ ют посто нные составл ющие общих ошибок: Действующие ошибки холостого хода станка и статические первичные ошибки инструмента, - например, путем их поэлементного- контрол . Производ т преобразование информации об этих составллющих в электрические сигналы, которые усиливают пропорционально коэффициентам вли ни  на определ емые погрешности зубчатого венца, характеризующие кинематическую точность, плавность, п тно контакта и боковой зазор. Коэффициенты вли ни  мозтут устанавливатьс  на основе общих или частных уравнений. Полученную преобразованную и усиенную информацию (априорнуюУ ввод т в многоканальное вычислительное, например аналоговое, устройство (вычисительное устройство может быть и цифровым). Вводом этой информации обеспечиваетс  учет неизмен емой во времени части всех погрешностей. Непосрелственно при обработке, т.е. во врем  формообразовани , про изводитс  измерение параметров огибани , например, фотоэлектрическим методом. Этим обеспечиваетс  контро положени - точек, в которых в данный момент производитс  фор1 юобраэовани погрешностей. Также контролируютс  ( измер ютс ) в каждый момент: температура , что дает информацию о тем пературных ошибках; силы резани , что определ ет упругие деформации; уровень вибраций, что вместе с информацией о температуре и усили х резани  дает информацию об износе инструмента и соответственно, о погрешност х колеса, вызванных этим фактором; ошибки базировани  колеса и настройки станка на размер что дает информацию о переменных ге метрических, составл ющих общих погрешностей , отклонени  скорости обката от уровн , измеренного на холостом ходе станка), что дает информацию о переменной кинематической составл ющей. Полученна  с помощью соответствующих датчиков информаци  об этих факторах преобразуетс  в электричес кие сигналы (дл  обеспечени  быстро го вычислени , например, в аналоговых вычислительных устройствах в режиме реального времени и получени тем самым, информации об ошибках во всех точках обрабатываемого колеса) усиливаетс  на необходимую величину пропорционально коэффициентам вли ни , априорно определ емым либо путем, расчетов, либо эксперименталь но, и вводитс  в многоканальное вычислительное устройство. В многоканальном вычислительном устройстве сигналы суммируютс , и на.базе суммарных ошибок производит с  вычисление контролируемых погреш ностей, характеризующих кинематичес кую точность, плавность работы, п т но контакта и боковой зазор. Значени  вычисленных показателей точности выдаютс  либо на регистрирующее устройство, либо на исполнительный орган устройства дл  адаптивного (активного управлени  точностью колес. Поскольку по предложенному способу получают текущую информацию о погрешност х р любой точке, зубчатого венца, путем ее преобразовани  в вычислительном устройстве получаю фактическую информацию о любом нормируемом показателе точности зубчатого венца, например радиальном бие нии, погрешности профил , погрешнос ти направлени  зуба, смещении исходного контура и т.п. Требуема  точность контрол  ,и ее пов1)1шение по сравнению с прототипом обеспечиваетс  полным учетом факторов , вызывающих погрешности, а так-, же выбором требуемой точности датчиков , преобразователей и усилителей , обеспечивающих измерение и преобразование указанных ранее величин,. Точность контрол  может быть скол1. угодно высокой, как и в случае непосредственного контрол  погрешностей зубчатых колес, нормируемых, например ,, ГОСТ 1643-72, поскольку пересче i может быть выполнен со сколь угодной высокой точностью. Способ может примен тьс  дл  контрол  зубчатых колес/ а также других изделий, обрабатываемых на станкахf работающих методом обката, или иных. На фиг. 7 приведена схема, по сн юща  контроль точности зубчатого колеса 12 по показател м Fj- FftP и Д ц,- (обозначени  по ГОСТ 16437 ), обрабатываемого на зубодолбежисм станке. С долб ком 13 св зана система координат {Хц , ц 7, ц } , а с колесом ,Z(j. Параметрами огибани  служат параметр ( и угол ф поворота колеса. Ширина зубчатого венца обО значена , межосевое рассто ниео ц,. По предложенному способу контрол :. r iiV fir нг может производитьс  следукжшм образом. Перед формообразованием определ ютс  ошибки холостого хода станка, в частности, датчиком 14;. непараллельность хода инструмента относител но оси приспособлени  станка в радиальной и тангенциальной плоскост х -йФх () и АФч ((,) соответственно. Измер ютс  статические первичные ошибки инструмента по правой и левой лини м зацеплени  датчиком 15 соответственноДFд ((pj) и и F, ((р Этих априорно определ емых сшибок достаточно дл  последующего расчета (совместно с оперативной информацией) указанных показателей точности. . Полученную информацию преобразуют в электрические сигналы в преобразовател х 16 и 17 и производ т усиление в усилител х 18 и 19 дл  пос- / ледукшегЬ расчета погрешностей: дл , расчета ftFft - K,uFRtiy,,) (4)2V, Ь(«, b a tpilf-Z дл  расчета 4 j, APul) - - 4;bFi(iV дл  расчета &«,(ц.)-. Кs ьФ, ьРх , Aч()) дл  расчета А н ьРнЫ--Кг-лРк1ч.)(Ч7)-. - &-bPi . лФДц|-.К.,(() И.лФ,((), ,J - коэффицкенты усилени , равные коэффициентам вли ни  первичных ошибо на контролируемые показатели точности зубчато го венца; об - угол зацеплени .. Здесь и далее приведены значени  только тех ошибок и соответствующих им.коэффициентов вли ни , которые вли ют на рассматриваекие показатели точности. Прин то дл  простоты, что угол зацеплени  при контроле со ответствует углу зацеплени  при обработке . Дополнительно непосредственно в каждый момент формообразовани  контролируютс  датчиком 20, например, фотоэлектрическим методом значени  параметров огибани  су, и Cj/ ,  вл ю щиес  значени ми аргументов в функци х приведенных первичных ошибок. Контролируютс  также температура детали Т и температура инструмента Тц датчиком 2j, например, методо искусственной термопары/ радиальна  составл юща  силы резани  Р z (f-i) датчиком 22 как функци  Ч ; уровень вибраций Ц г |и{ср5) Датчиком 2 как фуккци  (р2 , отклонение скорост обката Uсо й(о( датчиком 24 как функци  If-2 ; погрешности базировани повороты заготовки на углылС вокруг номинальных направлений осей Х иУ соответственно, а также сме Щени  вдоль этих осейдX и AY дат чиком 25; ошибкаЛОн лац(1(2) настрой ки станка на размер датчиком 26. Контроль производитс  известными методами. Полученна  информаци  преобразуетс  в электрические сигналы, например , самими датчиками или преобр зовател ми 27-33, а затем производи с  усиление сигналов в усилител х 34-42 до величин: iXcoscfj йХ--К,о-&Х . , .. дл  расчета F a 44 Чбд + ьх |Да„ ср1|- К,2-йац1,Ч1,) 1-б.ац(ч.) Рг(.Ч, Р2(, 1р-Рг(эГ blcpzVctJT.dt li sVbjPjltf ldt -P(fi); ( t lJ jVcJ|u(tf,)dt 16-jV(tf7)(4lHсчета t. TO же самой, что FTP } счета -tPx- Ч X ( . + г(ч21- к рР2(Ч2)-Сц.); счёта Ацг то же самоё, что FH- , и дополнительно nVZ, , 9 9 ., ,2u, Zn , - модуль и число зубьев инструмента и колеса соответственно ; otTjj ,061 - их коэффициенты температурного расширени  ; С - коэффициент, отражающий жесткость системы СПИД в радиальном направлении (например, равный д. -J- при достаточно жестком станке, где Е , J - модуль упругости и момент инерции сечени  установочно-зажимного приспособлени . Более точно значени  С определ ютс  экспериментально ) ; р- радиальна  податливость системы СПИД. ученные значени  преобразованусиленной информации ввод тс  в анальное вычислительное усто , где производитс  суммиров блоке 43 соответствующих л ющих и расчет численных знаискомых погрешностей в блоке зависимост м: x ,-AFR((p.,VK.2AF4 {ifj t-kio-лХ - «irlY-t 2 , (cp)vK,3-Pzi 2)( iFjlcfj -v,o ьX k -4 K„&aц(ql,(;(fJl прмО Ц|2 2Лij -max/ K ,-bFRlq)j)fk2-iFi(if,()4K,-Tui-( Pz(4.(cfjs -minlLK,bfR(cp,Vk,i-&F,(cf,H tt-Tu4Ki +Ki5)-P2:(%) + Xi6-(j((,) ,ArR(tf, ,дГд(, Ч-г Pz( р{421, npHi,.c,, ЛА.«.-Л Fg гma / KgйФДc )+k.йФ(ц,)tk„.,gйq)Y const (,п11К5-йФ(.с),7х /(fj-const «itf,4K,e 4q,+K,9-Pz(q,), , ,7йFRltPгnKgлPU(zVK,йФ,(vl + k,oX , ,J.iaнUЫ(n + l5VPzi f2) . + i6f«(u7). Таким образом, предложенный способ позвол ет проконтролировать любой пока:эатель точности зубчатого венца, а также исключить необходимость применени  контрол  зубчатых колес вне станка, что обеспечивает эконо1угию времени и сокращение числа примен емых зубоизмерительных приборов} проводить контроль всех показателей точности в момент формообразовани  и соответствующего комплексного управлени  режимами обработки формообразующими движени ми станка, что обеспечивает повышение точности не менее чем на 2-3 степени и производйтельности обработки на 15-60% при операци х лезвийной обработки зубчатых колес методами обката; обеспечить требуемую достоверность и точность контрол , поскольку учитываютс  все существенные св зи между факторами и первичными ошибками,, а также между первичными ошибками и нормируемьши показател ми точности зубчатого венца. Способ может найти широкое применение во всех отрасл х, зан тых производством зубчатых колес (станкостроение , автотракторостроение, транспортное машиностроение и др.). . Дл  этого необходимо снабдить зубообрабатывающие станки соответствующими датчиками и многоканальным вычислительным устройством.

VJ

«л

At

Риг.г

ui

-40 0

/////

/

/

/

/

/

/

Фиг.

oujufff a

Да фо(1Н01 сао6ани  Во брем  фврнооИразоВани 

e/ eMSHHii/e cffc/ 7af3/ J /eu i/e

Априорна  информации о MfujfKMeHNX 1Щ1Вичных

s

Claims (1)

1. СПОСОБ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС, заключающийся в определении фактического отклонения скоростей движения конечных звеньев цепи обката зубообрабатывающего станка, в последующем преобразовании сигналов датчиков в электрические сигналы и их суммировании, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, перед обработкой измеряют действующие ошибки холостого хода станка и статические первичные ошибки инструмента путем поэлемент ного контроля отклонений от номинальных траекторий Формообразующих движений базовых.точек конечных звеньев станка и отклонений от номинального положения рабочих точек' инструмента, преобразует эту информацию, усиливают ее пропорционально коэффициентам влияния ошибок на погрешности зубчатого венца, а при обработке дополнительно измеряют параметры огибания, температуру элементов системы СПИД, усилия резания, уровни вибраций инструментов, ошибки базирования и настройки станка, преобразуют и усиливают, затем алгебраически суммируют преобразованные и усиленные сигналы и по величине суммарных сигналов судят о фактических Погрешностях обрабатываемого колеса.

   Фиг.1

   7626