SU1115870A1

SU1115870A1 - Method of controlling process of cutting blank with band saw

Info

Publication number: SU1115870A1
Application number: SU833600720A
Authority: SU
Inventors: Виталий Федорович Жигалкин; Валерий Степанович Беловол; Евгений Андреевич Шкуренко
Original assignee: Ордена Трудового Красного Знамени Институт Сверхтвердых Материалов Ан Усср
Priority date: 1983-06-07
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-09-30

Abstract

СПОСОБ, УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕЗКИ ЗАГОТОВКИ ЛЕНТОЧНОЙ ПИЛОЙ,включакпщй регулирование скорости подачи. заготовки относительно пилы по результатам измерени скорости движени пилы и крут щего момента на валу приводного шкива, отличающийс тем, что, с целью повышени точности реза, качества отрезаемых пластин и сокращени потерь отрезаемого материала, дополнительно Измер ют величины амплитуд поперечных колебаний режущей кромки пилы в точках перед входом ее в контакт с заготовкой А|, после выхода из контакта А2 и в точках им противосто щих на противоположной кромке пилы А и А , величину усилени нат жени пилы N j длину t перемещени заготовки относительно пилы после начала реза, сравнивают измеренные значени амплитуд колебаний и усилени нат жени пилы с допустимыми значени ми и при превышении измеренньми значени ми допустимых определ ют необходимое значение усили нат жени по формуле e« H |/ii Voьo206 gc„,, сравнивают его значение с допустимым и в случае, если оно не превышает допустимого значени , осуществл ют регулирование усили нат жени , а в случае если оно превьш1ает допустимое значение, осуществл ют регулирование скорости V движени пилы по формуле egv i eglh-m)-o.3oio3-e CHv-oiegN,, после чего осуществл ют регулирование скорости подачи по формуле MV 7p n-10.(N,V i 4r rrt+2A(,M.V) по результатам измерени определ ют (/) величину сС удалени режущей кромки пилы от плоскости реза по формуле J l6ilb ilAt;A,i) сравнивают полученное значение с допустимым и в случае превышени им допустимого значени осуществл ют дополнительную корректировку скорости подачи по приведенной выше зависисл мости, где Ai (N, V) - амплитуда колебаний 00 кромок пилы в указанных точках. U - QKOpocTb пилы, заданна по условию обеспечени требуемой производительности h ширина реза заготовки; fn толщина режущей кромки пилы; Nnизмеренное значение усили нат жени пилы; - крут пщй момент на валу приводного шкива;METHOD, CONTROL OF THE PROCESS OF CUTTING THE PREPARATION OF THE BELT SAW, including the regulation of the feed rate. billets relative to the saw according to the results of measuring the speed of the saw and torque on the shaft of the drive pulley, characterized in that, in order to improve the cutting accuracy, the quality of the cut plates and reduce the loss of the cut material, the values of the amplitudes of the transverse oscillations of the cutting edge of the saw at points are additionally measured before entering it into contact with workpiece A |, after leaving A2 contact and at points opposing A and A at the opposite edge of the saw, the amount of increase in tension of the saw N j and t recoil relative to the saw after the start of the cut, compare the measured values of the amplitudes of oscillation and tension increase with the allowable values and when the measured values exceed the allowable ones, determine the required value of the tension by the formula e "H | / ii Vo206 gc", compare it the value with the allowable and in case it does not exceed the allowable value, tension control is carried out, and in case it exceeds the allowable value, the saw movement speed V is adjusted according to the formula egv i eglh-m) - o.3oio3-e CHv-oiegN, after which the feed rate is controlled by the formula MV 7p n-10. (N, V i 4r rrt + 2A (, MV), the cut removal value the saw blade edges from the cutting plane are calculated using the formula J l6ilb ilAt; A, i) compare the obtained value with the allowable one and, if it exceeds the allowable value, carry out an additional adjustment of the feed rate according to the above dependency, where Ai (N, V) is the oscillation amplitude 00 edges of the saw at the specified points. U - QKOpocTb of the saw, given by the condition of ensuring the required performance h the cutting width of the workpiece; fn thickness of the cutting edge of the saw; Nn is the measured value of the tension of the saw; - cool moment on the drive pulley shaft;

Description

скорость движени пилы диаметр заготовки; радиус приводного шкива ,saw movement diameter of the workpiece; drive pulley radius

среднее значение амплитуды колебаний; коэффициент, определ емый по формулеaverage amplitude of oscillations; coefficient determined by the formula

)f ---) f ---

d-dMT d-dmt

Ь - допустимое отклонение от пр молинейности отрезаемой пластины; oiPfCuy- коэффициенты, определ емые из выражени B is the permissible deviation from the straightness of the cut plate; oiPfCuy- coefficients determined from the expression

A(N.V ---CNv-N.VA (N.V --- CNv-N.V

Изобретение относитс к станкостроению и может быть использовано в станках и установках дл распиловки материалов бесконечными ленточными пилами. Известен способ управлени процес сом резки заготовки ленточной пилой отрезной машины путем регулировки скоростей подачи пилы или заготовки и измерени скорости движени ленточ ной пилы и крут щего момента на валу приводного шкива. Согласно такому способу сохран етс посто нным соотношение скорости подачи к скорости движени ленточной пилы в процессе резани так, что усилие подачи остаетс посто нным и оптимальным дл обрабатываемого материала lj . Однако данное.техническое решение характеризуетс низким качеством поверхности отрезаемых пластин и большим расходом разрезаемого матери ала из-за увеличени ширины пропила и невозможности отрезани пластин малой ввиду их разрушени и вследствие отсутстви св зей устанав ливаемых скоростей с величинами колебаний ленточной пилы. В процессе резки алмазными бесконечными ленточными пилами, необходиМО поддерживать амплитуды, отличные от резонансных, и определенное положение инструмента в пропиле. Это объ сн етс тем, что инструмент используют , как правило, при резке крупных заготовок, диаметр или сечение которых находитс в пределах 200-2000 мм (200x200 до 2000x2000 мм). Разрезаемые материалы (специальные, полупроводниковые , оптические и др.) очень дефицитны, дорогосто щи (сотни - дес тки тыс ч рублей за килограмм) и временнЪемки в изготовлении (например , кристалл ДКДР размером 200х200х х400 мм при непрерьшном поддержании посто нных условий растет 11-12 мес. Большинство из разрезаемых материалов обладают очень высокой хрупкостью и большими внутренними напр жени ми, ослабл ющими их стойкость к воздействию вибрационных нагрузок. В основном , резку заготовок на пластины выполн ют при отношении диаметра к толщине 1:150. Указанные и р д других особенностей став т вопрос уменьшени амплитуд вибраций инструментов и стабилизации положени инструмента в зоне пропила на первое место, при разработке и оптимизации процесса резки различных материалов ленточным инструментом. Высока эффективность процесса резки, определ ема производительностью резки,-шириной пропила, макро- и микрогеометрией образующихс в процессе резки поверхностей и дефектным слоем, может быть достигнута лишь в том случае, когда воздействи инструмента на отрезаемые детали минимальны. Этому способствуют, во-первых, проте кание процесса резки вне зонь резонансных частот инструмента и отрезаемой детали, во-вторых, отсутствие переходных вибрационных процессов при резке, а в-треты, перемещение инструмента в пропиле без отклонени в плоскости наименьшей жесткости от первоначального положени в пространстве . Цель изобретени - повьшение точности реза, качества отрезаемых пластин и сокращение расхода материалов при оптимальной производительности. Поставленна цель достигаетс тем, что по способу управлени процессом резки заготовки ленточной пилой. 31 включающему регулирование скорости подачи заготовки относительно пилы по результатам измерени крут щего момента на валу приводного шкива и скорости движени пилы, дополнитёльно измер ют величины амплитуд поперечных колебаний режущей кромки пилы в точках перед входом ее в контакт с заготовкой Av, после выхода и контакта А и в точках им противосто щих на противоположной кромке пиЛы А, и Ал, величину усили нат жени пилы { , длину перемещени заготовки относительно пилы после начала реза, сравнивают измеренные значени амплитуд колебаний и усили на т жени пилы с допустимыми значени м и при превышении измеренными значени ми допустимых определ ют необходимо значение усили нат жени по формуле : l H e-i/i bO,b0206-e C,v--(, сравнивают его значение с допустимым и в случае, если оно не превышает допустимого значени , осуществл ют регулирование усили нат жени , а в случае, если оно превьшает допус тимое значение, осуществл ют регулирование скорости V движени пилы по формуле ( после чего осуществл ют регулирование скорости подачи по формуле .(и.У1 .(l по результатам измерени определ ют величину Л удалени режущей кронки пилы от плоскости реза по формуле J (А,-А)+(АЗ,-А) г , сравнивают полученное значение с допустимым и в случае превышени им до пустимого значени осуществл ют дополнительную корректировку скорости подачи по приведенной выше зависимос ти, гдеА(Н,У)- амплитуда колебаний кромок пилы в указанных выш точках; y скорость движени пилы, заданна по условию обес печени требуемой производительности процесса резки, 0 h - ширина реза заготовки; ifi - толщина режущей кромки пилы; N(1 - измеренное значение усили нат жени пилы; М - крут щий момент на валу приводного шкива; - скорость движени пилы, D - диаметр заготовки Г - радиус приводного шкива, А (N,V среднее значение амплитуды колебаний; Y - коэффициент, определ емый по формуле л - допустимое отклонение от пр молинейности отрезаемой пластины; ( tipiCj y- коэффициенты, определ е- мые из вьфажени ,Vl CNvN-M. На фиг.1 изображена схема устройства дл реализации способа; на фиг.2 - заготовка диаметром D дл расчета длины реза, поперечное сечение , на фиг.З - удаление режущей кромки пилы от плоскости реза заготовки; на фиг,4 - диаграммы сигналов дл определени удалени кромок пилы от плоскости реза (а - в положении А на фиг. 3; б - в положении В на фиг.3). Устройство, реализующее способ, содержит станину 1, нат жной шкив 2 и приводной шкив 3, несущие ленточную пилу 4, механизм 5 креплени заготовки 6, механизм 7 подачи заготовки с приводом 8 подачи; датчик 9 скорости движени пилы, датчик 10 крут щего момента на валу привода t1 приводного шкива 3, вычислительную машину (ЭВМ) 12, входы которой соединены с выходами датчиков 9 и 10, механизм 13 перемещени нат жного шкива с приводом 14 и датчиком 15 величины нат жени пилы, бесконтактные датчики поперечных колебаний режущей 16, 17 и противоположной 18, 19 кромок пилы, размещенные над механизмом креплени заготовки с обеих ее сторон, датчик 20 поперечных колебаний поверхностей отрезаемой пластины, датчик 21 длины перемещени заготовки от начала реза, кронштейн 22 креплени бесконтактных датчиков с основанием, изолированным от воздействи вибраций с помощью j111 демпфера 23, амортизатор (демпфер) 24 амплитуды колебаний отрезаемой пластины. Выходы датчиков 15-21 соединены со входами ЭВМ 12, выходы которой соединены со входами привода 14 перемещени нат жного шкива, привода 8 подачи, привода 11 приводного шкива и табло 25. Способ реализуетс следующим образом . Предварительно на станке провод т две серии экспериментов. В первой серии экспериментов измер ют бесконтактными датчиками 16 и 17 амплитуды поперечных колебаний режущей кромки пилы с обеих сторон заготовки А, и Aj, а датчиками 18 и 19 - амплитуды колебаний противоположных кромок с обеих сторон заготовки А и А при увеличении величины начального рабочего значени усили нат жени ленточной пилы N с малым приращением Л N (0,01-0,05) MX в выбранном рабочем диапазоне регулиро вани нат жени пилы (от М)( дoNy ) при неизменной величине скорости дви жени пилы V const Во второй серии экспериментов эти же амплитуды колебаний измер ют указанными в предыдущем эксперименте датчиками, но при изменении небольшими приращени ми дV (0,01-0,05)Vx в выбранном рабочем диапазоне регули ровани (от Vx Д9 У ) ПР неизменно величине усили нат жени пилы N (-Qnsf Затем по данным экспериментов рассчи тывают, например, методом наименьших квадратов, посто нные Сц, С, и , характеризующие вли ние на зависимую переменную тех факторов процесса рез ки, которые оставались при проведени экспериментов неизменными рассчитывают показатели степени Л и , характеризующие интенсивность вли ни независимой переменной на зависимую: l gsl/g ii 4.. 4efN;-( |eg-A;seg,-ie4v,i6gA,e|N/ egc,. . .f (2) . , (bgV;f nietffciVv;-.EetfV.LetfA; ,. w - Ь P n . 0 . (О 4,,) NcU Р CtiVi ±CHm (7) ну 2 Полученные количественные значени С.... ot ни позвол ют представить зап висимость амплитуд поперечных колебаний полотна пилы при изменении обоих факторов N и V степенной функцией вида A(«, (8) и рассчитывать ее количественные значени в любой момент процесса резки при конк|: етных значени х величины нат жени N , измер емого датчиком 15 (фиг.1),.и скорости движени пилы V , измер емой датчиком 9. Это позвол ет регулировать текущее значени усили нат жени N и скорость движени пилы V так, чтобы (Щ--C - , : (9) где -5- win - математический знак приближени к минимальному (наименьшему) значению математического выражени В процессе резки амплитуду измер -. ют в 4 точках перед входом кромок пилы в контакт с заготовкой А и А и после выхода ее из контакта с заготовкой А, и Ад . Среднее значение амплитуды можно определить по формуле i/;(M) AlN.V)--Дл обеспечени заданной производительности процесса резки скорость движени пилы не должна быть меньше известного значени V ал Поэтому, подставив значение ,(10) в (8) и вз в логарифм выражени , получим (ii) N;(N.V)-0.b02064gC y4o,egN-peg43oi, откуда | 4fei/ VO.bo206-e CHvfB V,o,A) Таким образом, математическое соотношение величины амплитуды колебаний пилы и усили нат жени при заданной скорости движени пилы имеет вид (12) илиThe invention relates to a machine tool industry and can be used in machine tools and installations for cutting materials with endless band saws. There is a known method of controlling the cutting process of a workpiece with a band saw of a cutting machine by adjusting the feed speeds of the saw or workpiece and measuring the speed of movement of the band saw and the torque on the shaft of the drive pulley. According to this method, the ratio of the feed rate to the speed of movement of the band saw during the cutting process is kept constant so that the feed force remains constant and optimal for the material to be machined lj. However, this technical solution is characterized by low surface quality of the cut plates and high consumption of the cut material due to the increase in the width of the cut and the impossibility of cutting the plates low because of their destruction and due to the absence of connections of adjustable speeds with the values of oscillations of the band saw. In the process of cutting with diamond endless band saws, it is necessary to maintain amplitudes other than resonant ones and a certain position of the tool in the kerf. This is due to the fact that the tool is used, as a rule, when cutting large workpieces whose diameter or cross-section is in the range of 200-2000 mm (200x200 to 2000x2000 mm). The materials being cut (special, semiconductor, optical, etc.) are very scarce, expensive (hundreds - tens of thousands of rubles per kilogram) and time-consuming to manufacture (for example, DKDR crystal 200x200x400 mm in size while maintaining constant conditions 11 12 months Most of the materials being cut have very high brittleness and large internal stresses, which weaken their resistance to vibration loads. Basically, cutting of blanks into plates is carried out with the ratio of diameter to thickness 1: 150. These and a number of other features put the issue of reducing the vibration amplitudes of tools and stabilizing the tool position in the cut zone in the first place when developing and optimizing the cutting process of various materials with a tape tool. The cutting process efficiency is high, determined by the cutting performance, -the width of the cut, macro- and microgeometry of the surfaces formed in the process of cutting and the defective layer, can be achieved only in the case when the impact of the tool on the parts being cut is min immal This is facilitated, firstly, by the flow of the cutting process outside the zone of the resonant frequencies of the tool and the part being cut, secondly, the absence of transient vibratory processes during cutting, and thirdly, the movement of the tool in the kerf without deviating in the plane of least rigidity from the initial position space. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the cut, the quality of the cut plates and reduce the consumption of materials with optimal performance. The goal is achieved by the method of controlling the process of cutting the workpiece with a band saw. 31, which includes adjusting the feed rate of the workpiece relative to the saw according to the results of measuring the torque on the drive pulley shaft and the speed of the saw, additionally measure the amplitudes of transverse oscillations of the cutting edge of the saw at points before entering it into contact with the workpiece Av, after the exit and contact A and at the points opposite to them at the opposite edge of the saw blades A and Al, the tension force of the saw {, the length of the workpiece moving relative to the saw after the start of the cut, compare the measured values of the amplitudes of the number The ebb and effort on the saw's harness with permissible values and when the measured permissible values are exceeded determine the necessary value of the tension by the formula: l H ei / i bO, b0206-e C, v - (, compare its value with the allowable and if it does not exceed the allowable value, the tension is controlled, and if it exceeds the allowable value, the speed of movement V of the saw is adjusted by the formula (after which the feed rate is adjusted by the formula. ( i.U1. (l according to the measurement results the value of L of cutting saw crown removal from the cutting plane is calculated according to the formula J (A, -A) + (AZ, -A) g, the obtained value is compared with the permissible value and, if it exceeds the allowable value, additional adjustment is made to the feed rate given above dependency, whereA (H, Y) is the amplitude of oscillation of the edges of the saw at the points indicated above; y the speed of movement of the saw, given by the condition of the liver to the required productivity of the cutting process, 0 h is the cutting width of the workpiece; ifi is the thickness of the cutting edge of the saw; N (1 is the measured value of the tension of the saw; M is the torque on the shaft of the drive pulley; speed of movement of the saw; D is the diameter of the workpiece G is the radius of the drive pulley, A (N, V is the average value of the oscillation amplitude; Y is the coefficient, defined by the formula l is the tolerance from the straightness of the cut plate; (tipiCj y are coefficients determined from the extrusion, Vl CNvN-M. Figure 1 shows a diagram of the device for implementing the method; figure 2 shows a blank with a diameter D to calculate the length of the cut, the cross-section; in FIG. 3 - removing the cutting edge n sludge from the cutting plane of the workpiece; fig, 4 - diagrams of signals for determining the removal of the edges of the saw from the cutting plane (a - in position A in Fig. 3; b - in position C in figure 3). The device that implements the method contains a frame 1, the tension pulley 2 and the drive pulley 3 carrying the band saw 4, the mechanism 5 for fastening the workpiece 6, the mechanism 7 for feeding the workpiece with the drive 8 for feed; the sensor 9 for saw speed, sensor 10 for torque on the drive shaft t1 for the drive pulley 3, a computer (computer) 12, the inputs of which are connected to the outputs of the sensors 9 and 10, mechanics m 13 movement of the tension pulley with the drive 14 and the sensor 15, the value of the tension of the saw, contactless transverse oscillations of the cutting 16, 17 and opposite 18, 19 edges of the saw placed above the mechanism for fastening the workpiece on both its sides, the sensor 20 transverse oscillations of the surfaces of the cut plate , sensor 21 of the length of the workpiece from the beginning of the cut, bracket 22 for fixing contactless sensors with a base isolated from vibration by j111 damper 23, shock absorber (damper) 24 vibrational amplitudes of the cut surface us The outputs of the sensors 15-21 are connected to the inputs of the computer 12, the outputs of which are connected to the inputs of the drive 14 for moving the tension pulley, the feed drive 8, the drive pulley 11, and the board 25. The method is as follows. Previously, two series of experiments were performed on the machine. In the first series of experiments, contactless sensors 16 and 17 measure the amplitudes of transverse oscillations of the cutting edge of the saw on both sides of workpiece A and Aj, while sensors 18 and 19 measure the amplitudes of oscillations of opposite edges on both sides of workpiece A and A with increasing values of the initial working force. tensioning the band saw N with a small increment of L N (0.01-0.05) MX in the selected working range of adjusting the tension of the saw (from M) (toyNy) at a constant value of the saw moving speed V const In the second series of experiments same oscillation amplitudes These measurements are measured by the sensors indicated in the previous experiment, but when varying in small increments of dV (0.01-0.05) Vx in the selected control range (from Vx D9 U) PR is constant, the tension force of the saw N (-Qnsf Then According to the experimental data, the least squares method is calculated, for example, by the constant Sc, C, and characterizing the effect on the dependent variable of those factors of the cutting process that remained unchanged during the experiments, calculate the exponents L and characterize the intensity of the effect dependent on the independent variable: l gsl / g ii 4 .. 4efN ;-( | eg-A; seg, -ie4v, i6gA, e | N / egc ,. . .f (2). , (bgV; f nietffciVv; -. EetfV.LetfA;,. w - L P n. 0. (O 4 ,,) NcU Р CtiVi ± CHm (7) well 2 The obtained quantitative values of C .... ot neither allow It is possible to represent the dependence of the amplitudes of the transverse oscillations of the saw blade when both factors N and V are changed by a power function of the form A (", (8) and calculate its quantitative values at any time of the cutting process with concrete | N values measured the sensor 15 (Fig. 1), and the speed of movement of the saw V, measured by the sensor 9. This makes it possible to regulate the current value of the tension N and the speed of movement of the saw V so that oby (u - C -,: (9) where -5-win is the mathematical sign of approximation to the minimum (smallest) value of a mathematical expression. During the cutting process, the amplitude is measured. 4 points before the saw edges enter into contact with workpiece A and A and after it comes out of contact with workpiece A, and Ad. The average amplitude can be determined by the formula i /; (M) AlN.V) - To achieve a given productivity of the cutting process, the speed of the saw should not be less than the known value of V al Therefore, substituting the value, (10) in (8) and taking in the logarithm of the expression, we obtain (ii) N; (N.V) -0.b02064gC y4o, egN-peg43oi, from where | 4fei / VO.bo206-e CHvfB V, o, A) Thus, the mathematical ratio of the magnitude of the oscillation of the saw and the tension at a given speed of movement of the saw has the form (12) or

н qnt;e Eg ;(N,,ьoгo6-e cN ,(. (п) Дл обеспечени минимально допустимой величины амплитуды колеба НИИ пилы диапазона регулирова ни усили нат жени пилы может и не хватить, поэтому при каком-то измеренном значении усили нат жени пилы N4 можно уменьшать амплитуду колебани пилы увеличением скорости движени пилы так, чтобы . A(UU,,V откуда |t(h-mV-o,, egM tg(Vvn)-0.:JO 03-egCHvOCe Nul,6) Математическое соотношение величи ны амплитуды колебаний пилы и скорости движени пилы при известном усилии нат жени имеет вид (16) или . .,tieg 4№- °- - N - yСкорость подачи заготовки относительно пилы 5 при реализации способа управлени процессом резки задаетс по величине крут щего момента М на валу приводного шкива известного радиуса г в соответствии с математической формулой, определенной по результатам экспериментальных исследо ваний зависимости этого момента от соотношени скорости подачи и скорос ти движени пилы 5/V M-2iiLr(-|-+3- 0 l, , „л М (18) где L - длина линии реза режущей кромки пилы. Дл круглой заготовки диаметром D величина длины L реза измен етс в зависимости от длины относительного перемещени J заготовки и пилы (фиг.2) следующим образом L lff-l-i- f . (19) Стрем сь обеспечить максимальную производительность и свед амплитуды колебаний пилы к их минимально допус тимому значению при наибольше скорости движени пилы, получаем соотношение . Z fc(N.V) ..;„.,, (20) тогда имеем (N,vl. В расчетной формуле дл скорости подачи необходимо учесть, что больша подача, а также износ режущей кромки пилы с одной из ее сторон вызывают отклонение (уход) режущей кромки пилы от плоскости реза за допустимые пределы, порчу поверхности и скол (ломку) отрезаемой пластины. Устранить это вление можно уменьшением скорости подачи в процессе резани .. Дл этого вформулу расчета скорости подачи ввод т коэффициент , учитывающий превьш1ение средним значением разности амплитуд колебаний, с учетом их посто нных составл ющих, режущей и противоположных ей кромок пилы с обеих сторон заготовки СА,, -заданной величины допустимого отклонени от пр молинейности поверхности пластины & по соотношению , .MV(22) Подставив в выражение (18) значени L , Ь и у и выполнив преобразовани , получим .tQ-4r lDe-e i+2A(H.V)l ( .bM tr-ioFt Lt aAU-vU j-12M(,M) -ал+1IrCmvZAl N.(23) С учетом (22), (23) и (10) математическую формулу расчета скорости подачи можно представить формулой i-6-io5 r 2w4Z A;(,N,v)l К Si ankm + l: A;(N,V) . (2А) При d u коэффициент У 1, а при ()& коэффициент у 1 и уменьшает расчетную величину скорости подачи, что, в свою очередь, устран ет отклонение j режущей кроьрси пилы от плоскости реза заготовки за допустимый предел заданной величины допустимого отклонени от пp мoJfинeйнocти поверхности отрезаемой пластины & При реализации способа дополнительно предусмотрено измерение амплитуды колебаний поверхности отреэае мой пластины А в точке, максимально удаленной от линии реза. Это значение сравниваетс в ЭВМ с предельно допустимой величиной АПЛ. доп. хранимой в ее пам ти. Величину А„ определ ют экспериментально дл каждой толщины пластины с учетом коэффициента прочности конкретного материала Дл этого выбирают такую скорость движени пилы, при которой амплитуда колебаний полотна пилы. А (н,1 что ведет к возникновению больших ко лебаний амплитуд пластины, и фиксируют измер емое датчиком 20 значение при котором происходит скол пластины. Значение амплитуды, состав л ющее величину 0,707 Aj,, , максимальное и беретс как величина При дд ЭВМ выдает сигнал на табло оператору Уменьшить Aj,. Опе ратор подводит к пластине демпфер (амортизатор), который уменьшает колебани отрезаемой пластины, т.е. вьтолн етс условие П Лл, АОП Дл реализации способа имеютс тр взаимосв занных и управл емых от вычислительной машины основных контура управлени . Первый контур управлени предназначен дл установлени в соответствии с заданной производительностью станка, плотностью, ударной в зкость разрезаемого материала и твердостью инструмента такой скорости движени ленточной пилы 5, при которой амплитуды колебаний кромок пилы, измерен 1ые до входа в контакт с заготовкой датчиками 16,18 и после выхода пилы из контакта датчиками 17,19 меньше их резонансных значений и приближаютс по величине к их предельно допустимому миb- Vl Ь нимальному значению , где ширина реза заготовки; h - толщина режущей кромки пилы. Контур включает в себ датчик 9 скорости движени пилы, привод 11 приводного шкива, уп равл емый от ЭВМ 12 с учетом указанных ранее математических соотношений амплитуды колебаний пилы и скорости движени пилы. Второй контур управлени предназначен дл изменени 9 допустимых пределах от Ну до NU величины усили нат жени пилы и тем самым уменьшени амплитуды колебаний пилы д требуемого значени . , а также дл выдачи управл ющих воздействий в первый контур управлени , если величина усили нат жени уже достигла своего предельно допустимого значени . Контур включает в себ датчик 15 усили нат жени пилы, привод 14 механизма нат жени , управл емый от вычислительной машины 12 с учетом указанных ранее соотношений амплитуд колебаний пилы и величины усили нат жени пилы, датчики 16 и 18, колебаний кромок пилы до входа ее в контакт с заготовкой, датчики 17и 19 колебаний кромок пилы после выхода ее из контакта с заготовкой, датчик 20 колебаний поверхности отрезаемой пластины. Третий контур регулировани предназначен дл задани по величине крут щего момента на валу приводного шкива, измеренной скорости движени пилы, длины относительного перемещени заготовки и пилы такой скорости движени заготовки относительно пилы, котора обеспечивает выеокую,производительность процесса резки и отклонение поверхности отрезаемой пластины от пр молинейности це хуже допустимого значени . Контур включает в себ датчик 10 крут щего момента на валу приводног.о шкива, датчики 16 и 18амплитуд колебаний кромок пилы до входа в контакт с заготовкой и датчи и 17 и 19 амплитуд колебаний кромок пилы после выхода ее из контакта с заготовкой, привод 8 подачи, управл емый от ЭВМ с учетом математического соотношени измеренных величин по (24). Поскольку радиус приводного шкива у станков, реализующих способ резки заготовки ленточной пилой , достаточно велик (сотни милиметPQB ), а угол между направлением проложени силы и плечом ее приложени , равным радиусу приводного шкива, составл ет ft/g , то величина момента на валу приводного шкива очень чувствительна к изменени м усили в зоне реза . Это позвол ет достаточно точно задавать скорость подачи по величине момента на валу привода через малые отрезки времени, обеспечива высокую эффективность процесса резки. Пример. В системе управлени станком, реализующим способ, в пам ть вычислительной машины (ЭВМ) ввод т исходные данные процесса резки: величина диаметра заготовки здесь и в дальнейшем в скобках приведены количественные значени параметров дл примера реализации способа (250мм требуема шири11а реза заготовки h (0,58 мм); радиус приводного шкиваn (275 мм); ширина режущей кромки пилы hi (0,38-0,40 мм); допустимое отклонение от пр молинейности поверхности отрезаемой пластины & (0,002 мм); скорость движени пилы (30 м/с обеспечивающа требуемую производительность станка, величина крут щего момента на валу приводного шкива в режиме холостого хода Мкх ( кгс.м и его заданное рабочее значение М (5,0 кгс.м); начальное N (Ю кгс) и-предельно допустимое N доп (20 кгс) значени усили нат жени пилы чувствительность контуров управлени скоростью пилы (0,025), усилением нат жени (0,01), скоростью подачи ( (0,02) и допустима величина амплитуд колебаний поверхности отре (30 мкм). заемой пластины А Оператор задает начальную скорость движени пилы Т10,6 м/с), подводит с начальной скоростью 5 цам. (12,5 мм/мин) заготовку (5 - монокристаллический кремний) к пиле и вы полн ет многофакторный эксперимент, описанный выше. В соответствии с программой выполн ют расчет посто нных и показателей степени. Полученные результаты позвол ют представить зависимость (8) в виде . A(N.V)203,548.10 N- N- °2® Данна зависимость позвол ет вычисли тельной машине системы управлени процессом резки вырабатывать управл ющие зависимости дп соответствующихконтуров управлени по NK V и минимизировать амплитуду колебаний,обес печива заданную производительность процесса. В процессе управлени датчик 9 измер ет и вьщает в ЭВМ величину текущей скорости движени пилы Vf (10,6 м/с), котора сравниваетс сn qnt; e Eg; (N ,, his 6-e cN, (. (p) To provide the minimum allowable amplitude of oscillation of the scientific research institute of the range of the saw, the tension on the saw may not be enough, therefore, with some measured value of the tension N4 saw can be reduced by increasing the saw speed by increasing the speed of the saw so that. A (UU ,, V from where | t (h-mV-o ,, egM tg (Vvn) -0 .:JO 03-egCHvOCe Nul, 6) The mathematical ratio of the magnitude of the saw oscillation amplitude and the speed of the saw with a known tension is (16) or., Tieg 4 ° - ° - - N - yThe feed rate of the workpiece relates The saw blade 5 when implementing the method of controlling the cutting process is set by the magnitude of the torque M on the shaft of the drive pulley of a known radius r in accordance with the mathematical formula determined from the results of experimental studies of the dependence of this moment on the ratio of the feed speed and the speed of the saw 5 / V M-2iiLr (- | - + 3-0 l,, „l M (18) where L is the length of the cutting line of the cutting edge of the saw. For a round workpiece with a diameter D, the length of the cut L is changed depending on the length of the relative movement J of the workpiece and the saw (Fig. 2) as follows: L lff-1-i-f. (19) Trying to ensure maximum performance and reduce the amplitude of oscillations of the saw to their minimum allowable value at the highest speed of the saw, we obtain the relation. Z fc (NV) ..; „. ,, (20) then we have (N, vl. In the calculation formula for the feed rate, it is necessary to take into account that the large feed, as well as the wear of the cutting edge of the saw on one of its sides causes a deviation (care a) cutting edge from the cutting plane beyond the allowable limits, damage to the surface and chipping (breaking) of the cut plate. This phenomenon can be eliminated by reducing the feed speed during the cutting process. To do this, a factor is introduced in the feed speed calculation formula that takes into account the increase in the average value of the difference in the oscillation amplitudes , taking into account their constant leaving, cutting and opposite edges of the saw on both sides of the workpiece CA ,, the specified value of the allowable deviation from the straightness of the plate surface & ratio, .MV (22) Substituting L, B and Y in expression (18) and executing transformations, we obtain .tQ-4r lDe-e i + 2A (HV) l (.bM tr-ioFt Lt aAU-vU j-12M (, M) -al + 1IrCmvZAl N. (23) With (22), ( 23) and (10) the mathematical formula for calculating the feed rate can be represented by the formula i-6-io5 r 2w4Z A; (, N, v) l К Si ankm + l: A; (N, V). (2A) With d u, the coefficient is Y 1, and with () & coefficient y 1 and reduces the calculated feed rate, which, in turn, eliminates the deviation j of the cutting saw blade from the cutting plane of the workpiece beyond the allowable limit of the specified value of the allowable deviation from the cut surface of the cut plate & When implementing the method, it is additionally provided to measure the amplitude of oscillations of the surface of a detached plate A at a point as far as possible from the cutting line. This value is compared in a computer with the maximum permissible value of a nuclear submarine. additional stored in her memory. The value of A.g. is determined experimentally for each thickness of the plate, taking into account the strength factor of the specific material. To do this, choose a speed of movement of the saw at which the oscillation amplitude of the saw blade. A (n, 1 which leads to the appearance of large oscillations of the plate amplitudes, and the value measured by sensor 20 is recorded at which the plate is chipped. The amplitude value, which is 0.707 Aj ,,, is maximal and is taken as the value. on the scoreboard to the operator Reduce Aj. The operator brings a damper (shock absorber) to the plate, which reduces the oscillations of the cut plate, i.e. the condition LL, AOP is fulfilled. To implement the method, there are three main circuits interconnected and controlled by the computer. The first control loop is designed to establish, in accordance with a given machine capacity, density, impact strength of the material being cut and tool hardness, such a speed of movement of the band saw 5, at which the amplitudes of oscillation of the edges of the saw, are measured first before entering into contact with the workpiece by sensors 16, 18 and after the saw leaves the contact, the sensors 17.19 are less than their resonant values and approach in magnitude to their maximum permissible mi-Vl b minimum value, where the cutting width of the workpiece; h is the thickness of the cutting edge of the saw. The contour includes a saw speed sensor 9, a drive pulley drive 11, which is equal to the computer 12, taking into account the previously mentioned mathematical relationships of the saw oscillation amplitude and saw speed. The second control loop is designed to change the allowable limits from Nu to NU of the value of the tension on the saw and thereby reduce the amplitude of oscillations of the saw to the desired value. , as well as for issuing control actions to the first control loop, if the tension force value has already reached its maximum permissible value. The contour includes a sensor 15 for tensioning the saw, an actuator 14 for the tension mechanism controlled from the computer 12, taking into account the previously mentioned ratios of the amplitudes of saw oscillations and the magnitude of the tension of the saw, sensors 16 and 18, oscillations of the edges of the saw before it enters contact with the workpiece, sensors 17 and 19 oscillations of the edges of the saw after it leaves the contact with the workpiece, sensor 20 oscillations of the surface of the cut-off plate. The third control loop is designed to set the largest torque on the drive pulley shaft, the measured saw movement speed, the length of the relative movement of the workpiece and the saw at that speed of the workpiece relative to the saw, which provides the outward cutting performance and deviation of the surface of the cut plate from the straightness worse than acceptable value. The contour includes a torque sensor 10 on the drive shaft of the pulley, sensors 16 and 18 amplitudes of oscillation of the edges of the saw before entering into contact with the workpiece and the sensor and 17 and 19 amplitudes of oscillations of the edges of the saw after it comes out of contact with the workpiece, feed drive 8 controlled by a computer taking into account the mathematical ratio of measured values in (24). Since the radius of the drive pulley at machines that implement the method of cutting the workpiece with a band saw is quite large (hundreds of millimeters PQB), and the angle between the direction of force and the shoulder of its application equal to the radius of the drive pulley is ft / g, the magnitude of the moment on the shaft of the drive pulley very sensitive to changes in force in the cut zone. This allows you to quite accurately set the feed rate in magnitude of the moment on the drive shaft through small periods of time, ensuring high efficiency of the cutting process. Example. In the machine control system that implements the method, the initial data of the cutting process is entered into the computer memory (computer): the diameter of the workpiece is here and hereinafter shown in parentheses the quantitative values of the parameters for the example of the method (250 mm required width of the workpiece cut h (0, 58 mm); radius of the drive pulley (275 mm); width of the cutting edge of the hi saw (0.38-0.40 mm); allowable deviation from the straightness of the surface of the cut-off plate & (0.002 mm); speed of movement of the saw (30 m / with required performance the tank, the torque value on the drive pulley shaft at idle mode MKH (kgf.m and its specified working value M (5.0 kgf.m); initial N (Yu kgfs) and the maximum allowable N extra (20 kgf) values of the tension of the saw, sensitivity of the saw speed control contours (0.025), tension increase (0.01), feed rate ((0.02) and the acceptable amplitude of the surface oscillations of the cut (30 µm). locking plate A The operator sets the initial speed movement of the saw (10.6 m / s), brings with an initial speed of 5 tsam. (12.5 mm / min) the blank (5 is monocrystalline silicon) to the saw and performs the multifactorial experiment described above. In accordance with the program, the calculations of the constants and exponents are performed. The results obtained allow us to represent the dependence (8) in the form. A (N.V) 203,548.10 N-N- ° 2® This dependence allows the computing machine of the cutting process control system to generate control dependencies for the corresponding NK V control loops and to minimize the amplitude of oscillations, ensuring the desired process performance. In the course of control, the sensor 9 measures and computes in the computer the value of the current movement speed of the saw Vf (10.6 m / s), which is compared with

- 12-l6 «35.103 275(0,4+20,09) - 12-l6 "35.103 275 (0.4 + 20.09)

. li.944 103-0 6699-10 g . li.944 103-0 6699-10 g

4275ТО,,,638 То54275TO ,,, 638 To5

,9977 (мм/с); (мм/мин)., 9977 (mm / s); (mm / min).

При этом сравниваетс текущее знача- значением и выдаетс управл ющее ние момента на валу с его заданным воздействие, пропорциональное этой 1 012 заданной ад (30 м/с), сигнал рассогласовани преобразовываетс n управл ющее воздействие и через уст- . ройство вывода ЭВМ вьщаетс на привод 11, KOTOpbrii плавно набирает заданную скорость. Одновременно с этим датчики 16-19 амплитуд колебаний кромок пилы измер ют амплитуды колебаний и вьщают их значени в ЭВМ, котора .)ассчитывает среднее значение теку1щей амплитуды колебаний полотна пилы.|: .V)/A сравнивает это значение с минимально допустимым JvTi 0,09 мм), выдает управл ющее воздействие, пропорциональное этой разности и с учетом соотношени (16) и данных датчика 15 об усилии нат жени N4 (например, 14,75 кгс) через устройство вывода на отработку приводом 11 требуемой скорости движени . При этом ЭВМ вычисл ет величину скорости движени пилы -3,0286egV Bg0,09-e 203548+1 ,41268erf I4,75j 3,0286trfV -4,103295; U 1,553261,- V 35,75 (м/с). С учетом данных от датчика 9 (например , 35 м/с) и требуемой амплитуды колебаний пилы (0,09 мм) в ЭВМ рассчитываетс по соотношению (12) требуемое усилие нат жени -1,41268- Eg М , 09-eg203548+ +3,0286 erf 35; Erf N 1,188511; N 15,45 (кгс). Кроме того, данные от датчика 15 сравниваютс с предельно допустимым значением N(j (20 кгс), и при N к If управл ющее воздействие от ЭВМ, пропорциональное разности упом нутых выше амплитуд колебаний пилы, выдаетс на отработку приводом 14 требуемого усили нат жени . При расчетном значении усили , большем допустимого, осуществл етс регулирование скорости пилы. Одновременно информаци от датчика 10 о величине момента (например, 3,3 кгс/м) и от датчика 21 длины (например , 15 мм) поступает в ЭВМ, котора рассчитывает текущую величину лины реза - L (59,4 мм) и требуемую скорость подачи разности, на привод 8 скорости подачи . По данным датчиков 16-19 рассчитываетс среднее значение удалени режущей кромки пилы от плоскости реза заготовки по соотношению J . (AiZAlhiAzrAi) „ значение сравниваетс с величиной допустимого отклонени поверхности отрезаемой пластинки от пр молинейности и корректируетс .управл ющее воздействие на привод скорости подачи. В процессе реза с момента его начала , когда , датчиком 21 отсчи тываетс длина относительного переме щени заготовки и пилы f, который при равенстве их значений диаметру заготовки вьщает сигналы на приведение системы в исходное состо ние. Управление процессом резки заготовок ленточными пилами осуществл ет с с помощью специальн.ой информационно-измерительной системы, в состав которой имеютс высокоточные безконтактные измерители типа БИМП-2, БИМ11-2М, бесконтактные виброизмерите ли типа ВВ-10, контактные датчики типа КА35 с виброметрами 5M 241RFT , измерители усилий реза, измеритель момента на валу привода, приборы регистрации информации по 18 каналам типа Н338 и Н115, частотомер Ф5035, спектроанализатор СК-4-56, устройство коммутации Ф799/2, ан&лог . цифровой преобразователь Ф4222, пульт управлени и сервисного контро л системы. Предлагаемый способ осуществлен при разрезании монокристаллов кремни и германи при следующих техниче ких характеристиках процесса: диамет разрезаемой заготовки до 200 мм толщина отрезаемой пластины 0,6-1,2 мм скорость резани 24-40 м/с, рабоча подача заготовки 10-40 мм/мин, длина ленточной пилы 4100 MMJ толщина корпуса пилы 0,2 мм, бесконтактные датчики съема амплитудно-частотных характеристик колебаний отрезаемой пластины и кромок полотна пилы типа БИМП-2М с чувствительностью не хуже 0,1 мкм в диапазоне до 500,мкм на рассто нии до 2 мм; диапазон измерени датчика усили нат жени ленты 5-30 кгс. Способ позвол ет поддерживать амплитуды колебаний-полотна пилы (0,0890 ,091 мм при N 14,5 кгс и V 30 м/с) отличными от их максимальных значений при резонансных влени х (0,52 мм при N 10 кгс и V 24 м/с), имеющих место при совпадении частот колебаний узлов станка, заготовки и полотна пилы. Резка монокристаллов кремни осуществлена бесконечной ленточной пилой с алмазной режущей кромкой при следующей характеристике алмазоносного сло : марка алмазов АСЕ, АСК, АСН зернистостью 60/50; 80/63; 100/80; св зка - электролитически осажденный никель. Благодар применению предлагаемого способа стало возможным выполн ть резку на пластины толщиной 0,8 мм при диаметре заготовки до 200 ММ} ширина пропила уменьшена на 0,2 мм; погрешность формы (отклонение от пр молинейности поверхности) уменьшена на 0,5 мм на диаметре до 200 мм; глубина нарушенного сло - на 20-30 мкм.In this case, the current value is compared and the torque control on the shaft is given with its predetermined impact, proportional to this 1 012 given hell (30 m / s), the error signal is converted by the control action n through the device. The output pin of the computer is set to drive 11, KOTOpbrii smoothly picks up a given speed. At the same time, the sensors 16-19 for the oscillations of the oscillations of the edges of the saw measure the amplitudes of the oscillations and impart their values in a computer, which.) Calculates the average value of the current amplitude of oscillations of the saw blade. |: .V) / A compares this value with the minimum allowable JvTi 0, 09 mm) produces a control action proportional to this difference and taking into account the relation (16) and data of the tension force sensor N4 (for example, 14.75 kgf) through the output device for testing the required speed of movement by the drive 11. In this case, the computer calculates the value of the speed of movement of the saw-3.0286egV Bg0.09-e 203548 + 1, 41268erf I4.75j 3.0286trfV -4.103295; U 1.553261, - V 35.75 (m / s). Taking into account the data from the sensor 9 (for example, 35 m / s) and the required amplitude of saw oscillations (0.09 mm) in a computer, the required pull force -1.41268-Eg M, 09-eg203548 + +3 is calculated by the ratio (12) , 0286 erf 35; Erf N, 1.188511; N 15.45 (kgf). In addition, the data from sensor 15 is compared with the maximum permissible value of N (j (20 kgf)), and with N to If, the control action from the computer, proportional to the difference of the saw oscillation amplitudes mentioned above, is given for the drive 14 to work out the required tension. When the calculated value of the force is greater than the allowable, the speed of the saw is regulated.At the same time, information from the sensor 10 about the moment (for example, 3.3 kgf / m) and from the sensor 21 for length (for example, 15 mm) enters the computer, which calculates the current cut line size - L (59.4 m ) and the required feed rate of the difference, to the feedrate drive 8. According to the sensors 16-19, the average distance of the cutting edge of the saw from the cutting plane of the workpiece is calculated by the ratio J. (AiZAlhiAzrAi) the value is compared with the value of the allowable deviation of the cut surface from the straightness and the control effect on the drive of the feed speed is corrected. From the moment of its beginning, when the sensor 21 detects the length of the relative movement of the workpiece and the saw f, which, if they are equal, is corrected Achen diameter preform vschaet actuation signals to the system to its original state. The process of cutting the workpieces with band saws is carried out with the help of a special information-measuring system, which includes high-precision contactless meters of the BIMP-2, BIM11-2M type, contactless vibrometer of the BB-10 type, contact sensors of the KA35 type with 5M vibrometers 241RFT, cut effort meters, torque meter on the drive shaft, information recording devices for 18 channels of type H338 and H115, frequency meter F5035, spectrum analyzer SK-4-56, switching device Ф799 / 2, a & log. digital converter F4222, remote control and service control system. The proposed method was carried out by cutting silicon and germanium monocrystals with the following technical characteristics of the process: cut billet diameter up to 200 mm cut plate thickness 0.6-1.2 mm cutting speed 24-40 m / s, working feed of billet 10-40 mm / min, band saw length 4100 MMJ saw case thickness 0.2 mm, contactless sensors for picking up the amplitude-frequency characteristics of vibrations of the cut-off plate and the edges of the blade of the BIMP-2M type with sensitivity not worse than 0.1 µm in the range up to 500 µm at a distance up to 2 mm; The measuring range of the belt tension sensor is 5-30 kgf. The method allows maintaining the saw-blade oscillation amplitudes (0.0890.091 mm at N 14.5 kgf and V 30 m / s) different from their maximum values at resonant phenomena (0.52 mm at N 10 kgf and V 24 m / s) occurring when the frequencies of oscillations of the machine nodes, workpiece and saw blade coincide. Cutting of single crystals of silicon is carried out by an endless band saw with a diamond cutting edge with the following characteristic of the diamond layer: ACE, ASK, and ACN diamond grades 60/50; 80/63; 100/80; bond - electrolytically deposited nickel. Thanks to the application of the proposed method, it became possible to cut into plates with a thickness of 0.8 mm with a billet diameter of up to 200 MM; the cutting width was reduced by 0.2 mm; shape error (deviation from the surface linearity) is reduced by 0.5 mm in diameter to 200 mm; the depth of the damaged layer is 20-30 microns.

Фиг. FIG.

Claims

class In 23 D 55/08, 1980 (prototype). 'METHOD, CONTROL OF THE PROCESS OF CUTTING BITTING BAND SAW, including regulation of the feed speed. blanks relative to the saw according to the results of measuring the speed of movement of the saw and the torque on the drive pulley shaft, characterized in that, in order to increase the accuracy of the cut, the quality of the cut plates and reduce the loss of cut material, additionally measure the magnitudes of the transverse vibrations of the cutting edge of the saw at the points in front of the entrance it in contact with the workpiece, after leaving contact Aj and at points opposite to them on the opposite edge of the saw and Hell, the value of the saw tension reinforcement N j the length t of moving the workpiece from regarding the saw after the start of the cut, compare the measured values of the oscillation amplitudes and tension amplification of the saw with acceptable values and if the measured values are exceeded, the necessary value of the tension force is determined by the formula, its value is compared with the acceptable value and, if it does not exceed the acceptable value, the force is controlled tension, and if it exceeds the limit, adjustment is performed motion speed V of the saw formula ^ν · μ41 * ¹ -) - ° .m 'Lake-egc _HV eg n "], then wasps fected regulation feed rate according to the formula

AA1 / ζ with t · g [m ♦ 2 A (N, \ l) J ³ 'K 4r [m + 2A (NV)]''according to the measurement results, the distance of the cutting edge of the saw from the cutting plane is determined by the formula to compare the obtained value with a permissible value and if it exceeds the permissible value, an additional adjustment is made to the feed rate according to the above dependence, where A) (S, V) is the amplitude of oscillation of the saw edges at the indicated points;

year - saw speed, set by the condition of ensuring the required performance;

h is the cut width of the workpiece;

tn is the thickness of the cutting edge of the saw;

N η is the measured value of the tension force of the saw;

W is the torque on the drive pulley shaft;

-SU _n „1115870

V is the speed of the saw;

0 - diameter of the workpiece;

ё - radius of the drive pulley, '

Α (Ν, ν) is the average value of the amplitude of oscillations;

U - coefficient determined by the formula mr

B is the allowable deviation from the straightness of the cut plate; οί, βΧ ^ - coefficients determined from the expression

A (NV) --- C _Nv ^β .