SU1292984A1 - Способ управлени коррекцией эксцентриситета при расточке глубоких отверстий и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлообработке , а именно к процессам управлени  расточкой отверстий, и може т быть использовано при ке глубоких отверстий с повышенными требовани ми к положению оси обрабатываемой детали. Целью изобретени   вл етс  повьшение производительности процесса расточки глубоких отверстий . Поставленна  цель достигаетс  за счет полной автоматизации управлени  коррекцией эксцентриситета. Возникший в процессе расточки детали эксцентриситет характеризуетс  вектором е. Параметры вектора е воспринимаютс  датчиком эксцентриситета в виде сигналов е или е,. , соответствующих проекци м вектора е на оси ОХ и ОУ стационарной системы координат . Ввиду наложени  на них высокого уровн  шумовых помех, возникаю- псих от вибраций в процессе резани  металла, непосредственньй контроль за модулем и фазой вектора эксцентриситета по этим сигналам бып бы затруднен . Исключение помех достигает с  путем интегрировани  одного из сигналов, например е , в пределах :угла Ч вращени  подвижной системы . координат X ОУ . Составл ющие вектора ё по ос м подвижной системы координат получают путем вычислени  в сумматорах, откуда выходит сигнал, пропорциональный проекци м е н еу вектора е на оси координат X ОУ . Путем нарушени  условий синхронизации , за счет изменени  числа импульсов в канале датчика скорости вращени  детали до тех пор, пока на выходе анализатора сигнала одна из составл ющих не превратитс  в нуль, достигаетс  цель автоматизации процесса управлени . 2 н.п. и i з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл. с (Л ю :D К) со 00

Description

Изобретение относитс  к металлообработке , а именно к процессам управлени  расточкой отверстий, и может быть использовано при обработке глубоких отверстий с. повьшенными требовани ми к положению оси обра батываемой детали.

Целью изобретени   вл етс  повышение производительности процесса расточки глубоких отверстий за счет полной автоматизации управлени  коррекцией эксцентриситета.

На фиг.1 приведена схема устройства дл  управл емого растачивани ; на фиг.2 - векторна  диаграмма, по сн юща  cyuijHocTb способа; на фиг.З структурна  схема устройства; на фиг.4 - схема генератора ориентирующих импульсов.

В вертлюге I (фиг.1) станка закреплена деталь 2 типа труба, В ползуне 3 задней бабки установлена невращающа с  расточна  штанга 4 с расточной головкой 5. Расточна  головка содержит жестко закрепленный резец 6 предварительной расточки, твердосплавные упоры 7, направл ющие планки 8 и механизм автоматической корре ции, включающий подвижный корректирующий резец 9, установленньй в ползуне 0, который через ролик 11 сопр жен с клином 12. Клин подпружинен пружиной 13 и соединен через толкатель с рейкой 14, паразитной шестерней 15 и второй рейкой 16, котора  через т гу 17 шарнирно соединена с приводом механизма коррекции, установленным на ползуне станка. Привод содержит рычаг 18 и эксцентрик 19, установленный на валу гидроусилител  вращающего момента 20, на продолжени вала установлен диск 21 с указателем положени  и с магнитом 22 датчика 23 (геркона) исходного положени  эксцентрика . На вход гидроусилител  20 подключен шаговый двигатель 24, соединенный с блоком автоматического управлени  25, на один из входов которого подключен датчик 23. Блок управлени  25 соединен с анализатором 26, соединенным с датчиком эксцентриситета 27 и через канал 28 с импульсным датчиком 29 скорости вращени  детали, сопр женным с зубчатым венцом 30, установленным на вертлюге 1 Станка.

Анализ процесса управлени  коррекцией провод т в двух системах коорди

5

0

5

0

5

0

5

0

5

наг (фиг.2): в стационарной ХОУ и синхронно вращающейс  с деталью ХОУ«

Возникший в процессе расточки детали эксцентриситет растачиваемого отверсти  относительно геометрической оси станка,характеризующийс  вектором е, воспринимает датчик 27 в виде сигналов е или е соответствующих проекци м вектора е на оси ОХ и ОУ стационарной системы координат. Эти сигналы при вращении детали 2 приобретают гармонический закон изменени  во времени. Ввиду наложени  на них высокого уровн  щумовых помех , возникающих от вибраций в процессе резани  металла, непосредственный контроль за модулем и фазой вектора эксцентриситета по этим сигналам был бы затруднен. Исключение вли ний помех достигают путем интегрировани  одного из сигналов, например , Е в пределах угла Ч вращени  подвижной системы координат ХОУ, где 21).. соответствует Тд - периоду вращени  детали.

Пределы интегрировани  сигналов, получаемые результаты интегрировани  и вычисл емые из них величины приведены в табл. 1.

Вычисление составл ющих е и еу выполн ют в сумматорах с алгоритмом е, (Uj - U4) е, /2К (Uj - и )

При этом получают сигналы, пропорциональные проекци м е,( и е вектора е на оси вращающейс  системы координат ХОУ. Эти сигналы  вл ютс  квазипосто нными величинами и могут измен тьс  только при изменении па- , раметров вектора е.

Затем автоматически периодическими циклами (или исключают часть поступающих по кему импульсов) в анализатор 26 ввод т дополнительные импульсы , чем нарушсцот условие синхронизации вращени  системы координат ХОУ относительно детали на угол до тех пор, пока на вькоде анализатора 26 одна из составл ющих, по которой ведут управление циклическим вводом или исключением импульсов (например , ё), не обратитс  в нуль. Тогда одна из осей координат (например, оси ОУ , показана пунктиром) совместитс  с направлением вектора е и новое значение е. будет равно е. Выполнение услови  е,; О дает разрешение на вьнтолнение коррекции. При этом

момент включени  коррекции контролируют по модулю и по фазе второй составл ющей (например, е). При выполнении неравенства (ё) gon и поступлении сигнала о согласованности исходной позиции корректирующего механизма с началом цикла коррекции возникающего эксцентриситета с анализатора 26 Слок управлени  25 включает подачу импульсов на шаговый двигатель 24, который через гидроусилитель 20 вращает эксцентрик 19 и рычагом 18 перемещает т гу 17, привод щую в движение через рейки 14, 1 и шестерню 15 клин 12 и корректирующий резец 9. I

Длительность цикла коррекции контролируют таймером 31 блока управлени . По окончании цикла коррекции система управлени  во:звращает эксцентрик 19 в исходное положение по сигналу датчика 23. Положение регулируют по шкале указател  21.

Таким образом, поставленную цель достигают тем, что путем добавлени  импульсов или их исключени  из канала датчика скорости вращени  детали нарущают условие синхронизации вращени  системы коо.рдинат X О У относительно вращени  детали до тех пор, пока на выходе анализатора 26 сигналов одна из составл ющих вектора эксцентриситета не обратитс  в нуль.

На фиг.З вертлюг 1 (по фиг.1) станка, деталь 2, ползун 3 задней бабки, штанги 4 и расточна  головка 5 (со всеми вход щими в них узлами) обозначены блоком 1-5, привод механизма коррекции, состоит из гидроусилител  20 и шагового двигател  24 (обозначены блоком 20 и 24). Блок управлени  25 снабжен таймером 31, а датчик 29 скорости вращени  включает формирователь 32 взаимносмещенных во времени пар импульсов соединенный соответственно двум  каналами с логическим блоком синхронизации распределител  тактовых импульсов 33. Его импульсный выход соединен со входом распределител  тактовых импульсов 34 выполненного на основе электронного счетчика импульсов (с емкостью равной числу зубцов на зубчатом венце 30 вертлюга 1) и логических схем. Распределитель 34 своими четырьм  параллельными выходами соединен со входами интегрирующего анализатора

984

35 с игналов датчика 27, который подключен на его сигнальный вход. Анализатор 35 содержит четыре интегратора н сумматоры, запрограммированные на решение уравнений по табл. 1. Выходы

0

5

0

5

0

0

5

0

5

сумматоров, несущих сигналы Е, и е подключены к фильтрам 36. Выход фильтра e j( подключен на вход генератора ориентируюших импульсов 37. Второй вход генератора 37 соединен с выходом распределител  тактовых импульсов 34. Двум  выходами генератор ориентируюших импульсов 37 подключен к логическому блоку 33, а выходом услови  e{j О - на вход схемы И 38 совпадени  условий на запуск блока управлени  25 через логический ключ 39.Второй выхрд е у фильтра 36 соединен с индикатором 40 1 схемой сравнени  41, к которой подключен узел 42 ввода задани  на допуск величины эксцентриситета . Выход схемы 41 подключен на один из входов схемы И 38.

Генератор ориентирующих импульсов 37 (фиг.4) построен по схеме блока усилителей с заданной, зоной нечувствительности . Он включает два операционных усилител  43 и 44,снабженных делителем напр жений U и U,

задани  зоны нечувствительности, выполненным на резисторах 45, 46 и 47, 48. Резисторы 49 и 50 включены между входами усилителей и входом U генератора . Выходы усилителей подключены на два входа логической схемы 51, третий вход 52 соединен с выходом распределител  тактовых импульсов 34. Схема 51 выходами 53 и 54 генератора ориентирующих i-гмпульсов 37 соединена с логическим блоком 33, а выходом 55 услови  е,; О - на вход схемы И 38.

Устройство работает следующим образом .

Согласно технологии на обработку через вращающуюс  деталь 2 за щтангу 4 прот гивают резцовую головку 5. Резец 6, опира сь на твердосплавные упоры 7, производит основной съем металла . Резцова  головка ориентируетс  по геометрической оси внутри растачиваемого отверсти  направл ющими планками 8. Контроль за эксцентриситетом растачиваемого отверсти  ведут по сигналам , получаемым от датчика 27. Исключение вли ни  помех достигаетс  путем циклического интегрировани  сигналов датчика 27 в анализаторе 26. Импульсы на задание циклов (пределов)

интегрировани  поступают от датчика

29,сопр женного с зубчатым венцом

30,шаг зубьев на венце соответствует шагу отработки шагового двигател  24 (например, при угловом шаге 1,5° число зубьев Z 240). Формирователь импульсов 32 выдает полное количество импульсов в каждый из его двух выходов, причем следование импульсов на выходе формировател  смещено приблизительно на 0,5 шагового делени  (т.е. на 0,75°). Обе импульсные последовательности поступают на логический блок 33 и только одна последовательность с блока 33 поступает на распределитель тактовых импульсов 34. Распределитель

34 путем последовательного счета имной числу зубьев венца 30 (Z 240), выдает импульсы на управление интеграторами в угловых интервала, поворота детали: О - / - по первому к аналу, 1/2 9 - 3/2 м - по второму.

Импульсы, поступающие на вход логического блока 33, управл ют про хождением импульсов с каналов формировател  32 на распределитель 34, прерыва  поступление по обоим каналам или суммиру  (добавл  ) импульс в первый канал из второго. Отклонение от расчетного числа импульсов (от Z 240) за один оборот детали приводит соответственно к нарушению условий синхронизации и вращению системы координат Х О у относитель но детали в положительную или отрицательную стороны на угол до тех пор, пока на выходе анализатора со20

ставл юща  е не обратитс  в нуль (табл. 2).

i - 2 - по третьему и 3/2 /Г - 5/2/г- Из двух существующих положений по четвертому. В исходный момент пус- системы Х О у , при которых е О, ка начало отчета включаетс  прои з- вольно. Подачей импульсов на интеграторы 35 задаютс  услови  интегрировани  входного сигнала с датчика

30

27 в системе координат X О У , синхронно вращающейс  с деталью, но с произвольным исходным положением.

В итоге интегрировани  и суммировани  результатов интегрировани  на выход интегрирующего анализатора 35 поступают два сигнала е и е/ как составл ющие вектора эксцентриситета е растачиваемого отверсти  по ос м бХ и ОУ . Ввиду синхронности вращени  координат X О У с деталью , величины е и е нос т квазистабильный характер и измен ютс  только с изменением параметров вектора е. Проход  через фильтры 36, сигналы ejj и е, освобождаютс  от всех видов помех. Один из сигналов (например, е поступает на вход генератора ориентирующих импульсов 37 (на вход Uy, фиг.4). Поскольку коэффициент усилени  операционных усилителей 43 и 44 весьма большой, то их выходные сигналы Ug и U принимают только два дискретных значени  логики (+1) или(-1) в зависи- .мости от соотношений и с опорными напр жени ми зоны нечувствительности U и и , которые приведены в табл. 2.

35

40

одно  вл етс  устойчивым, а второе неустойчивым, от которого система регулировани  всегда стремитс  отой ти в устойчивое состо ние.

При выполнении услови  U V U U соответствующего условию е -0, с выхода 55 на схему И 38 поступает и пульс разрешени  включени  коррекци t как показано на фиг.2, составл юща 

Оу Е (по фазе и по модулю).

Модуль е у в элементе сравнени  4 сравниваетс  с заданной на него в 4 величиной технологического допуска Аол и в случае когда еу , на вход схемы И 38 поступает второй си нал разрешени  на -включение коррекц Момент подачи тактового импульса, п

с ступающего с распределител  34 на вход схемы и 38, определен с учетом гео метрических соотношений в механизма так, что его поступление обеспечива включение движени  корректирующего резца в противофазе с вектором эксцентриситета е. При условии совпаде ни  на схеме И 38 всех трех сигнало схема И замыкает электронный ключ 3 и через блок управлени  25 включает

ГС привод 20 и 24 механизма коррекции. Длительность цикла коррекции контро лируетс  таймером 31, по окончании цикла механизм возвращаетс  в исход ное состо ние по сигналу датчика 23

50

Ш

929846

Поступление управл ющех о тактового импульса на вход 52 с распределител  34, например, через каждый оборот детали, возбуждает на выхо- 5 дах 53, 54 и 55 генератора 37 импульсы , соответствующие состо ни м и (табл. 2).

Импульсы, поступающие на вход логического блока 33, управл ют прохождением импульсов с каналов формировател  32 на распределитель 34, прерыва  поступление по обоим каналам или суммиру  (добавл  ) импульсы в первый канал из второго. Отклонение от расчетного числа импульсов (от Z 240) за один оборот детали приводит соответственно к нарушению условий синхронизации и вращению системы координат Х О у относительно детали в положительную или отрицательную стороны на угол до тех пор, пока на выходе анализатора со}5

20

ставл юща  е не обратитс  в нуль (табл. 2).

Из двух существующих положений системы Х О у , при которых е О

Из двух существующих положений системы Х О у , при которых е О,

одно  вл етс  устойчивым, а второе неустойчивым, от которого система регулировани  всегда стремитс  отойти в устойчивое состо ние.

При выполнении услови  U V U U , соответствующего условию е -0, с выхода 55 на схему И 38 поступает импульс разрешени  включени  коррекции, t как показано на фиг.2, составл юща 

Оу Е (по фазе и по модулю).

Модуль е у в элементе сравнени  41 сравниваетс  с заданной на него в 42 величиной технологического допуска Аол и в случае когда еу , на вход схемы И 38 поступает второй сигнал разрешени  на -включение коррекции, Момент подачи тактового импульса, поступающего с распределител  34 на вход схемы и 38, определен с учетом геометрических соотношений в механизмах так, что его поступление обеспечивает включение движени  корректирующего резца в противофазе с вектором эксцентриситета е. При условии совпадени  на схеме И 38 всех трех сигналов схема И замыкает электронный ключ 39 и через блок управлени  25 включает

привод 20 и 24 механизма коррекции. Длительность цикла коррекции контролируетс  таймером 31, по окончании цикла механизм возвращаетс  в исходное состо ние по сигналу датчика 23.

Claims (3)

1. Способ управлени  коррекцией эксцентриситета при расточке глубоких отверстий, заключающийс  в том, что вращают деталь и перемещают невращающуюс  расточную борштангу синхронно относительно вращени  детали и по результатам измерени  эксцентриситета во вращающейс  системе координат, синхронно св занной с вращением детали и полученного в виде проекций вектора эксцентриситета на оси этой системы координат, производ т коррекцию резца в направлении, противоположном

вектору эксцентриситета, отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности обработки , ввод т рассогласование во вращение системы координат относительно вращени  детали путем дополнительного вращени  системы координат до получени  одной из проекций вектора эксцентриситета, равной нулю.

2. Устройство управлени  коррекцией эксцентриситета при расточке глубоких отверстий, содержащее датчик скорости вращени  детали с формирователем импульсов, датчик эксцентриситета , блок автоматического управлени , анализатор, состо щий из последовательно соединенных распределител  тактовых импульсов задани  пределов интегрировани , интегрирующего анализатора сигнала датчика эксцентриситета, фильтров выходных сигналов, схемы сравнени  задани  на допуск с фактической величиной экс0

5

0

5

5

центриситета, к второму входу которой подключен блок задани  на допустимую величину эксцентриситета, электронный ключ пуска двигател  привода корректирующего резца, датчик исходного положени  двигател  привода коррекции и таймер, отличающеес  тем, что уст- ройство снабжено генератором ориентирующих импульсов с трем  выходами и двум  входами, логическим блоком синхронизации распределител  тактовых импульсов и схемой И, при этом один из входов генератора ориентирующих импульсов подключен к выходу одного из фильтров, а второй - к выходу распределител  тактовых импульсов , дв выхода - к логическому блоку синхронизации распределител  тактовых импульсов, а третий выход - к одному из входов схемы И, к двум другим входам которой подключены выходы схемы сравнени  и распределител  тактовых импульсов, а выход схемы И - к управл ющему входу электронного ключа пуска двигател  привода корректирующего резца, причем формирователь импульсов датчика скорости выполнен со смещенными по времени выходными импульсами.

3. Устройство по п,2, о т л и - чающеес  тем, что генератор ориентирующих импульсов снабжен двум  параллельно включенными операционными усилител ми и логической схемой, выходы которой  вл ютс  выходами генератора, а входы усилителей - входами генератора.

K/2 bx + К/ л ex U.

K/2 bx

K/2 bx - K/i;- -ex U K/T -ex

I

Примечание: где период вращени  детали; m - любое

целое число периодов; К - масштабный коэффициент; л - 3,14,..; bx - величина смещени  луча по оси ОХ в стационарн ой системе координат в плоскости фотоприем- ника; ех , еу - составл ющие вектора эксцентриситета по ос м системы координат X О У, вращающейс  синхронно с вращением детали; U, U - напр жение выходных сигналов.

Таблица 2

Поступают на узлы

K/2 bx

33

33

38

5 8 П 1г 7 2

.. J6

Т7УУ////Л / I I

7

X

Фцг.г

Фиг.

Редактор Н.Горват

Составитель В.Жиганов

Техред В.Кадар Корректор А. Ильин

Заказ 324/16Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4