SU806366A1

SU806366A1 - Method of controlling machine tool working precision

Info

Publication number: SU806366A1
Application number: SU792781945A
Authority: SU
Inventors: Владимир Александрович Остафьев; Вилор Лаврентьевич Заковоротный; Георгий Георгиевич Палагнюк; Виктор Степанович Антонюк; Сергей Петрович Выслоух; Анатолий Николаевич Ткаченко
Priority date: 1979-06-19
Filing date: 1979-06-19
Publication date: 1981-02-23

Description

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСЧ ЬЮ ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ(54) METHOD OF CONTROL OF ACCURACY BY HANDLING ON METAL CUTTING MACHINES

Изобретение относитс к металлообработке на токарных станказс и пред назначено дл определени состо ни системы СПИД, а также дл управлени точностью и контрол процессом обработки. Известно устройство дл адаптивного управлени токарным станком, в котором резцодержатель содержит датчик вибрации, выход которого подключен к усилителю, и исполнительный блок, а также параллельно подкгаоченные между j/силителем и исполнительHbJM блокомцепи, кажда из которых выполнена в виде последовательного соединени полосового фильтра и порогового ограничител 1. Такое устройство реализует способ наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату. Однако управление режимом работы станка осуществл етс только тогда, когда на одном из огр ничителей имеетс выходной сигнал, что значительно снижает точность управлени . Цель изобретени - повышение точности при механической обработке на металлорежущих станках. Цель достигаетс тем, что предлагаемым способом дополнительно измер ют сигнал виброакустической эмиссии , возникающей при обработке, выдел ют такую частотную составл ющую, на которой наблюдаетс минимальное отношение акустического сопротивлени между задней гранью инструмента и местом установки измерительного преобразовател виброакустической эмиссии к акустическим сопротивлени м между другими гран ми и этой же точкой, нормируют эту составл ющую по среднему уровню за период наблюдени , выдел ют ее огибающую, раскладывают в спектр, определ ют частоту максимального уровн и управл ют по девиации этой частоты законом изменени скорости подачи, как функции отжимающей составл ющей силы резани . Сущность изобретени базируетс на особенност х динамической характеристики упругой системы станка по отношению к процессу резани ,. Изменение жесткости при прочих неизменных услови х приводит к вариации собственных частот тех контуров системы станка по отношению к процессу резани , которые определ ютс деталью. Например, при работе на автоматиаиованном оборудовании при обработке еталей типа валов текущее з«ачение есткости измен етс при переходе от дной детали к другой в св зис нетабильностью работы зажимного устойства и других факторов,The invention relates to metalworking on lathes and is intended to determine the state of the AIDS system, as well as to control the accuracy and control the machining process. A device for adaptive control of a lathe is known, in which the cutter holder comprises a vibration sensor, the output of which is connected to an amplifier, and an execution unit, as well as paralleled between a j / amplifier and an HbJM performer, each of which is made as a serial connection of a bandpass filter and a threshold limiter 1. Such a device implements the method closest to that proposed by the technical nature and the achieved result. However, the mode of operation of the machine is controlled only when one of the limiters has an output signal, which significantly reduces the control accuracy. The purpose of the invention is to improve the accuracy of machining on machine tools. The goal is achieved by the fact that the proposed method additionally measures the vibroacoustic emission signal arising during processing, isolates such a frequency component at which a minimum acoustic resistance ratio is observed between the back edge of the instrument and the installation site of the vibroacoustic emission measuring transducer between the other edges mi and the same point, normalize this component by the average level during the observation period, single out its envelope, and lay it out KTP frequency determined maximum level and is controlled by varying the frequency deviation of the feeding speed law, as a function of the urging component cutting forces. The invention is based on the characteristics of the dynamic characteristics of the elastic system of the machine in relation to the cutting process,. The change in stiffness, other conditions remaining the same, leads to a variation in the natural frequencies of those contours of the machine system with respect to the cutting process, which are determined by the part. For example, when working on automated equipment, when processing etaly of a shaft type, the current strength changes during the transition from one piece to another due to the instability of the clamping device and other factors

В процессе обработки из сложной пространственной системы станка необходимо вьщелить лишь составл ющие в направлении основного формировани погрешности, т.е. необходимо определить изменение частоты колебательных контуров упругой системы станка по отношению к силам, действующим в отжимающем направлении. Такими силами вл ютс переменные составл к цие сил, действующих на заднюю грань инструмента . Дл вьаделени композиционных составл ющих движений, св занных с процессом обработки на задней грани инструмента, рассматриваетс св зь между силами, действующими на инструмент , с сигналом колебательных скоростей , измеренных, например, на свободнс л торце резцодержавки и наход т такие частотные диапазоны, где имеетс минимальное отношение акустического сопротивлени между задней гранью инструмента и точкой установки измерительного преобразовател виброакустической эмиссии к акустическим сопротивлени м между другими гран ми и этой же точкой. В упругой характеристике системы СПИД металлорежущего станка имеетс множество частот, обладающих такой избирательностью в направлении действи силы.During processing, it is necessary to select only the components in the direction of the main error formation, i.e., from the complex spatial system of the machine tool. it is necessary to determine the change in the frequency of the oscillating circuits of the elastic system of the machine with respect to the forces acting in the pressing direction. Such forces are the variable amounts of forces acting on the back face of the tool. To compose the compositional components of the movements associated with the machining process on the back face of the instrument, the relationship between the forces acting on the instrument is considered, the signal of the oscillating speeds measured, for example, at the free end of the cutter bar and find such frequency ranges where there is minimum ratio of acoustic impedance between the back face of the instrument and the point of installation of the vibroacoustic emission transducer to the acoustic impedances between the other faces the same point. In the elastic characteristic of the AIDS system of a metal-cutting machine, there are many frequencies that have such selectivity in the direction of the force.

На фиг. 1 изображен режущий инструмент; на фиг. 2- - зависимости сигнала виброакустической эмиссии на торце режущего инструмента от направлени возбуждени его режущей части (в - уровень сигнала, F - частотные составл ющие колебани упругой системы СПИД, М - напрар-пение возбуждени сигнала на режущей части инст1умента ); на фиг. 3 - блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ управлени точностью обра- ботки на металлорежущих станках.. Анализиру частотный состав амплитудной модул ции, опрздел нвдийс контактированием задней грани инструмента с деталью. Определ ют текущее значение жесткости детали, т.к. движение инструмента относительно детали осуществл етс в осчовном на собственных частотах упругой системы станка по отнс цению к процессу резани , а девиаци собственных частот определ ет текущее значение жесткости. Вьще ив из спектра акустической эмиссии , возникающей в процессе обработки , одну частоту, нормируют ее, детектируют , раскладывают в спектр ее Амплитудную модул цию и на основе слежени за девиацией частоты максимального уровн элого спектра управл ют законом изменени скорости подач от силы резани .FIG. 1 shows a cutting tool; in fig. 2- - the dependence of the vibroacoustic emission signal at the end of the cutting tool on the direction of excitation of its cutting part (C is the signal level, F is the frequency component of the oscillations of the elastic AIDS system, M is the direction of excitation of the signal on the cutting part of the tool); in fig. 3 is a block diagram of a device that implements the proposed method of controlling the machining accuracy on metal-cutting machines. Analyzing the frequency composition of amplitude modulation, determined the contacting of the back edge of the tool with the part. The current stiffness value of the part is determined, since the tool movement relative to the part is carried out in an oscillation mode at the natural frequencies of the elastic system of the machine in relation to the cutting process, and the deviation of the natural frequencies determines the current value of stiffness. From a spectrum of acoustic emission arising during processing one frequency, normalize it, detect it, spread its spectrum Amplitude modulation into the spectrum and control the law of variation of the feed rate from the cutting force on the basis of tracking the deviation of the frequency of the maximum level of the electric spectrum.

Сигнал, снимае1лый с резцодержавки с помощью датчика 1 (в качестве которого можно использовать вибропреобразователь ), установленного на торце резца, поступает в согласующий блок 2, оттуда на полосовой фильтр 3, настроенный на ту же гармонику, прохождение которой от задней грани резца до места установки преобразовател наилучшее .The signal removed from the cutter using sensor 1 (which can be used as a vibration transducer) installed on the edge of the tool enters the matching unit 2, and from there to the band-pass filter 3 tuned to the same harmonic, passing from the back edge of the tool to the installation site converter is the best.

Выделенна гармоника нормируетс по своему интегральному уровню с помощью усилител 4 с регулируемым коэффициентом усилени и интегратора 5 и поступает в детектор 6, где вьадел етс ее огибающа и подаетс на перестраиваемый полосовой фильтр 7, который перестраиваетс от генератора 8, в качестве которс го можно использовать генератор пилообразного напр жени .The selected harmonic is normalized by its integral level with the help of amplifier 4 with adjustable gain and integrator 5 and enters detector 6, where its envelope is implanted and fed to tunable band-pass filter 7, which is tuned from generator 8, which can be used as generator sawtooth voltage.

Вьиеление частоты наибольшего уровн и слежени за ее девиацией осуществл етс следующим образом: с блока 9 управлени поступает сигнал на открытие аналогового ключа 10, на включение аналогового запоминающего устройства 11 и на запуск генератора 8. Полосовой фильтр 7 начинает перестраиватьс , и сигнал с него через аналоговый ключ 10, блок 12 поиска экстремума поступает на аналоговое запоминающее устройство 11.The observation of the frequency of the highest level and tracking of its deviation is carried out as follows: from control unit 9, a signal is received to open the analog switch 10, to turn on the analog storage device 11 and to start the generator 8. The band-pass filter 7 begins to be tuned, and the signal from it through the analog key 10, the extremum search unit 12 is fed to an analog storage device 11.

Таким образом, после перестройки полосового фильтра 7 во всей полосе обзора на аналоговом запоминающем устройстве 11 будет зафиксирована амплитуда частоты максимального уровн . Затем блок 9 управлени вновь подает сигнал на запуск генератора 8 и на логический элемент 13, в качестве которого используетс элемент И, управл ющий аналоговым ключом 14. При перестройке полосового фильтра 7 в случае по влени на его выходе сигнала , равного по амплитуде сигнгшу, наход щемус в запсжинающем устройстве 11, блок 15 сравнени подает сигвал на логический элемент 13 и включает аналоговый ключ 14, который подает сигнал с генератора 8 в аналоговое запоминающее устройство 16. Так как напр жение на выходе генератора 8 однозначно св зано с частотой перестраиваемого фильтра 7, значение напр жени , наход щегос в аналоговой пам ти 16, соответствует значению частоты, имеющей максимальный уровень.Thus, after tuning the band-pass filter 7, the amplitude of the maximum level frequency will be fixed in the entire span of the analog storage device 11. Then the control unit 9 again sends a signal to start the generator 8 and to the logic element 13, for which the AND element controlling the analog switch 14 is used. When rebuilding the bandpass filter 7 in the event of a signal equal in amplitude to the signal output, shmus in the recording device 11, the comparison unit 15 supplies a signal to the logic element 13 and turns on the analog switch 14, which supplies the signal from the generator 8 to the analog storage device 16. Since the voltage at the output of the generator 8 is uniquely connected of a frequency of the tunable filter 7, the value of the voltage present in the analog memory 16, corresponds to frequency having the maximum level.

После этого блок 9 управлени вновь подает сигнал на запуск генератора 8, ключ 10 и аналоговую пам ть 11, в которой вновь запоминаетс амплитуда частоты максимального уровн . В следующий такт блоком 9 управлени подаетс сигнал на логический элемент 17, в качестве крторого используют элемент И,и на запуск генератора 8/и при совпадении амплитуды сигнала, поступающего с полосового фильтра 1, с амплитудой сигнала частоты максимального уровн наход щегос в аналоговой пам ти 11 блок 15 сравнени подает сигнал на логический элемент 17, который выдает сигнал на открытие аналогового ключа 18 и величина напр жени генератора 8 запоминаетс в аналоговом запоминающем устройстве 19. Последгние два такта посто нно повтор ютс и, таким образом, в аналоговой пам т 19 посто нно находитс величина напр жени генератора 8, соответствующа текущему значению частоты максимального уровн , На вход дифференциального усилител 20 поступает напр жение с блоков 16 и 19 пам ти, пропорциональные образцовому и текущему значени м час тоты максимального уровн , на его вы ходе получаем сигнал, пропорциональный девиации ЭТОЙ частоты, т.е. пропорциональный изменению текущего зна чени жесткости системы СПИД. Этот сигнал поступает/ в блок 21 управлени , где учитываетс его знак, и туда же подаетс сигнал с датчика 22 силы резани , представл ющий гобой измерительный преобразователь усилий Сравнива эти два сигнала, блок 21 управлени приводом 23 подач осуществл ет изменение подачи таким образом , чтобы отклонение силы к текуиему значению жесткости оставалось посто нным. Ввиду того, что в насто щее врем в станочном парке наход т все большее применение станки с числовым программным управлением, а также широкое использование новых мкогоопе .р ационных станков типа Обрабатывающий центр, на основе которых создаютс автоматические линии, возникает потребность в устройствах, которые могли бы управл ть точностью обрабох ки в процессе резани . Испольэование предлагаемого способа обеспечивает значительное првьлшение точности , быстродействи , стабильности иAfter this, control unit 9 again sends a signal to start generator 8, key 10 and analog memory 11, in which the maximum level frequency amplitude is again stored. In the next cycle, the control unit 9 sends a signal to the logic element 17, the element I is used as the generator, and to start the generator 8 / and when the amplitude of the signal from the band-pass filter 1 coincides with the amplitude of the signal of the maximum level frequency located in the analog memory 11, the comparator unit 15 supplies a signal to the logic element 17, which outputs a signal for opening the analog switch 18 and the voltage value of the generator 8 is stored in the analog storage device 19. The following two cycles are constantly repeated c and, thus, in the analogue memory 19 there is a constant voltage value of the generator 8 corresponding to the current value of the maximum level frequency. The input of the differential amplifier 20 receives the voltage from the memory blocks 16 and 19 proportional to the sample and current value m hour maximum level, on its course you get a signal proportional to the deviation of THIS frequency, i.e. proportional to the change in the current stiffness of the AIDS system. This signal enters / into control unit 21, where its sign is taken into account, and a signal from the cutting force sensor 22, representing an oboe force transducer, is supplied there. Comparing these two signals, feed control drive control unit 21 performs a feed change so that the force deviation to the current stiffness value remained constant. In view of the fact that numerically controlled machine tools are increasingly used in the machine park, as well as the widespread use of new machining centers of the Processing Center type, on the basis of which automated lines are being created, there is a need for devices that could to control the machining accuracy during the cutting process. The use of the proposed method provides a significant improvement in accuracy, speed, stability and

Claims

The reliability of the equipment is due to the current monitoring of the state of the AIDS system in the course of processing by means of the total frequency signal components. Most fully characterize the process of cutting and obtaining information about the actual stiffness of the AIDS system, the error of the workpiece and the final size of the workpiece. As a result, the accuracy of the control of the processing process is generally equal (diats 35-40%, and the productivity of the equipment and the accuracy of processing - by 4 times, which ultimately leads to a significant reduction in the cost of processing eax parts. Formula of the invention A method of controlling the accuracy of processing on the metal machine tools, which consist in changing the feed rate as a function of the pressing force of the cut and, characterized in that, in order to increase the accuracy of processing, the vibro-acoustic emission signal is additionally measured When processing, a frequency component is introduced, some of which have a minimal acoustic impedance ratio between the back edge of the instrument and the installation site of the vibroacoustic emission transducer to acoustic resistance between the elastic edges and this screw, normalize this component by the average level during the observation period, allocate its envelope, spread it out into the spectrum, determine the frequency of the maximum level and control, by the deviation of this frequency, the law of change of the feed rate. As a function of the urging component cutting forces. Sources of information, rintye taken into account in the examination 1. USSR author's certificate 429893, cl. On 23 May 25/06, 1970.