Автоматическая стабилизация режимов точения и точности обработки

Под рабочими движениями станка понимаются движения резца и обрабатываемой детали в процессе ее точения. При сочетании рабочих движений режущая кромка резца перемещается по определенному закону относительно обрабатываемой детали, и вследствие этого придает ей требуемую точность, необходимую геометрическую форму, микрогеометрию и другие показатели качества обработки. Рабочие движения подразделяются на главные, вследствие которых происходит резание металла, и движение подачи, которые перемещают резец или обрабатываемую деталь для снятия нового слоя металла. Скорости главных приводов и приводов подачи непосредственно определяют как режимные, так и точностные характеристики процесса точения.

Любое отклонение скоростей рабочих движений токарного станка от заранее определенных значений под действием внутренних или внешних возмущающих воздействий приведет к соответствующему отклонению показателей качества обработки. Отсюда возникает необходимость автоматической стабилизации скоростей главных электро — и гидроприводов и приводов подачи, как один из путей стабилизации качественных показателей точения.

Стабилизации в токарном станке подвергаются следующие системы:

1. Система автоматической стабилизации скорости поперечной подачи.

Пусть суппорт поперечной подачи станка приводится в движение от электрического привода через механизм поперечной подачи типа ходовой винт — гайка с понижающим редуктором. Допустим, что коэффициент передачи МПП, определяется шагом ходового винта и коэффициентом передачи редуктора. Электрический привод состоит из приводного электродвигателя постоянного тока ЭД, управляемого преобразователя мощности УПМ, и усилителя сигнала электрического напряжения УО. Электродвигатель имеет отрицательную обратную связь по скорости с помощью тахогенератора ТГ (приложение 3). Т. е. электропривод поперечной подачи представляет собой замкнутую систему автоматической стабилизации скорости электродвигателя, построенную по принципу регулирования по отклонению.

— входное управляющее воздействие с микроконтроллера, с помощью которого устанавливаются различные уровни скоростей подачи. Так же на систему действуют два наиболее существенных возмущения. Одно из них — колебания момента сопротивления в механизме поперечной подачи станка, приводящие к изменению крутящего момента и силы тока в цепи якоря электродвигателя. Помехи нагрузки, т. е. сигнал от этого возмущающего воздействия, пропорционален силе тока якоря двигателя и эквивалентному сопротивлению якорной цепи двигателя и управляемого преобразователя мощности. Второе возмущающее воздействие — колебание напряжения в питающей сети.

Система стабилизации работает следующим образом. С контролера, в соответствии с режимом обработки, приходит программно заданный сигнал, несущий в себе информацию о скорости резания, оптимальной для данного режима резания. Этот сигнал усиливаясь посредством усилителя УО, поступает на управляемый преобразователь мощности (тиристорный преобразователь). После последнего электрический сигнал поступает на электродвигатель, преобразовывается в соответствующую частоту вращения вала электродвигателя. МПП преобразует вращательное движение вала электродвигателя в поступательное движение поперечной подачи. В процессе функционирования системы на нее действует комплекс возмущений, описанных выше. Данные помехи, изменяют скорость вращения электродвигателя. Что не допустимо для качественного изготовления деталей. Эти возмущающие воздействия снимаются с вращающегося вала электродвигателя, по средством ТГ и поступают совместно с сигналом с контролера, на сумматор, в котором формируется сигнал ошибки на выходе системы. Эта ошибка учитывается и система автоматически самостабилизируется.

— Система автоматической стабилизации скорости точения.

Стабилизация скорости резания повышает производительность токарных станков, а также позволяет улучшить качественные показатели деталей, обработанных на этих станках.

Для стабилизации скорости точения или, другими словами, для отработки алгоритма, необходимо по мере износа соответственно увеличивать по определённой зависимости линейную скорость шпинделя резца.

Функциональный преобразователь служит для формирования сигнала электрического напряжения, имитирующего гиперболическую функциональную зависимость между текущим диаметром шлифовального круга и угловой скоростью его вращения.

Остальные элементы системы нам известны. Поэтому сразу приступим к описанию работы схемы стабилизации. На вход системы с микроконтроллера поступает управляющий сигнал, характеризующий скорость резания, необходимую для данного технологического перехода процесса точения. Этот сигнал поступает в функциональный преобразователь, для преобразования сигнала износа резца в сигнал изменения скорости подачи резца. Данный сигнал усиливается усилителем У, поступает на управляемый преобразователь мощность, с которого поступает на электродвигатель, преобразующий сигнал напряжения в частоту вращения, которая посредством клиноременной передачи поступает на систему СПИД. Если происходит отклонение скорости, от заданной программно, из-за наличия возмущающих воздействий, то это отклонение фиксируется датчиком ДДШК и поступает на вход системы, где формируется сигнал ошибки. Который, пройдя через систему, стабилизирует ее.

3. Система автоматической стабилизации сил резания.

Среди всех классов и функциональных разновидностей систем автоматического управления технологическими процессами точения наибольшее распространение получили системы автоматической стабилизации сил резания. Эти системы используются как для автоматического управления режимами точения по так называемым алгоритмам управления смешанного типа, так и для управления формообразованием деталей.

Обычно системы стабилизации силы резания отождествляются с системами стабилизации упругих деформаций. Это отождествление исходит из того, что в большинстве случае силы резания измеряют по величине упругих деформаций в каких-то звеньях кинематической цепи системы станок — приспособление — инструмент — деталь. Поэтому большинство из существующих датчиков для измерения сил ДУ состоят из первичного механического преобразователя ПМП, преобразующего силу F в соответствующее упругое перемещение и вторичного электромагнитного преобразователя ВЭМП, преобразующего упругое линейное в соответствующий ему сигнал электрического напряжения.

Данная система стабилизации работает аналогично предыдущим. Задающий сигнал о силе резания приходит с микроконтроллера, на автоматическое устройство управления с которого попадает в систему СПИД. Если сила резания не соответствует заданной для данной операции, то датчик обратной связи ДУ фиксирует это и подает на вход системы соответствующий сигнал, который, сравниваясь с сигналом с микроконтроллера, вырабатывает сигнал ошибки, компенсирующий погрешность в силе резания.

В токарных станках помимо перечисленных систем существует еще множество различных систем стабилизации, как крупных, так и мелких, но влияние каждой из них на процесс обработки в целом велико. Выделим еще несколько систем. Все они по структуре функционирования сходны выше перечисленным, поэтому не будем подробно останавливаться на вопросе их детального функционирования, а просто перечислим их.

• — система автоматической стабилизации мощности, затрачиваемой на точение;
• — система автоматической стабилизации крутящего момента;
• — автоматическая стабилизация упругих деформаций системы станок — приспособление — инструмент — деталь;