Таким образом, созданная компьютерная модель цепного привода позволяет в полной мере симулировать динамические процессы, происхо- дящие в нем, и учитывая все параметры, влияющие на его работоспособность, подобрать оптимальные режимы работы, применяя детали из поли- мерных композитов. УДК 621.9.06-8 Список использованной литературы 1. Чиликин МГ. Теория автоматизированного электопривода / Чиликин М.Г., Ключев В.И,, Сандлер А.С. - М.: Энергия, 1982 616 с., ил. 2. Пилипенко О.И. Научные основы и синтез ценных передач. Дисс. докттехн.наук., ХПГУ, Харьков, 1996, 467с. В.М.Пестунов, каяд.техн.изук, проф., А.В.Лысенко, канд.техн.наук, Кировоградский национальный технический университет, г.Кировоград, Украина ЛОКАЛИЗОВАННЫЕ АДАПТИВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СТАНОЧНОЙ СИСТЕМЫ В статье рассмотрены локализованные в одной подсистеме (станка, зажимного приспо- собления или инструмента) технологической станочной системы адаптивные механизмы. Р еализация таких механизмов позволит в условиях гибкого переналаживаемого производства повысить точность обработки. Требования, выдвигаемые современной рыночной экономикой к производству сводятся к следующему: производить товары качественней, быстрее, больше, дешевле и новее. Удовлетворять этим требованиям промышленное производство может только повышая качество и производительность с одновременным снижением себестоимости произ- водства, что входит в противоречие с известными методами проектирования гибкого технологического оборудования. Таким образом, актуальна проблема создания технологического оборудования, разретаюнщето нротиворечивье требования современной экономики. Известно [1-3], что переменные параметры процесса обработки оказывают значительное влияние на ход технологического процесса и в конечном счете на качество выпускаемой продукции. Применение систем адаптивного (автоматичес- кого} управления позволяет снизить это влияние на 138 качество обработки [4, 5]. Поскольку одним из основных показателей качества металлообработки является точность, то и большинство известных систем автоматического регулирования связаны с точностью [6]. В свою очередь точность, как итоговый показатель процесса формообразования, характеризуется погрешностью обработки А, которую можно представить в векторной форме: A=i, tip, (1) где В - заданный размер обработки; № - фактический размер обработки, Результат обработки нс характеризуется только одним показателем. Однако подобное упрощение оправдано сложностью задачи обеспечения автоматического управления технологической станочной системой (ТСС) для осуществления заданной технологии. Обычно принимают один показатель качества обработки, который в значи- тельной степени решает задачу заланной технологии обработки. Рассматривая проблему, связанную с образо- ванием погрешности обработки в системе универсальной схемы обработки [7] необходимо отметить, что процесс обработки возможно представить как результат взаимо- действия в системе координат технологической станочной системы (ТСС} ХОТХ подсистем ХО, и ХУЙ, связанных соответственно с инструментом и заготовкой (рис. 1}. 2 Рис. 1 Универсальная схема обработки в системе координат ТСС Поскольку в системе координат ХО72 подсистемы инструмент и заготовка имеют по шесть степеней своболы, то и соответствующая погрешность их относительного положения может быть представлена как векторная сумма отклонений по соответствующим координатам. На практике такую сложную пространственную задачу определения погрешности решить трудно, тем более что нередко частные ее решения удовлетворяют требованиям технологии. Фактически получаемые координаты (Х›Уз7) размера обработки зависят от многих факторов, характеризующих ТСС, состоящей из следующих подсистем: станка, приспособления, инструмента, детали (заготовки). Каждая из причисленных подсистем состоит из собственных элементов (узлов, деталей), оказывающих влияние на процесс обработки. 139 Составляющие ТОС элементы деформируюсь под нагрузкой, дополнительно увеличивают техно- логическую погрешность обработки А„, которую с учетом этого можно представить в виде: п A. =f, —lp +> A, , ist где А;- упругая деформация {того элемента (2) ТСС, меняющая размер настройки, Для частичного или полного устране- ния погрешности обработки, вызванной уп- ругой деформацией, предлагается в техноло- гическую станочную систему включить элементы обратного изменения координаты процесса обработки под нагрузкой. С учетом таких элементов, погрешность обработки может быть представлена в виде: л т A, =T, Tp +24; - 26; з 1 i где б ; 7 элемент технологической системы (3) станка, уменьышающий размер настройки под нагрузкой. Из равенства (3) следует, что при A, = 0: т, + А = tp +205; - (4) Из равенства (4) следует, что для суще- ственного снижения погрешности обработки достаточно иметь хотя бы один элемент ТСС, который бы имед "отрицательную" жесткость [5] (т.е. элемент, который деформируясь под действием силы в направлении ее действия компенсирует упругую деформацию). Решить данную проблему можно конструктивными средствами. Задача состоит в том, чтобы создать механизм, который в процессе обработки под действием технологической нагрузки перемещал бы конечные элементы размерной цепи ТСС инструмент-заготовка в направлении образования размера обработки в сторону, обратную упругой деформации ТСС под действием этой же нагрузки на величину макси- мально приближенную к величине упругой деформапии ТСС. Локализация такого механизма в одной подсистеме ТСС (станке, зажимном приспособлении, инструменте) или узле (например, резцедержателе, ` суппорте, столе и тд. станка) позволит сделать их сменными и использовать в условиях гибкого переналаживаемого производства, характерного для современной промышленности. Решение поставленной задачи, применительно к токарной обработке, состоит в создании механизма, который бы под действием тангенпиальной составляющей силы резания Р, или осевой — P,, деформировал бы технологическую систему в направлении образования размера обработки (ось у) на величину упругой деформации ТСС под действием технологической нагрузки в направлении образования размера обработки {радиальной составляющей силы резания Р,) и встраивания этого механизма в одну определенную подсистему ТОС; станка (резцедержатель, рис. 2; направляю- щих, рис. 3, 4, 5); зажимного приспособления {рис. 6); инструмента, рис. 7, 8, 9. 24 Sh Ня NK a Z L % Рис. 2 Механизм резцедержателя, стабилизи- рующий положения инструмента \ К Рис. 3 Механизы, стабилизирующий поло- жение направляющих ТСС 1 - 4 } 4 S o s e a r s = = r Е Е — — = hn г y e OY Рис. 4 Механизм адаптивного управления упругой деформанией направляющих в функции технологической нагрузки 3 д = ; aa 1 У AY, Рис. 5 Механизм направляющих с системой автоматического регулирования зазора в функции технологической нагрузки аи en ME SS Рис. 6 Механизм зажимного приспособлением с автоматического управления усилием закрепления заготовки Конструктивные решения в подсистеме станка. На рис. 2 показана схема разомкнутой системы адаптивного управления размером статической настройки при токарной обработке. В процессе обработки заготовки 5 резном 7 вращение от электродвигателя | через передаточный механизм 2, механизм 3 с избыточной степенью свободы передается шнинделю 4 с заготовкой 5. Движение подачи осуществляется отдельным приводом. Механизм 3 кинематически связан с насосом 13, масло под давлением от которого подается в камеру 11. В камере 11 расположена мембрана 10, которая через винт 12 связана с кареткой 8 с резцом 7. Каретка на опорах качения установлена внутри суппорта 9, закрытого крышкой 6. Такое соединение обеслечивает изменение давления в полости 11 пропорционально техно- логической нагрузке. Это обеспечивает автомати- ческое управление величиной статической настройки технологической системы станка в направлении образования размера обработки, что повышает TOUHOCTE. На рис. 3 показана структурная схема автома- тического управления упругой деформацией направляющих в функции технологической нагрузки. От электродвигателя (№) через передаточный механизм (1) и дифференциальный механизм | движение передается исполнительному органу, осуществляющему процесс формообразования 6. (P), 5). Одновременно через гидравлическую связь механизм соединен с гидравлической полостью заполненной шариками 8 подвижной заправляющей 9. Подвижная направляющая 9 перемешается по неподвижной 10 и шарики 7 перекатываются по профильной ее дорожке. Датчик 5 контролирует упругую деформацию направляющих и с помощью сравнизающего 3, программного 4 и управляющего 2 устройств изменяет давление Р в полости шариков 8. Таким образом, осуществляется управление упругой деформацией в функции технологической нагрузки и повышение точности обработки. На рис, 4 показана разомкнутая схема адаптивного управления упругой деформацией направляющих в функции технологической нагрузки. На станине 1 (рис. 4, а} установлены стойки 2 с траверсой 3, по которой перемешается суппорт 4. На супаюрте 4 установлена шлифовальная бабка 5. На поворотном столе 6 закрепляются обраба- тываемые заготовки. 141 В процессе обработки от электродвигателя | (рис. 4, 6} через передаточный механизм 2, механизм 3 с избыточной степенью свободы вращение передается шпинделю 4 и насосу 6. Насос 6 с помощью дросселя 5 создает гидравли- ческое давление в камере 10 самоустанавливающейся опоры 11 планшайбы 12, опирающейся на станину 7. Камера 10 имеет уплотнения 8 и дроссели 9. Таким образом, обеспечивается автомати- ческосе управление величиной гидравлического давления в направляющих в функции техно- логической нагрузки. Это в свою очередь повышает точность обработки. На рис. 5 показана конструкция направляющих с автоматической системой регулирования зазора в функции технологической нагрузки. Суппорт 10 через планки 3-9, ролики 2-11, планки 1-12 опирается на станину 13. В полости суппорта 10 установлен электромагнит 6, составной магнито- провод которого 5-7 закреплен на суппорте и станине, В пропессе работы датчики 4-8 контролируют зазор в направляющих и с помощью сравнивающего 15, программного 14 и управляющего 16 устройств изменяют ток питания катушки электроматнитв 6, обеспечивая стабилизацию зазора и повышение точности. Конструктивные решения в подсистеме зажимного приспособления. На рис, 6 показана система автоматического управления усилием закрепления заготовки в функции контролируемого параметра процесса обработки. В качестве такого параметра процесса обработки принята частота вращения шпинделя. Известно, что с изменением частоты вращения шитинделя 9 меняется центробежная сила лепестков зажимной цанги 11. Это сила при взаимодействии с патроном 10 меняет силу закрепления тонкостенной заготовки 12. В то же время избыточная сила закрепления вызывает дополнительную деформацию заготовки, что снижает точность. Отсюда следует, что усилие закрепления заготовки |2 должно быть минимально-необходимым для сс удержания в процессе обработки не зависимо от частоты вращения. Такую коррекцию усилия закрепления обеспечивает система автоматического регулирования. От электродвигателя 5 через передаточный механизм 6 вращение получает шпиндель 9. Датчик 7 контролирует частоту вращения шцинделя и через сравнивающее 2, программное | и управляющее 3 устройства управляет двигателем 4, который через винтовую передачу 8 и тягу 13 изменяет усилие закрепления заготовки 12. Конструктиввые решения в подсистеме инструмента, На рис. 7 представлена схема инструмента для токарной обработки, с возможностью управления положением режущей пластины в функции составляющей силы резания Р, по направлению образования размера обработки. Рис. 7 Механизм токарного резиа с возможностью компенсации упругой деформации ТСС В корпусе | резца установленная ось 2 пластины 3. Ось 2 с пластиной 3 фиксируется в корпусе 1 втулкой 4 и гайками 5. Платина 3 изолирована от корпуса 1 резиновой прокладкой круглого сечения 6. Ось 2 с пластиной 3 соединена ¢ помощью квадратного отверстия, хвостовика 7 и 142 гайки и поджимается пружиной 8. Предварительное сжатие пружины 8 регулируется гайками 5. На оси расположен выступ, на котором нарезаны шлицы 9, которые с шлицами нарезанными в корпусе образуют несамотормозяшую винтовую передачу. В процессе обработки детали 10 состав- ляющие силы резания Р›, Рух и Р, вызывают упругую деформацию ТСС в направлении образования размера обработки. Для компенсации упругого смещения ТСС в пределах возможного изменения составляющей Ру в функции Р; пластина 3 установлена эксцентрично и закреплена на оси, которая является винтом несамо- тормозящей винтовой пары. Поэтому при увеличении силы резания происходит вертикальное смешение и поворот пластины 3. В результате ее режущая кромка смещается в направлении обрабатываемой поверхности, компенсируя упругое смещение техноло- гической системы в противоположном направлении, повышая таким образом точность обработки. Схема инструмента для токарной обра- ботки с механизмом компенсации упругого перемещения ТСС, представлена на рис. 8. А И R и | § 9 3 6 1 а $ 2 4 i CLM phan 24: р 72. РАЗ \ ПЕРРИ ACL EZ Рис. 8 Инструмент с адаптивно-управляемым положением режущей пластины В корпусе 1 на опорах 2 и 3 установлена ось 4 режущей пластины 5. Ось 4 жестко соединена с режущей пластиной 5 с помощью лыски. На оси 4 нарезаны зубья, которые с зубьями вала 7 образуют самотормозящую винтовую передачу. Ограничитель предварительного натяжения упругого поворота оси 4 содержит пластину 9, жестко соединенную с ограничивающим винтом 6, Предварительное натяжение режущей пластины 5 регулируется поворотом хвостовика 8. При обработке установленной на станке детали 11 составляющие силы резания Р», РхиР; вызывают разброс величины унругой деформации технологической системы станка в направлении образования размера обработки. Для компенсации упругого смещения техно- логической системы бв пределах возможного изменения составляющей Рув функции Ру пластина 5 установлена эксцентрично и закреплена на оси 7, которая кинематически связана посредством самотормозящей винтовой передачи с приводным валом 7, расположенном в корпусе 1. Поэтому при возрастании силы резания и ее составляющих происходит поворот режущей пластины 5 силой Рх, В результате ее режущая кромка смещается в направлении обрабатываемой поверхности на величину меньшую д что частично или полностью комленсирует смещение технологической системы в направлении размера обработки, и позволяет повысить точность обработки. На рис. 9 приведена схема инструмента для токарной обработки с автоматической однокон- турной системой управления положением верщины резца в функции технологической нагрузки. с Re Рис. 9 Резец с системой автоматического управления положением вершины 143 Резец состоит из корпуса 1, имеющего поперечный паз 2, в котором установлен датчик 3, например пьезоэлектрический, который измеряет величину радиальной (Ру) составляющей силы резания. В корпусе резца выполнен также поперечный паз 4, в котором установлен механизм малых пере- мещений, выполненный в виде пьезоэлемента 5, обеспечивающий поворот головки резца в плоскости действия составляющих усилий резания Р› и Ру, возникающих прн обработке детали 11, В продольном отверстии, выполненном в теле резца, находится регулировочный вияг 6, соединяющий головку резца 7 с корпусом 1. Система управления включает в себя задаюшее устройство 8, сравнивающее устройство 9, преобразователь 10 и механизм малых переме- щений 5 {пьезоэлемент). Неред началом обработки сравнивающее устройство 9 балансируется совместно с датчиком 3 и задающим устройством 8, а на ньезоэлемент 5 подается первичный сигнал от преобразова- теля 10. Значение составляющих сил резания Р.=Ру=0 и они не оказывают действия на датчик 3. Предварительное усилие Рь, регистри- руемое датчиком 3, регулируется с помощью регулировочного винта 6. В сравнивающее устройство поступают сигналы от действия исходной силы нагружения корпуса | резца Рисх=Рв и сигнал постоянной величины, выдаваемый задающим устройством 9 — Рз = А. В процессе обработки детали 11 возникают силы резания, в том числе Ру, которая действует на датчик 3, посылающий сигнал на сравнивающее устройство 9. Возникакущие силы резания (в том числе Ру) деформируют технологическую систему станка. Одновременно в сравнивающее устройство продолжает поступать сигнал от задающего устройства 8 (Р;=А). В том случае если, сила Ру и деформации технологической системы станка превышают допустимое значение, устанавливаемое с помощью задающего устройства 8, суммарное усилие на датчик 3 падает (Р; * Рисх ; Рх =Рь -Ру)и датчик через сравнивзющее устройство 9 посылает сигнал на преобразователь 19, который в свою очередь посылает сигнал на механизм малых перемещений пъезоэлемент 5, который путем увеличения размера А разворачивает головку инструмента 7 относительно упругого элемента М по радиусу К и производит компенсацию упругой деформации технологической системы станка и стабилизацию размера обработки. При включении механизма малых переме- нений 5 одновременно с увеличением размера ДА происходит увеличение силы Рь, до тех пор, лока суммарное усилие Бу, воздействующее на датчик 3, не становится равным исходному Pycy: (5) Если в процессе обработки детали 11, Py = Pa — Py =Рисх. значение силы резания изменится (увеличится или уменьшится), а соответственно измениться и значение составляющей силы резания Ру, а значит измениться и деформация технологической системы станка, то перестанет выполняться условие (1). Изменение усилия Р; зафиксирует датчик 3, сигнал с которого через сравнивающее устройство 9 и преобразователь 10 попадет в механизм малых перемещений 5, а он в свою очередь соответ- ственно (в сторону уменыпения или увеличения) начнет корректировать величину А, до тех пор, пока не будет выполняться условие (5). Таким образом, будет справедливо следующее выражение; Р; =Рь -Ру =с01%=А. (6) При этом происходит стабилизация упругой деформации технопогической системы станка {Ape = с00$), а это приводит к повышению точности обработки. Выводы: 1. Переменные параметры процесса обработки ведут к увеличению погрешности, и снижают точность. 2. На точность поверхности оказывают влияние преимушественно упругие 144 деформации ТСС в направлении образования размера обработки. Повысить ее, можно с помошью новых механизмов подсистем ТСС, которые под действием технологической нагрузки в направлении образования размера обработки компенсируют указанные погрешности. 3. Локализация такого механизма в одной подсистеме ТСС позволяет выполнить их сменными и использовать в условиях гибкого переналаживаемого производства. 4. Приведенные механизмы не охватывают всего спектра возможных решений, а лишь указывают направления даньнейшего их развития. Список использованной литературы Е. Ренетов ДН, Портман В.Т. Точность металлорежущих станков — М.: Мангиностроение, 1986. — 336 с. 2. Точность, надежность и производительность металлорежущих станков / Г.Д.Григорян, С.А.Зелинский, Г.А.Оборский. - К.: Технака, 1991. 221 с. 3. Юркевич В.В. Прогнозирование точности изготовления деталей // Техника маптиностроения. — 2000, № 4.- С. 46-52. 4. Петраков Ю.В. Теор!я автоматичного управлиння в металообробщ!: Навч. пос1бник ~ K.: ЗМН, 1999. - 212 с. 5. Медведев Д.Д. Автоматизированное управление процессом обработки резанием — М.: Машиностроение, 1980 г.- 143 с. 6. Невельсон М.С, Автоматическое управление точностью обработки на металлорежущих счанках. — Л: Мангиностроение, Ленингр. от-ние, 1982. — 184 с. 7. Пестунов В.М, Повышение точности обработки на станках. — Машиностроитель— 1999, - № 2-3.- С. 24-28.