Система динамічної протифазної стабілізації процесу механообробки при точінні

Система динамічної протифазної стабілізації процесу механообробки при точінні, що містить чутливий віброакустичний п'єзодатчик для вимірювання механічних коливань, з'єднаний з оброб 3 41540 4 нуваний з смуговим фільтром 2 виділення рівня першої гармоніки цих коливань, вихід якого підключено до входу аналого-цифрового перетворювача (АЦП) 3, який має додатковий вхід опорного сигналу допустимого рівня коливань Gдоп, при цьому вихід АЦП підключено до входу процесора верстату - СЧПК 4, вихід з якого з'єднуваний з пристроєм реверсу 5 пошукової зміни швидкості обробки, вихід з котрого підключено до регулятора швидкості 6, вихід з якого іде на вхід до головного приводу токарного верстату 7, який зв'язаний з обробляючої системою 8. Для цього була розроблена пошукова екстремально-мінімізуюча автоматична система, яка представлена у вигляді функціональної параметричної блок-схеми контролю та управління динамікою обробляючої системи і якістю процесу механообробки (ПМО) на Фіг.2. Розглянемо принцип роботи такої системи згідно з Фіг.2, де датчик 1, стандартний п'єзоакселерометр, вимірює увесь спектр віброколивань обробляючої системи і передає його до смугового фільтру 2, який відділяє тільки першу гармоніку цих коливань і передає її до АЦП 3. Він зрівнює цей сигнал з додатковим опорним сигналом допустимого рівня коливань Gдоп і в разі їх збігу включає до роботи процесор 4 СЧПК. Він за допомогою відповідної, реверсивної, пошукової зміни величини швидкості спеціальним реверсом, в залежності від значення виділеної першої гармоніки, змінюють динамічний коливальний режим процесу різання металу ПМО 10 шляхом зміщення його частотного спектру в одну, або в іншу сторону за допомогою зміни оборотів шпинделя верстату робочим приводом, до створення протифазової протидії коливальному динамічному режиму ТОС 9 - її автоколиванням, та їх фізичного силового взаємоподавлення. Перший динамічний режим - це динаміка самого процесу різання, де завжди діє динамічна, системи у вигляді динамічних передавальних функцій в операторній формі за Лапласом. Перший - динамічний оператор пружної системи верстата WПСВ (D) , який визначається таким чином : dPp ( τ) 1/ C WПСВ (D) = = M 2 H dY( τ) D + D +1 C C де Y( τ ) - величина коливальних зміщень деталі відносно інструменту; М, Н, С - відповідно приведена маса верстату, його дисипативно - демпфіруючи властивості та його жорсткість; D - часовий оператор (D = d / dτ) . Другий - динамічний оператор процесу різання з урахуванням зміни глибини різання t, постійної часу стружкоутворення Тр та зносу інструменту hi, у тій же формі має вигляд: dPp ( τ) K p ( τ) Wp (D) = = + hi ( τ) d( t; Tp ; hi )( τ) TpD + 1 Kр коефіцієнт жорсткості різання (Kp ( τ) = Pp ( τ) / t( τ)). перемінна за часом сила різання [Pp ( τ)] , яка збуджує в пружної системі верстату (ПСВ), автоколивальний процес елементів верстату під впливом динамічних сил пружних коливань, які створюють вигляд WG (D) = загальний вектор таких сил [FдПСВ ( τ)] ,де τ - час обробки. Цю взаємодію двох динамічних режимів можливо представити у вигляді : [Pp ( τ) ↔ [FдПСВ( τ)] Як показали наші дослідження, фазовочастотні характеристики перемінної динамічної сили різання [Pp ( τ)] можливо змінювати швидкістю різання, і отже, фазового зрушення вектору цих динамічних сил різання [Pp ( τ)] відносно більш інертного загального вектору сил пружних коливань [FдПСВ ( τ)] , що дає змогу досягти їх певної силової протидії і взаємоподавлення. На схемі (Фіг.2) зображені два основних динамічних перетворюючих елемента обробляючої Третій - динамічний оператор формоутворення обробної поверхні деталі Wф(d), як передавальна функція, виражається формою dr( τ) Wф (D) = Д dY( τ) де r ( τ ) - перемінний за величиною по часу обробки радіус поверхні деталі при точінні у вигляді хвилястості. Оператор WG(D) - це динамічний оператор перетворення приймального вібродинамічного сигналу за величиною (±Y(τ)) віброакустичним датчиком у вигляді п'єзоакселерометра, який фіксує рівень віброакустичного фону GΣ ( τ) в ТОС і має dGΣ ( τ) dY( τ) Процесор верстата (система числового програмного керування - СЧПК) шляхом сканування пошукового рівня швидкості різання (± ∆V ) за допомогою пристрою реверса, де ∆V - пробні мали, дискретні зміни швидкості то в одну, або іншу сторону обертання шпинделя верстата, веде пошук необхідної швидкості V до знаходження протифазової - Ψ(τ) - взаємодії Pp ( τ) і F дПСВ ( τ) та їх повного силового взаємоподавлення і стабілізації обробляючої системи. Це особливо важливо при виникненні резонансних явищ, які завжди супроводжують механічну обробку точінням. Проведені робочі випробування такої пошукової АСУ по динамічної стабілізації верстату при обробці точінням на кафедрі виробництва приладів і приладобудівному заводі у м. Києві показали, що динамічна стійкість ТОС значно збільшується, зникають резонансні явища при механообробки, а точність деталей поліпшується у 2...3 рази. 5 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 41540 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601