РАБОЧИЙ ЦИКЛ ШЛИФОВАНИЯ И ЕГО АВТОМАТИЗАЦИЯ

Структура рабочего цикла и его основные закономерности.

Путь, который проходит при обработке шлифовальная бабка в направлении глубины резания, состоит из нескольких этапов: быстрого подвода круга до момента касания с обрабатываемой поверхностью, ускоренного врезания в металл; чернового и чи­стового шлифования.

Часть цикла, непосредственного связанную со съемом метал­ла, условно назовем рабочим циклом. Теория рабочего цикла изложена в литературе [20, 28].

Структура рабочего цикла схематично представлена на рис. 71. На участке ОА шлифовальный круг быстро перемещает-

Рис. 71. Структура рабочего цикла: у—отжатие; минутная поперечная подача; т — время; О А — подвод круга к обрабатываемой поверхности; АВ — этап врезания; ВС — этап установившегося съема металла; СД — этап выхаживания; I—врезание при постоянной поперечной подаче; 2—ускоренное врезание; 3—выхаживание без поперечной подачи; ^—выхаживание замедленное; 5—выхаживание уско­ренное

ся до момента касания с обрабатываемой деталью. На участке АВ происходит врезание круга. В силу ограниченной жесткости системы происходит ее отжатие, в связи с чем фактическая тол­щина снятого металла меньше[1] номинальной подачи. Нарастаю­щее отжатие увеличивает натяг в системе, а с его увеличением возрастает интенсивность съема металла. На этом этапе имеет

место неуетановившийся процесс. Для перехода от этапа вреза­ния к установившемуся процессу необходимо предварительно создать в системе натяг силой Ру, которой определяется интен­сивность съема металла. Последний этап цикла обычно осущест­вляется с малыми подачами или без подачи (выхаживание). Во время этого этапа уменьшается отжатие системы и снижается глубина іврезания отдельных зерен.

Закономерности этапа врезания. Назначение этапа — создать исходный натяг, соответствующий заданному режиму обработки. Различают: врезание с постоянной скоростью подачи на протя­жении цикла и ускоренное врезание, где подача при врезании больше в і раз подачи па последующем этапе. Возможно замед­ленное врезание, где врезание осуществляется в два приема.

Кривая нарастания отжатия технологической системы описы­вается показательной функцией, учитывающей основные влияю­щие факторы (жесткость системы, режущую способность круга, размеры обрабатываемой поверхности) и их изменение во времени.

Теоретическое исследование [28, 35] позволило расчетным пу­тем определить основные закономерности этапа врезания — на­растание отжатия, скорость съема металла, время на вре­зание и снимаемый при этом слой металла. Время на вре­зание прямо пропорционально площади поверхности обра­ботки и обратно пропорцио­нально жесткости системы и режущей способности круга.

Анализ показывает, что время врезания снижается с увеличением і (при ускорен­ном врезании). Однако при значениях і>4—5 дальнейшее снижение незначительно (рис.

72), что должно учитываться при проектировании механиз­мов подачи станка.

Если сравнить площадь, расположенную под кривой съема металла, со всей площадью тevtM, получим значение коэффи­циента полезного использования времени при врезании.

После того, как установился исходный натяг уо, устанавли­вается режим, при котором снимаемый слой становится примерно равным подаче за единицу времени. При периодическом осуще­ствлении подачи съем металла и мощность резания колеблются в некоторых пределах. Амплитуда таких волн возрастает с уве­личением подачи и с уменьшением исходного отжатия. С возрас­

танием жесткости системы. снижается плавность подачи. Уровень съема металла на этапе установившегося процесса зависит глав­ным образом от нормальной силы, прижимающей круг к обра­батываемой поверхности, от режущей способности круга и свойств обрабатываемого металла.

Закономерности этапа выхаживания [25]. В конце цикла при повышенных требованиях к точности и чистоте обработки обычно в системе снижают натяг. На практике находят применение три зида выхаживания (см. рис. 71): а) без подачи (кривая 5);

б) замедленное, когда подача меньше той, которая могла бы быть по созданному исходному натягу в системе (кривая 4);

в) ускоренное, когда. последний этап осуществляется при подаче, имеющей направление, обратное подаче на предшествующем эта­пе (кривая 5).

Слою металла при выхаживании Пвых соответствует площадь, заключенная под кривой изменения интенсивности съема ме­талла:

На этапе, предшествующем выхаживанию, отжатие в системе составляет у0, а к концу выхаживания отжатие уменьшается и доводится до k2-yo, где &2<1- Отсюда можно определить время на все виды выхаживания. Если отнести слой металла, снимае­мый при выхаживании П вых, к — перемещению с номинальной по — дачей за этот промежуток времени (/мтвЫх), то получим значение для коэффициента использования времени при выхаживании

Теоретическое исследование [25, 28] позволило расчетным пу­тем определить основные закономерности этапа выхаживания — изменение натяга системы и съема металла во времени, время на выхаживание и снимаемой при этом слой металла. Время на вы­хаживание прямо пропорционально. площади поверхности обра­ботки, логарифму отношения между исходной и конечной по­грешностями и обратно пропорционально жесткости системы и режущей способности круга.

Изменение размерного износа круга за период стойкости. При работе с преобладанием самозатачивания размерный износ про­исходит более или менее равномерно во времени. При работе с преобладанием притупления и. при смешанном процессе размер­ный износ за период стойкости колеблется в пределах 0,01—0,05 мм и происходит неравномерно, ‘Вначале быстрее, а по мере притупления замедляется. При работе с преобладанием притупления и при смешанном процессе предельная величина 124
размерного износа за период стойкости круга Но зависит от ре­жима обработки и может быть выражена

ц, = СгРпу = СгС%д.

Так как за период стойкости круга размерный износ происхо­дит неравномерно, то изменение размерного износа во времени может быть выражено

— = и0Кё~ Ят, dx

а текущее значение размерного .износа круга

и — Но (1 — <Г *") = С,02Ь (1 — е“ Ят),

где X — коэффициент, зависящий от характеристики круга, ре­жима. правки, свойств обрабатываемого металла и др.

При работе с преобладанием самозатачивания

du __ л лш

‘ — СгчЦ’д. ах

а текущее значение размерного износа круга

и =

где С2 — коэффициент, зависящий от характеристики и размеров круга, режима его правки, свойств обрабатываемого металла, размеров обрабатываемой поверхности и др.; т — показатель степени (по экспериментальным данным т~ 1,6—2,0).

Номинальную скорость перемещения шлифовальной бабки іном можно выразить

І НОМ — td — j — Uu Іуд,

где td — действительная скорость съема. металла; нм — скорость размерного износа круга; tVd — скорость упругой деформации.

Если принять в первом приближении

Уо = atd и нц = did,

получим

іном — td -f" dtd — j- a ——.

dx

Примем p=d^e, тогда

Іном — ід (1 P) — J — (X

После преобразования получим

kctH0M = td+Tc-^-,

dx

По аналогии с теорией автоматического регулирования можно. і а

записать kc= j р — коэффициент усиления системы, 7’с=~ ^ —

постоянная времени, характеризующая инерционность элемента.

Таким образом, если на входе системы имеет место непрерыв­ная постоянная механическая подача, то на выходе действитель­ная подача будет нарастать по экспоненциальному закону.

Для упрощения пренебрежем износом круга (р = 0), тогда уравнение звена будет

tflOM — U + Тс 4’* .

dx

Анализ этого выражения показывает, что постоянная времени Тс представляет собой время нарастания упругой деформации

до установившегося значения у0 под действием непрерывной механической подачи при отсутствии износа круга. Коэффициент усиления kc учитывает уменьшение установившегося значе­ния действительной подачи в резуль­тате износа шлифовального круга.

С изменением режима обработки изменяется также глубина прижога. В лаборатории ГПЗ-4 построена зави­симость пограничной поперечной по­дачи от текущей величины снимаемого слоя металла. Под пограничной попе­речной подачей понимается подача (при заданном припуске), при кото­рой получается прижог на величину всего припуска. Зависимость погра­ничной поперечной подачи от величи­ны припуска по данным лаборатории ГПЗ-4 приведена на рис. 73. Отсюда предлагается задавать закон измене­ния действительной поперечной пода­чи в зависимости от толщины остав­шегося слоя металла. На основе проведенного исследования да­ются рекомендации: последние 0,1—0,05 мм припуска (на сто­рону) снимать при действительной скорости съема металла, меньшей пограничной поперечной подачи.

Сравнение рабочих циклов шлифования. При механизмах поперечной подачи с линейным перемещением существуют раз — 126

чые варианты циклов шлифования. На рис. 74—78 номинальная скорость подачи показана штриховой линией, а фактическая ско­рость — сплошной линией. Слева изображена кривая скорости подачи в функции времени, оправа—путь шлифовальной бабки (накопленный съем металла) также в функции временя.

I вариант (рис. 74). Цикл состоит из врезания и выхажива­ния, при этом врезание осуществляется с постоянной скоростью

Рис. 74. Первый вариант рабочего цикла: а — изменение номинальной ■ действительной подачи во времени: б — изме­нение накопленного съема металла во времени

подачи. Бабка круга осуществляет равномерную поперечную по­дачу на участке /—2. В результате упругого отжатия и размер­ного износа круга на этапе врезания фактическая подача (сплош­ная линия 1—2′) отстает от номинальной (штриховая линия V—2"). Площадь 1—2’—2 характеризует накопленный съем ме­талла за время врезания. В точке 2 прекращается подача бабки круга. Подача на этапе выхаживания на отрезке времени 2—3 происходит вследствие упругих отжатий, созданных на этапе врезания. Площадь 2—2’—3’—3 характеризует. накопленный съем металла за время выхаживания. На рис. 75 показаны кри­вые нарастания накопленного съема металла за рабочий цикл. Тангенс угла наклона характеризует скорость съема металла — минутную поперечную подачу. Отрезки ординат между прямой 1—V и кривой 1—2′ характеризуют изменение отжатия во вре­мени. Отжатие системы в конце врезания характеризуется отрез­ком Ґ—2′. Кривая накопленного съема при выхаживании харак­теризуется линией 2’—3′. Первый вариант цикла дает большие потери при врезании из-за упругих отжатий. При автоматизации цикла по этому варианту значительно снижается производитель­ность станка по сравнению с ручной подачей.

II вариант (рис. 75). Цикл состоит из ускоренного врезания, этапа установившегося процесса и выхаживания без подачи. Бабка круга ускоренно подается на участке 1—2. Вследствие от­жатия и размерного износа круга на этапе ускоренного врезания

фактическая подача (сплошная линия /—2′) отстает от номи­нальной подачи (штриховая линия 5—5′). На участке 2—3 по­казан этап установившегося процесса. В точке 3 прекращается подача бабки круга. Площадь 1—2’—2 характеризует накоп­ленный съем металла за время ускоренного врезания. Площадь фигуры 2—2’—3’—3 характеризует накопленный съем металла за время установившегося процесса. Площадь 3—3’—4’—4 ха­рактеризует накопленный съем. металла за время выхаживания.

/

На рис. 75 показаны кривые нарастания накопленного съема за время цикла. Кривая 1—2′ соответствует накопленному съему. В точке 2 в системе создается исходный натяг и начинается этап установившегося процесса. На этом этапе накопленный съем металла выражается прямой 2’—3′. В точке 3 начинается выха­живание. На этом этапе съем металла характеризуется кривой 3’—4′. Преимущества такого варианта — сокращение времени при врезании. На станках, изготовленных по проекту СКБ-6 для автоматической линии по производству подшипников качения, врезание осуществляется при ускоренной поперечной подаче, в 3—5 раз превышающей подачу ,на последующем этапе обра­ботки.

III вариант (рис. 76). Цикл состоит из ускоренного врезания 1—2, этапа установившегося процесса 2—3 и ускоренного выха­живания 3—4. Для осуществления ускоренного выхаживания по окончании этапа установившегося процесса (точка 3) круг отво — 128

дится .на величину, меньшую исходного отжатия. На рис. 76 по­казаны кривые нарастания накопленного съема за время цикла. К преимуществам варианта можно отнести сокращение потерь времени вследствие ускоренного врезания и выхаживания. [2]

Рис. 76. Третий вариант рабочего цикла: а — изменение номинальной и действительной подачи во времени; б — изменение накопленного съема металла во времени

Vвариант (рис. 78). Цикл состоит из ускоренного врезания 1—2, этапа установившегося процесса при черновой подаче 2—3 и этапа чистовой подачи 3—4 со снижающейся скоростью. Вследствие упругого отжатия ‘последний этап характеризуется

tn, M/MUH

изменение номинальной и действитель — изменение номинальной и действитель­ности подачи во времени ной подачи во времени

замедленным выхаживанием при снижающейся скорости рабочей подачи. Одной из разновидностей такого варианта цикла являет­ся цикл, предложенный В. К. Ростовцевым, при котором ско­рость поперечной подачи изменяется пропорционально величине остающейся части припуска. При полном припуске поперечная подача будет наибольшей, затем, по мере уменьшения припуска, поперечная подача снижается. По данным ЭНИМСа в. станке фирмы «Movornatic» предусматривается механизм для осущест­вления цикла с подачей по затухающей кривой. Фирма «Чер­чилл» как при наружном, так и при внутреннем шлифовании ре­комендует цикл с переменной уменьшающейся скоростью попе­речной подачи (замедленное выхаживание) как на этапе черно — пуска. На основании исследования сделаны выводы:

За последнее время был выполнен ряд исследований для выявления оптимальных циклов шлифования и области их приме­нения. Е. С. Железнов [12] исследовал четыре варианта цикла: 1) черновая подача, чистовая подача, выхаживание; 2) чер­новая подача, выхаживание; 3) переменная номинальная пода­ча, пропорциональная величина остающейся части припуска; 4) действительная подача, изменяющаяся в зависимости от при­пуска. На основе исследования сделаны выводы:

а) при первом варианте время обработки и размеры колеб­лются в зависимости от жесткости системы; б) при втором ва-

рианте время обработки снижается в 1,64 раза, но велик разброс размеров и высоты шероховатостей; в) при третьем варианте время обработки еще снижается, но процесс неустойчив при ко­лебаниях жесткости системы и твердости круга.

о—снижающаяся подача на этапе чернового шлифования:
б—снижающаяся подача на этапе чистового шлифования

Наименьшее время и наиболее устойчивый. процесс был полу­чен, когда задавался закон ‘изменения действительной. подачи от припуска.

По данным Н. П. Лебединского на Горьковском автозаводе находят применение три основные схемы автоматизации рабо­чего цикла шлифования.

1. Шлифование до упора с выхаживанием по реле времени. Автоматизация поперечной подачи при этом ‘осуществляется с помощью гидродвигателя с микропереключателем ПМ1. Область применения—при невысоких требованиях к размерной точности.

2. Шлифование с выхаживанием до размера, ограниченного непосредственно установленным микропереключателем подачи. Применение этого метода затруднено из-за непостоянства шеро­ховатости поверхности.

3. Шлифование до упора с выхаживанием по реле и до раз­мера. Такой способ осуществляется с помощью двухпредельного электроконтактного датчика МП2. При этом обеспечивается по­вышенная размерная точность и стабильная шероховатость.

М. Бюисон проанализировал шесть вариантов циклов (рис. 80). В табл. 21 приведены основные показатели для раз­ных циклов: Д — рассеяние размеров, т0 — основное время, хв — время выхаживания, б — погрешности формы в зависимости от

Рис. 80. Сравнение вариантов циклов (по М. Бюиссону):

А — путь, проходимый бабкой круга; S — слой, снимаемый при шлифовании; F — упругое отжатие системы (заштрихованная зона характеризует рассеяние размеров с учетом разных припусков на предварительную обработку); е—погреш­ность обработки в результате износа круга и упора; /3—погрешность остановки бабки; %с —постоянное время; Хр—нзменяющееся время; 7—остановка бабки при работе до упора; 2— прекращение подачи бабки при достижении заданного раз­мера; 3~-достижение размера при заданном времени по реле; 4—команда при достижении заданного размера при наличии автоматической измерительной го­ловки; 5—возобновление микроподачн после выхаживания; 6—правка алмазным карандашом; 7—команда при достижении промежуточного размера при наличии автоматической измерительной головки

ш

Основные показатели для разных циклов Цикл Основные признаки Переменные величины 8 «в Р) *9 h Припуск f Износ круга 1 Подача f При работе до упора (кривая 1) Постоянное основное время т т ? А = = = *0 рк — =■— ів т = ? 6 При одно­командном автомати­ческом измеритель­ном приборе (кривые II, VI) Постоянный размер, основное время изменяется = = = А т т 1 и г т т ів ра 6 При двух — командиом автомати­ческом из­мерительном приборе (кривые III, IV, V) Постоянный размер, основное время мало ^изменяется = = = А т = і to 1 = J ів т = т 6 Примечание. В та для отдельных показателе няется, — мало измени А бл. й: етс* і о J J 6 ! A j A) j te 1 S J A 21 приняты следующие услов! — увеличение, і — уменьшени І. to j Ів j 6 ные обозна г, = — не чєния изме-

условий обработки, Я —припуск на обработку, и — износ круга и tM — минутная поперечная подача.

На рис. 81 приведены, по данным Ф. Мариака, кривые изме­нения отжатий системы в зависимости от времени при одинако­вых исходных и конечных погрешностях обработки и при разных циклах внутреннего шлифования. Штриховой линией показано шлифование с большим припуском, сплошной линией — с малым припуском. Сравнивались следующие циклы шлифования: 1 — врезание без выхаживания; 2 — врезание с малым выхажи­ванием, 3 — врезание с более продолжительным выхаживанием,

4 — врезание с последующей снижающейся скоростью подачи,

5 — предварительно созданный натяг с последующим выхажива-

ниєм. Из сравнения циклов следует, что при большем припуске на шлифование при одинаковых конечных погрешностях продол­жительность исправления исходных погрешностей за время цик­

ла меньше, чем при малом припуске. Это частично объясняется снижением режущей способности круга с уменьшением режимов и натягов. Цикл со снижающейся скоростью подачи по Ф. Ма — риаку дает наименьшее время.

Пути автоматизации рабочего цикла шлифования [29]. Труд­ностями автоматизации механизма подачи являются: малое вре­мя цикла (от 5 сек и выше); необходимость на протяжении цик­ла изменять режим обработки; необходимость регулировать ре­жим в зависимости от условий обработки. Вопрос осложняется тем, что осуществление плавных перемещений при малой скоро­сти и высокой точности отсечки с возможностью регулирования скорости представляет технические трудности. Автоматизация 134

рабочего цикла включает: а) автоматизацию быстрого подвода бабки; б) автоматизацию ускоренного врезания; в) автоматиза­цию рабочей подачи и регулирования режима обработки; г) авто­матизацию конечного этапа обработки.

Автоматизация быстрого подвода бабки. Расстояние между исходным положением круга и обрабатываемой поверхностью, особенно при автоматических загрузочных устройствах, во много раз превышает слой, подлежащий снятию при шлифовании. На этом этапе скорость перемещения может достигать 2000 мм/мин. Эксперименты показали, что с увеличением скорости перемеще­ния бабки возрастает ее смещение при подводе до упора (систе­матическая погрешность) и точность ее останова. При большом пути перемещения процесс подвода иногда проходит с двумя скоростями, причем в конце этапа скорость снижается до 170—200 мм/мин для уменьшения влияния инерционности систе­мы. Врезание в металл осуществляется при значительно мень­шей скорости подачи. По данным лаборатории формы «Цин­циннати» [56], в новых конструкциях шлифовальных станков по­следних лет применяют промежуточную скорость подачи между скоростью быстрого подвода круга и рабочей подачей. Назначе­ние такого промежуточного этапа ускоренного врезания — сокра­тить непроизводительные потери времени на создание натяга в системе. Переключение на врезание проводится по команде изме­рительного устройства, не доходя до обрабатываемой поверхно­сти (верхнего отклонения), на 0,03—0,05 мм либо при примене­нии малоинерционных датчиков для подачи команды. Механизм быстрого подвода шлифовальной бабки получил распространение в круглошлифоівальньїх станках, особенно при врезном шлифо­вании.

При автоматизации подвода круга к детали возникают не­производительные потери времени, которые зависят главным об­разом от неравномерности припуска. Неравномерность припуска и биение детали (иногда до 0,5 мм) затрудняют установление момента переключения с быстрого подвода на подачу при вре­зании и вынуждают производить переключение по максимальному размеру заготовки. Для устранения этих потерь необходимо устройство для определения момента касания круга с деталью. Применение этих устройств экономически оправдывается при большом рассеянии припусков, при пониженной точности оста­новки бабки и при малой скорости подачи при врезании.

Имеются различные устройства для определения момента ка­сания круга с обрабатываемой поверхностью. Так, например, в Алтайском научно-исследовательском институте технологии ма­шиностроения спроектировано и изготовлено для этой цели фото­реле касания ФРК1. Сигналом для срабатывания реле служит искра, возникающая в момент касания круга с обрабатываемой деталью. Инфракрасная составляющая спектра искры вооприни-

мается чувствительным элементом реле — фотосопротивлением типа ФСА. Сигнал фотосопротивления преобразуется и усили­вается электронной схемой реле, собранной на двух лампах (6Н1П, 6Н2П), и поступает на электромеханическое реле типа МКУ-48, которое управляет механизмом подачи. Время срабаты­вания ФРК1 составляет 0,001 сек, через 0,003 сек подается на­пряжение на электромагнит отвода, а через 0,08—0,1 сек начи­нается отвод бабки. На станках мод. ЗВ151А Харьковского стан­козавода переключение с форсированной подачи на черновую производится автоматически при помощи фотореле касания.

Автоматизация ускоренного врезания. При режимах черновой обработки величина отжатия составляет 25—60% слоя, снимае­мого при шлифовании. Основными вопросами автоматизации врезания являются установление оптимальной скорости подачи и создание устройства для переключения ускоренной подачи на рабочую. Для сокращения времени на создание исходного натяга необходимо увеличить поперечную подачу при врезании в і раз. При і>5 дальнейшее увеличение скорости подачи мало влияет на время врезания. Наблюдения показали, что опытные шлифов­щики работают на этапе врезания со скоростью 8—15 мм/мин и выше. Для сокращения внутрицикловых потерь времени при ускоренной подаче для создания натяга находят применение спе­циальные электрические устройства, действие которых основано на следующем: в момент начала шлифования и, следовательно, увеличения нагрузки на электродвигатель срабатывает реле мак­симального тока, которое подает команду на переключение ме­ханизма подачи шлифовальной бабки с ускоренного подвода на рабочую подачу. Чувствительность современных реле максималь­ного тока сравнительно высока и обеспечивает. переключение подачи в течение долей секунды. Имеются и другие конструк­ции. Устройство для переключения ускоренной подачи на рабо­чую при врезании на станке фирмы «Жендрон» (Франция) со­стоит из инерционной муфты, контролирующей крутящий момент на валу электродвигателя. Специальная кольцевая пружина пе­редаст крутящий момент с вала электродвигателя на шкив кли­ноременной передачи. Жесткость пружины рассчитана на пере­дачу мощности холостого хода. При соприкосновении круга с деталью происходит увеличение крутящего момента на валу электродвигателя, что приводит к повороту шкива (на некоторый угол относительно вала и к замыканию вмонтированного в шкив электроконтактного датчика, который подает команды на пере­ключения.

Автоматизация рабочей подачи и регулирования режима об­работки. Осуществление рабочей подачи возможно при заданной скорости перемещения либо при заданном давлении («ли мощ­ности шлифования). Следует учесть, что скорость перемещения и давление в большинства случаев должны быть переменными 136

на протяжении цикла. Следует также различать номинальное и действительное перемещение бабки (с учетом упругого отжа — тия и размерного износа круга).

На желобошлифовальном автомате мод. ЛЗ-40 Ленинград­ского станкозавода им. Ильича осуществлено управление цик­лом по действительной скорости съема металла, для чего при­менена электрическая система автоматического регулирования [12] конструкции канд. техн. наук Е. С. Железнова и В. Н. Ми — хелькевича. Проведенное во ВНИИПП исследование желобошли­фовального автомата мод. ЛЗ-40 с автоматическим регулирова­нием по заданному графику действительного. съема металла по­казало, что при автоматическом цикле достигается точность вы­полнения размеров ±20 лк и шероховатость в пределах у 8а. Действительная скорость подачи на этапе врезания и чернового шлифования выдерживается с погрешностью в 10%. На участке выхаживания прямолинейный закон изменения действительной скорости съема металла не выполняется, действительная ско­рость съема изменяется ступенчато. Эти колебания связаны с неплавностью малых перемещений. Эксперименты также показа­ли, что наличие зазоров в механизмах поперечных подач при реверсивном движении существенно влияют на точность автома­тического регулирования скорости съема припуска, особенно в системах малой жесткости. Поэтому такие системы должны оснащаться беззазорными винтовыми передачами.

В Московском станкоинструментальном институте модерни­зирован станок для шлифования при. постоянном давлении [51]. Отклонение радиальной силы от заданной величины оказывает регулирующее воздействие «а электродвигатель. Число оборотов детали изменяется до такой величины, яри которой действитель­ная радиальная сила достигает требуемой величины. В литера­туре имеются указания о целесообразности изменения давления при шлифовании за период стойкости круга для поддержания постоянства съема металла путем стабилизации режущей способ­ности круга. Работа с постоянным давлением может успешно осуществляться при поддержании постоянства режущей способ­ности круга, в ином случае время обработки отдельных деталей в партии колеблется из-за неравномерности припуска и измене­ния режущей способности круга.

На станке фирмы «Черчилл» мод. TW предусмотрено элек­тронное управление поперечной подачей для обеспечения шлифо­вания с заданной мощностью. На 1ГПЗ работают станки, режим которых определяется заданной мощностью. Исследования, про­веденные во ВНИИПП, станка мод. Л35, модернизированного на 1 ГПЗ с автоматическим регулированием по мощности, по­требляемой электродвигателем бабки круга, показали, что ко­лебания мощности при регулировании чернового режима проис­ходят толчками и находятся в пределах 50% и выше, а при чи —

стовом режиме потери холостого хода иногда превышают полез­ную мощность шлифования. Поэтому необходимо регулировать режим по полезной мощности электродвигателя круга, т. е. с автоматической компенсацией потерь холостого хода.

Для построения рационального автоматического цикла во многих случаях необходимо регулировать режим в зависимости от условий обработки. Необходимость регулирования вызывает­ся неравномерностью припуска отдельных деталей в партии, из­менением режущей способности круга и колебанием исходных погрешностей у отдельных деталей в партии. Квалифицирован­ный шлифовщик при работе с ручной подачей учитывает усло­вия обработки (быстро подводит круг до касания с деталью и создает натяг, учитывает погрешности заготовки, требования к точности обработки, величину припуска, появление прижогов и следит за их устранением, учитывает изменение режущей способ­ности круга и т. д.). При замене человека в осуществлении авто­матического цикла необходимо учесть все особенности процесса шлифования и предусмотреть устройства для регулирования ре­жима в зависимости от условий обработки. Время на исправление «сходных погрешностей мало зависит от величины припуска, по­этому с увеличением его можно работать в начале цикла на повы­шенном режиме, если отсутствуют ограничения по стойкости кру­га, мощности привода и др. С увеличением припуска квалифициро­ванные шлифовщики повышают режим обработки. Наблюдения показали, что отношение между минимальным и максимальным припуском на отдельных деталях в партии после предваритель­ной токарной обработки составляет 1 :3, а для тонкостенных и нежестких деталей после термической обработки в отдельных случаях доходит до 1 :4 и больше. По данным Горьковского автозавода припуски у деталей после предварительной токарной обработки колеблются в пределах 0,25—1,0 мм. При автомати­зации обработки деталей, имеющих большой разброс значений по припуску, целесообразно задавать режим в зависимости от фактического припуска. НИИТрсельхозмаш совместно с Мос­ковским автомеханическим институтом модернизировал станок для врезного шлифования, работающий по автоматическому цик­лу, где режим обработки задается в зависимости от фактиче­ского припуска. Управление автоматическим циклом осуществ­ляет прибор, который до начала шлифования измеряет деталь и в зависимости от фактического припуска задает режим.

Автоматизация конечного этапа обработки. Режим обработ­ки на конечном этапе цикла определяется требованиями к конеч­ной точности и шероховатости поверхности. Для улучшения ше­роховатости достаточно снять слой металла 0,02—0,03 мм. В ре­зультате снижения режима на последнем этапе цикла можно уменьшить шероховатость на два-четыре разряда. Автоматиза­ция выхаживания может быть осуществлена: а) по пути, когда 138

начало и конец выхаживания задаются измерительно-управляю — щим устройством; достоинством способа является минимальное рассеяние размеров, недостатком — рассеяние высоты шерохова­тостей; б) іпо времени, когда начало выхаживания задается из — мерительно-управляющим устройством, а время выхаживания — реле времени; достоинством способа является относительная про­стота устройства, недостатком — повышенное рассеяние раз­меров.

Время выхаживания для притупленного круга и сразу после правки различно. Затупленный круг дает больший, а острый — меньший размер. Это определяется различием в отжатии систе­мы. При автоматизации цикла для стабилизации шероховатости поверхности в механизмах поперечной подачи применяют элек­тромеханические устройства, ограничивающие максимальные упругие отжатия системы.

Автоматизация цикла шлифования на основе применения из — мерительно-управляющих устройств. При повышенных требова­ниях к размерной точности об­работки станки оснащают из — мерительно-управляющими ус­тройствами для активного воз­действия на основе измерения перемещения исполнительных органов станка. Для изме — рительно-управляющих уст­ройств (рис. 82) характерны­ми элементами являются из­мерительное устройство, пере­дающий механизм и исполни­тельный орган станка, испол­няющий команды измеритель­ного устройства механически­ми, гидравлическими, пневматическими или электрическими уст­ройствами.

При измерении до. начала обработки поступающие детали проверяют с целью отсортировки бракованных деталей с преды­дущей операции, рассортировывают детали по припуску и груп­пируют. Измерение в процессе обработки (рис. 82) позволяет следить за изменением размеров и при достижении заданного размера подать соответствующую команду. К достоинствам та­кого устройства можно отнести возможность автоматизировать цикл обработки, исключить влияние на точность обработки изно­са круга и тепловых и силовых деформаций станка и детали. При применении таких устройств точность обработки в основном за­висит от точности измерительного устройства, которая зависит от нагрева, попадания пыли и рабочей жидкости, вибраций, износа измерительных наконечников и др. Такие устройства ча-

сто выходят из строя и поэтому необходима систематическая нодналадка. Кроме того, устройства, измеряющие в процессе обработки, регистрируют случайные отклонения, в случае повто­рения которых необходимо подавать соответствующую команду для управления движениями станка. Следует также учесть за­труднительность в отдельных случаях размещения измеритель­ного устройства в зоне обработки.

Система измерений после обработки (рис. 83) находит при­менение для проверки годности обработанных деталей, для рас-

сортировки на размерные группы и для отделения дефектных де­талей, для подналадки — и компенсации размерного износа круга, для управления работой станка. Устройство для измерения после обработки обычно располагают вне рабочей зоны станка, поэто­му оно подвергается влиянию нагрева и вибрации, действию охлаждающей жидкости, кроме того, детали, проходящие изме­рительное устройство, успевают охладиться. Точность измерения чакими устройствами выше, чем измерения в зоне обработки. Достоинством таких устройств является возможность подналад — кн станка не по случайным отклонениям размеров детали, а по систематическим, свидетельствующим о смещении центра груп­пирования размеров деталей, т. е. об изменении настройки стан­ка. Основным недостатком послеоперационного измерения, даже при наличии обратной связи, является запаздывание контроля и возможность получения бракованных деталей.

При комбинированных измерительно-управляющих устрой­ствах одно устройство измеряет детали в процессе обработки и управляет автоматическим циклом, а другое — вынесенное из зоны температурных явлений, воздействия охлаждающей жидко­сти, абразивной пыли и др., реагирует на (нарушение (смещение) настройки станка, подналаживая первый измерительный при — 140

бор. Импульсы, подаваемые вторым прибором, поступают после прохождения подряд нескольких деталей, размеры которых вы­ходят за пределы размеров настройки или приближаются к ним. На рис. 84 показана такая комбинированная схема. По резуль­татам измерений устройства В происходит систематическая про­верка работы устройства А и его лодналадки.

Основным элементом измерительного устройства является датчик. Широкое применение электроконтактных датчиков объ­ясняется простотой преобразования измерительного импульса в исполнительный, невысокой стоимостью датчиков и их достаточ­ной производительностью (до 100 измерений в минуту), такие приборы несложны в эксплуатации, имеют простую настройку и большой диапазон измерений. К недостаткам электроконтакт­ных приборов относятся необходимость получения больших пере­даточных отношений механических устройств, расположенных в зоне обработки. Приборы находятся в рабочей зоне и частицы абразива попадают на направляющие измерительного стержня датчика и вызывают его ускоренный износ, попадание эмульсии вызывает. подгорание контакта и нарушение надежности и точно­сти его работы. Герметизация их затруднительна.

Малая инерционность электроконтактных датчиков способ­ствует подверженности их вибрациям. Вибрации системы увели­чивают. погрешность приборов. Для уменьшения подгорания и износа контактов таких датчиков стремятся к уменьшению вели­чины электрического тока, протекающего в контактах датчика при их замыкании и размыкании. Электронное реле при замыка­нии контактов получает от електроконтактного датчика сигналы малой мощности на сетки электронных ламп. Лампы управляют промежуточными реле, включенными в их анодную цепь, по­следние сообщают команды рабочим органам станка. При ис­пользовании современных схем достигаются величины токов на контактах, не превышающие 200—300 мка, и напряжения по­рядка 6—15 в. Для устранения рассеяния размеров вследствие эрозии электроконтактов предложена новая конструкция, в ко­торой контакты являются упругими и, независимо от износа, прижимаются с постоянной силой. Это повышает стабильность показаний измерительного устройства независимо от подгорания электроконтактов. К недостаткам таких приборов следует отне­сти отсутствие отсчетных шкал на приборе, что затрудняет его настройку и наблюдение в процессе работы. Электроконтактные приборы обычно обеспечивают получение ограниченного числа команд и потому не могут применяться для управления станком с более сложным циклом.

Системы с пневматическими датчиками имеют малую чув­ствительность к вибрациям, малый износ, малое измерительное давление (~50 г), устойчивость в работе, большое передаточное отношение (до 30000 раз), также относительную простоту осу­

ществления многоимпульсной системы, что позволяет их приме­нять при осуществлении сложных циклов. Пневмоконтактные системы более сложны и дороги. При их применении необходима тщательная очистка воздуха от влаги, масла и пыли, а также стабилизация давления воздуха. К числу недостатков метода относятся малый диапазон измерений (50 лк. при низких и 150 лк при высоких давлениях), чувствительность к попаданию пыли в измерительную щель, большое время срабатывания (до 0,3 сек) из-за инерционности системы.

Электроиндуктивные системы более сложны и дороги. К чис­лу преимуществ таких приборов относится высокая чувствитель­ность и точность измерений (до 0,25 лк), большая выходная мощность, хорошая линейность характеристики, высокая произ­водительность (до 700 измерений в минуту), возможность осуще­ствления непрерывного измерения и создания многокомандного устройства, нечувствительность к вибрациям и др.

Электроемкостные системы обладают высокой точностью, безынерционны, нечувствительны к изменениям температуры. К их недостаткам следует отнести сложность электрической схе­мы и высокую стоимость приборов.

Пневматические, индуктивные и электроемкостные приборы обладают рядом качеств, которые особенно важны в устройствах активного контроля. Основные их преимущества: возможность дистанционных измерений, отделение измерительного узла от отсчетного устройства, что позволяет вынести отсчетное и управ­ляющее устройство из рабочей зоны станка. Облегчается отсчет, приборы работают вне зоны шлифования, что обеспечивает зна­чительное повышение надежности их работы. Эти устройства обеспечивают высокие передаточные отношения приборов и воз­можность наблюдения за изменением измеряемой величины.

На стабильность работы измерительно-управляющих уст­ройств влияют износ измерительных губок, силовые деформации системы, запаздывание выполнения команд, тепловые явления, вибрации и др. Разница между припусками па шлифование у отдельных деталей, а тем самым и неодинаковое количество вы­деляющейся теплоты также оказывает влияние на точность обра­ботки. На получаемый размер влияет запаздывание команды в управляющем механизме. Это запаздывание в автоматическом цикле выражается временем между импульсом электроконтакт — ной головки и созданием давления в гидравлическом цилиндре для отвода суппорта. Запаздывание команды управляющего ме­ханизма является одной из причин повышенного рассеяния раз­меров. Исследование погрешностей, вносимых в результате за­паздывания механизмов включения станка как при работе упора, так и в результате импульса измерительно-управляющего уст­ройства, показали, что эта погрешность может считаться систе­матической и при максимальной скорости подачи и нагреве си — 142

стемы дать погрешность до 3 мк [86]. В станке, работающем до упора, на осциллограмме одновременно записывалось по шлей­фу 1 — момент контакта с упором, по шлейфу 2 — путь, прохо­димый шлифовальной бабкой, и по шлейфу 3 — выключение со­леноида (рис. 85). На станке, оснащенном измерителвно-управ-

I

г

3

6)

ляющим устройством, на осциллограмме записывается по шлей — фу / — момент контакта с ножкой измерительного устройства. Анализ осциллограмм показал среднее время запаздывания вы­ключения ±33 • 10~3 сек. Некоторое рассеяние показаний мо­жет быть объяснено также погрешностями формы детали, тепло­выми явлениями и загрязнениями.

По данным И. Пекленика [86], ошибка срабатывания меха­низма отвода круга изменяется во времени. После 5 ч работы станка время срабатывания механизма изменилось с 0,15 до 0,138 сек, что дает ошибку в 3 мк. По данным исследования В. Вольфрама, время срабатывания механизма равно 1,5 ■ 10-8, а время запаздывания выполнения команды 3,5- 10~3 сек. По­грешности, связанные с запаздыванием отключения на внутри — шлифовальном станке, колеблются в пределах 1,5—3 мк.

В Научно-исследовательском институте станков (ГДР) были проведены сравнительные испытания [67] измерительно-управ — ляющих устройств, качество работы которых в значительной сте­пени определяется точностью выполнения команд. Для отдельных контактов были получены следующие величины полей рассеяния: для предварительного контакта 7 мк, для окончательного кон­такта 0,9—1,2 мк.

Погрешности контакта зависят от неточности индикаторного прибора и износа наконечников. На точность работы управляю­щего устройства влияет время запаздывания команды, которое составляло:

при гидравлическом устройстве……… 0,385—0,745 сек

при электрическом устройстве………. 0,041—0,064 сек

при магнитном устройстве……………. 0,014 сек

при пневматическом устройстве…….. 0,08—0,3 сек

Время запаздывания срабатывания команды при гидравли­ческом устройстве зависит от температуры. Так, при температуре 35° С оно составляло 0,745 сек, а при 55° С — 0,385 сек.