УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ

Техническое решение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при черновой и получистовой обработке на станках с ЧПУ.
Известно устройство для автоматического регулирования скорости подачи инструмента при механической обработке (А.С.2003121549, МПК B23Q 15/12, Бюл. №6 от 27.02.2005 г.), которое содержит схему автоматического управления силой резания и механизм малых перемещений инструмента, установленный на суппорт станка и выполненный в виде резцедержателя и связанных с резцедержателем гидроприводов малых перемещений, а схема автоматического управления выполнена в виде контура управления механизмом малых перемещений инструмента.
Устройство для управления металлорежущим станком (А.С.2058573, МПК G05B 13/02, 20.04.1996 г.), которое может быть использовано в токарных станках для оптимизации режимов резания, содержит задатчик и датчик силового параметра, сумматор, адаптивный регулятор силового параметра, электропривод подачи, кинематически связанный через редуктор и рабочий орган станка с процессом резания.
Данные устройства имеют недостатки:
- при работе устройств не учитывается изменение жесткости системы;
- устройства не позволяют повысить производительность токарных операций.
Наиболее близким техническим решением является устройство управления точностью обработки деталей на высокоточном оборудовании ЧПУ (А.С.2288808 МПК В23В 25/06, B23Q 15/12, Бюл. №34 от 10.12.2006 г.). Устройство включает блок усиления сигнала, исполнительные механизмы и резец. Для повышения точности обработки в реальном времени оно снабжено оптическим датчиком, аналого-цифровым преобразователем и компьютером для
сравнения с требуемым размером детали и определения суммарного значения возмущающих воздействий в произвольной точке, вход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, а выход подсоединен к входу блока усиления сигнала, выход которого подключен к входам исполнительных механизмов.
Недостатком данного устройства является низкая производительность токарной операции.
Предлагается устройство для токарной обработки с регулируемой подачей инструмента, позволяющее учитывать изменение жесткости заготовки при обработке ее на токарных станках.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности точения без потери виброустойчивости технологической системы станка и ухудшения показателей точности.
Сущность технического решения заключается в том, устройство для токарной обработки, датчик положения резца, преобразователь сигнала, блок усиления сигнала, исполнительный механизм, резец, дополнительно оснащается блоком расчета величины подачи, при этом выход преобразователя сигнала соединен с входом блока расчета величины подачи, а его выход соединен с входом блока усиления сигнала.
На фиг.1 представлена схема устройства для токарной обработки с регулируемой величиной подачи.
Устройство для токарной обработки заготовки 1 состоит из резца 2, на котором установлен датчик положения 3 резца, выход которого соединен со входом преобразователя сигнала 4, выход преобразователя сигнала 4 соединен с входом блока расчета величины подачи 5 резца, выход блока расчета величины подачи 5 резца соединен с входом блока усиления сигнала 6, выход которого соединен с входом исполнительного механизма 7.
Устройство работает следующим образом. Заготовку 1, имеющую диаметр d, устанавливают на токарном станке с вылетом l. При точении сигнал о положении х резца 2 относительно мест закрепления заготовки (патрона, центров) с датчика положения 3 резца поступает на вход преобразователя
сигнала 4, далее цифровой сигнал передают на блок расчета величины подачи 5 резца, откуда управляющий сигнал через блок усиления сигнала 6 передают на исполнительный механизм 7.
Данное устройство позволяет учитывать изменение фактической жесткости заготовки при точении. Жесткость С определяется как отношение составляющей усилия резания Р, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению у заготовки в том же направлении.
Величина у зависит от положения точки приложения нагрузки относительно опор обрабатываемой заготовки. При точении происходит непрерывное изменение положения инструмента относительно мест закрепления заготовки, соответственно меняется фактическая жесткость системы С(х).
Например, согласно положениям сопротивления материалов, при установке заготовки в трехкулачковом патроне жесткость меняется по закону
где Е - модуль упругости первого рода; J - осевой момент инерции поперечного сечения заготовки; l - вылет заготовки; х - расстояние от передней опоры (патрона) до точки приложения силы Р. При установке заготовки в центрах:
Аналогичные выкладки можно привести и для других схем закрепления заготовки.
Изменение фактической жесткости С(х) позволяет проводить обработку с переменными режимами резания. По мере приближения резца к опоре (месту закрепления заготовки) жесткость системы увеличивается, следовательно, обработку можно осуществлять на увеличенной подаче S.
mабл
S
где S - рекомендуемая нормативная величина подачи; k - коэффициент, учитывающий изменение жесткости подсистемы заготовка - резец.
На этапе проектирования токарной операции выбор подачи осуществляется с учетом жесткости заготовки.
S
Поэтому определение величин k проводится через равенство величин жесткости С для исследуемого d и приведенного D диаметра заготовки с последующим выбором величины подачи S, рекомендуемой для точения заготовок диаметра D.
S
S
Получена зависимость коэффициента увеличения подачи k от параметра dx/l при консольной установке заготовки: k=4,61-3,43 lg(dx/l).
S
S
Зависимость коэффициента увеличения подачи k от параметра  при установке заготовки в центрах: k=3,83-3,79 lg(dx/l).
s
S
Зависимость коэффициента увеличения подачи k от параметра  при установке заготовки в патроне станка с использованием люнета: k=4,46-3,62 lg(dx/l).
В блоке 5 устройства производится расчет величины подачи как функции параметров d, х,l: S=S(d, х, l) с последующей передачей сигнала через блок усиления сигнала 6 исполнительному механизму 7.
Предложенное устройство легко реализуется на моделях станков с ЧПУ, имеющих бесступенчатое регулирование скорости движения подачи.
Использование устройства для токарной обработки позволяет сократить машинное время обработки в 1,2...1,9 раза без ухудшения качества обработанной поверхности.