Обзор аналогов предлагаемого устройства.

Реферат

Содержание

Введение
Обработка металлов резанием на сегодняшний день является основным и самым универсальным способом, позволяющим обрабатывать поверхности деталей разных форм и размеров вследствие своейвысокой производительности и малой энергозатратности. Токарные станки наиболее распространены среди металлорежущего оборудования, так как до 80% деталей в машиностроении составляют тела вращения. 
На мировом рынке машиностроения непрерывно растет спрос на увеличение точности и производительности при механической обработке материалов, так как именно механическая обработка является одним из ключевых факторов, позволяющих развивать и внедрять новые технологические возможности в различных отраслях, например, в таких как медицина или точное приборостроение.
Разрабатываемое и уже используемое высокоскоростное оборудование позволило существенно увеличить качество обрабатываемой поверхности, выведя механическую обработку на новый уровень. Появилась возможность замены шлифования прецизионной обработкой деталей лезвийным инструментом, что, в свою очередь, позволило сократить длительность технологического процесса.
Наибольшее влияние на погрешности при ВСО оказывают износ инструмента и направляющих станка. Кроме заметного ухудшения качества обрабатываемой поверхности, данные факторы способны замедлить темпы производства. Всем известно, что направляющие, например, токарного станка, важнейшие элементы, несущие на себе суппорт с инструментом и обеспечивающие точность их перемещения. Их износ приводит к погрешностям из-за смещения инструмента в поперечном, а также в вертикальном направлениях. Это приводит к таким явлениям, как искривление профиля обрабатываемой детали, неравномерности распределения показателя шероховатости в направлении обработки. Ремонт направляющих не является самым простым и экономичным методом решения данной проблемы, он трудоемок и требует значительных финансовых и временных затрат, так же он не всегда может соответствовать требованиям высокоскоростной прецизионной обработки.
Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что задачей выпускной квалификационной работы являетсяразработка системы компенсации износа инструмента и направляющих металлорежущего станка способного повысить точности обработки по сравнению с существующими аналогами.


ГЛАВА 1. Обзор аналогов предлагаемого устройства
Высокоскоростная обработка резанием на сегодняшний день широко применяется в тех отраслях машиностроения где требуется повышенная точность обработки или в тех местах, где обработка привычными методами невозможна. При помощи ВСО, в частности, обрабатываются детали малых размеров, миниатюрные детали в медицине, в точном приборостроении и других отраслях, включая нанотехнологии. В этих и подобных отраслях от механической обработки требуется максимально возможная точность и поэтому появляется необходимость компенсировать погрешности, обусловленные износом инструмента. Так же большое влияние на точность готовой детали оказывает и износ направляющих станка. Сейчас уже существуют устройства для компенсации износа инструмента и направляющих, обеспечивающие корректировку положения вершины резца.
Существующие устройства компенсации износа режущего инструмента и направляющих
К устройствам-аналогам можно отнести устройство, приведенное в описании к авторскому свидетельству СССР №1440670, кл. В 23 Q 15/00, показанное на рисунках 1 и 2. Оно содержит датчик 1, анализирующий об окончании обработки каждой очередной детали (фотодатчик, установленный в станине станка и фиксирующий падение деталей в корыто станка); программируемый счетчик 2, соединенный в выходом датчика 1; привод 3 (шаговый электромеханический), который через передачу винт – гайка 4 соединен с щелевым пневмосоплом 5; копир – заслонку 6, выполненную в  виде профильной линейки и закрепленную неподвижно на станке вдоль направляющих 7; механизм компенсации износа 8, состоящий из пневмогидравлического преобразователя 9, связанного с резцедержателем 10, закрепленном на упругом параллелограмме 11 (внутри параллелограмма размещен гидроцилиндр 12 со штоком 13). Пневмосопло 5 закреплено на суппорте станка 14 с возможностью перемещения перпендикулярно направляющим 7. Суппорт 14 закреплен на станке с возможностью перемещения приводом подачи станка через ходовой винт (вал) 15 вдоль направляющих 7. Копир – заслонка 6 имеет профиль, копирующий в увеличенном масштабе погрешность, обусловленную износом направляющих 7.
Кроме перечисленного, устройство – аналог содержит так же еще один (второй) программируемый счетчик 16, вход которого соединен с выходом первого счетчика 2, а выход – с системой останова станка, входящей в систему его электроавтоматики 17.
Перед использованием системы в процессе её проектирования и изготовления вначале профилируют заслонку 6 и определяют, после обработки скольких деталей целесообразно подавать корректирующий сигнал на механизм 8. Профилирование заслонки производят следующим образом. Вначале, измеряя прямолинейность направляющих 7, определяют их отклонение от прямолинейности ?L=f(L) в горизонтальной плоскости на всей длине L направляющих. Затем вычисляют величину ?M=?S/?R??L, где ?S/?R–передаточное отношение тракта «сопло-заслонка» – резцедержатель (рис. 2). После этого изготовляют заслонку 6 шириной M+?M, гдеM – некоторая постоянная (20–30 мм). Далее зная радиальный износ режущего инструмента ?r, приходящийся на одну деталь, и допустимую погрешность обработки ?K, обусловленную износом инструмента, определяют величину [?K/?r]=A, где [?]– знак округления в меньшую сторону. Шаг винта в передаче винт – гайка 4 принимают равнымt=2?/???S/?R??K, где ?– дискретность привода 3. После этого, в процессе настройки системы в счетчик 2 вводят в двоичном коде число А, ограничивая тем самым его емкость, а привод 3 устанавливают в такое положение, когда сопло 5 перекрыто наполовину. В счетчик 16 вводят числоB=T/A, где T – стойкость инструмента, исчисляемая наибольшим числом деталей, которое может обработать инструмент. Это число, аналогичноAдля счетчика 2, ограничивает емкость счетчика 16.

Рисунок 1.Компоновочная схема системы компенсации износа элементов металлорежущего станка
(авторское свидетельство СССР №1440670, кл. В 23 Q 15/00)

Рисунок 2. Принципиальная схема системы компенсации износа элементов металлорежущего станка
(авторское свидетельство СССР №1440670, кл. В 23 Q 15/00)
Работа устройства при его эксплуатации происходит следующим образом. При обработке детали на станке суппорт 14 перемещается вдоль направляющей 7. Перекрытие отверстия сопла 5 изменяется во время движения суппорта на величину ?M. Указанное изменение вызывает соответствующее изменение ?P'давления P' в полости сопла и перемещение плунжера пневмогидравлического преобразователя 9. Цилиндр 12 и поршень13 смещаются друг относительно друга, деформируют упругий параллелограмм 11и вызывают перемещение резца на ?L. По окончании обработки детали последняя автоматически извлекается из зажимного приспособления станка и заменяется новой заготовкой (механизмы, выполняющие это, не показаны). Обработанная деталь падает вниз в корыто станка. Датчик 1 фиксирует окончание обработки детали и подает импульс в счетчик 2. Далее обрабатывается следующая деталь и все повторяется. Так происходит до момента переполнения первого счетчика 2. При переполнении счетчика он сбрасывается на ноль и на его выходе появляется сигнал, заставляющий привод 3 перемещения сопла повернуть винт на угол ? и переместить сопло 5 на величину?S/?R??K(один шаг). Перекрытие сопла увеличивается, давление P' возрастает, что ведет к дополнительному перемещению резца на ?K. В результате обработки (A+1)– ой детали будет производиться с коррекцией ?L+?K. Аналогично по следующему импульсу, поступившему на привод3 перемещения сопла после переполнения первого счетчика 2, произойдет следующее дополнительное перемещение резца на ?K и обработка (2A+1) – ой детали будет производить с коррекцией ?L+2?K. После того, как дополнительное перемещение резца на величину ?K будет произведено B раз ресурс инструмента будет исчерпан. Второй счетчик 16 переполнится и выдаст импульс на остановку станка в систему электроавтоматики станка 17.
Таким образом, в течение всего периода стойкости инструмента обработка деталей на станке производится с одновременной компенсацией погрешностей обработки, обусловленных износом инструмента и направляющих станка. 
Изобретение относится к автоматизации машиностроения и может быть использовано в металлорежущих станках различного назначения, в частности, в станках для обработки с повышенной точностью.
Следует, однако, отметить, что устройство – аналог имеет существенные недостатки. Первый из них – недостаточно высокая точность, что обусловлено колебаниями зазора между поверхностью заслонки и торцом сопла при перемещении сопла вдоль заслонки. Второй недостаток связан со сложностью перенастройки устройства при изменении износа направляющих. Для того, чтобы выполнить перенастройку нужно изготовить и установить новую заслонку, что трудоемко и требует больших затрат и времени.
	Более точным и легче переналаживаемым является, вместе с тем, устройство, защищенное авторским свидетельством СССР №1757848, кл. В 23 Q 15/00 показанное на рисунке 3. Оно включает в себя механизм компенсации погрешностей обработки 1, выполненный так же, как и в вышеописанном устройстве, и закрепленный на суппорте станка 2; датчик 3 (фотодатчик) контроля окончания обработки каждой очередной детали, устанавливаемый на станине станка и соединенный со входами первого программируемого счетчика импульсов 4; второй программируемый счетчик импульсов 5, вход которого связан с шиной переполнения первого счетчика 4, а выход через преобразователь код – напряжение 6 непосредственно соединен со вторым входом второго сумматора 7 и через пороговый элемент 8 – с сигнализатором предельного износа 9 инструмента (например, сигнальной лампой). Кроме того, устройство содержит импульсный датчик 10 перемещения (положения) суппорта 2 (он соединяется, например, с приводом 11 продольной подачи станка), блок 12 определения направления перемещения суппорта 2, вход которого соединен с выходом датчика 10; реверсивный регистр сдвига 13, шины правого и левого сдвига информации в котором связаны с выходами блока 12 через делители 14 и 15 частоты импульсов; усилители 16 с переменными (регулируемыми) коэффициентами усиления, рабочие входы которых соединены с выходами ячеек регистра 13, а выходы – через первый сумматор 17 с первым входом второго сумматора 7. Следует также отметить, что выход сумматора 7 через электропневматический преобразователь 18 связан с механизмом 1 компенсации погрешности обработки. Указанный преобразователь имеет общеизвестную конструкцию и представляет собой пневматический редуктор давления, питающийся от пневмосети и управляемый электромагнитным соленоидом (при увеличении или уменьшении напряжения на входе соленоида происходит аналогичное изменение давления на выходе редуктора). В качестве усилителей 16 с регулируемыми коэффициентами усиления используются типовые операционные усилители. В качестве блока определения направления перемещения суппорта 12 используется общеизвестная схема, описанная, например, в книге "Управление Электроприводами" (А.Б.Башарин и др.). Делители частоты, сумматоры, усилители и другие элементы построены аналогично описанным в книге "Справочник по средствам автоматики (Под ред. В.Э.Низэ и И.В.Антика. - М.: Энергоатомиздат, 1983).
В процессе проектирования устройства рассчитывают коэффициент деления делителей 14 и 15по формуле L/N?=М, где L - длина направляющих, погрешность которых компенсируется (обычно это продольные направляющие), N - число разрядов регистра 13, ? - дискретность датчика 10 перемещения (положения). При L, например, равном 1500 мм, N равном 150, ?= 0,01 мм (это типичные данные средних токарных станков), М получается равным 1000.
При использовании устройства вначале, производят его настройку. Для этого, зная радиальный износ режущего инструмента ?r, приходящийся на одну деталь, и допустимую погрешность обработки ?k, обусловленную износом инструмента, определяют величину[?k/?r]=A, где [•] – знак округления в меньшую сторону. В двоичном коде число А вводят в первый счетчик, ограничивая тем самым его емкость. Далее, по формуле B=I/A??U, где Т – стойкость инструмента, исчисляемая числом деталей, которое может обработать инструмент, а ?U – дискретность выходного сигнала преобразователя код-напряжение 6, рассчитывают необходимый порог срабатывания порогового элемента 8и настраивают его на этот порог. Затем определяют погрешность обработки, обусловленную износом направляющих по всей длине последних, и условно разбив направляющие по длине на отрезки величиной L/N, рассчитывают среднюю погрешность для каждого отрезка. После этого, пронумеровав отрезки и ячейки регистра 13 в одном направлении, например, справа налево, настраивают коэффициенты усиления усилителей 16, соединенных с ячейками регистра, так, чтобы коэффициент усиления всякого усилителя, соединенного с Д-ой ячейкой регистра, был пропорционален средней погрешности на Д-ом отрезке.

Рисунок 3. Схема устройства для управления процессом обработки на металлорежущем станке
(Авторское свидетельство СССР №1757848, кл. В 23 Q 15/00)

Перед началом обработки суппорт 2 устанавливают в исходное положение (крайнее правое), а в первую ячейку регистра вводят "единицу". Далее начинают обрабатывать деталь. В процессе обработки каждой детали суппорт 2 перемещается приводом 11 вдоль направляющих и синхронно с ним в регистре 13 сдвигается «единица». Если суппорт перемещается вправо, то импульсы, выдаваемые датчиком перемещения 10, блоком определения направления перемещения 12 направляются через делитель 14 на шину правого сдвига регистра 13. Если суппорт перемещается влево, то импульсы от датчика перемещения 10 блоком 12 направляются через делитель 15 на шину левого сдвига регистра. Сигнал «единица» с выхода регистра проходит через тот или иной усилитель 16, первый сумматор 17, и на первый вход второго сумматора 7 поступает напряжение, пропорциональное погрешности обработки, обусловленной износом направляющих именно на том их участке, где в данный момент находится суппорт. Проходя через второй сумматор, это напряжение в электропневматическом преобразователе 18 преобразуется в давление, которое, воздействуя на механизм компенсации погрешностей 1, заставляет его сместить режущий инструмент в направлении, перпендикулярном направляющим, на величину, равную погрешности обработки из-за износа направляющих на данном отрезке. Указанное происходит при обработке всех деталей. Вместе с тем, по окончании обработки каждой детали последняя извлекается из зажимного приспособления станка заменяется новой заготовкой (механизмы, выполняющие это, имеет общеизвестную конструкцию и на рисунке изобретения не показаны). Обработанная деталь падает вниз в корыто станка. Датчик 3 фиксирует окончание обработки детали, подает импульс в первый счетчик 4. Далее обрабатывается следующая деталь и все повторяется. Так происходит до переполнения счетчика 4. При переполнении счетчика 4 на его шине переполнения появляется импульс, поступающий на счетчик 5. На выходе счетчика 5 появляется двоичное число, характеризующее число серий обработанных деталей по А штук. Преобразователь 6 преобразует это число в напряжение, которое подается на второй вход сумматора 7 и добавляется к напряжению, поступающему от первого сумматора. Таким образом вводится поправка на износ режущего инструмента. Когда период стойкости Т инструмента будет исчерпан, произойдет сбрасывание порогового элемента 8 и на сигнализатор предельного износа инструмента 9 будет подан сигнал. Сигнализатор 9 срабатывает и либо информирует оператора о необходимости замены инструмента, либо заставит сработать механизм автоматической замены.
Из описания выше видно, что устройство обладает способностью компенсировать погрешности обработки, обусловленные износом инструмента и направляющих подобно устройству– аналогу рассмотренному в данной работе первым. Однако, оно не содержит пневматического элемента сопло – заслонка и колебания зазора между соплом и заслонкой на её точность не влияют. Это влечет за собой повышение точности устройства на 25–30%. Вместе с тем, устройство значительно проще и быстрее перенастраивается. Для его перенастройки нет необходимости изготавливать новый копир-заслонку и тратить время на её установку и выверку. Достаточно лишь изменить (перенастроить) коэффициенты усиления усилителей 16, порог срабатывания порогового элемента 8 и в счетчик 4 ввести другое число А.
Тем не менее, данное устройство так же не лишено недостатков. Главный из них – выход устройства из строя (неверная его работа – отказ) при сбое в работе датчика перемещения (положения) суппорта станка. Поскольку устройство работает с импульсным датчиком перемещения суппорта, и только с ним (с другими датчиками оно работать не может), то в результате воздействия, например, электрической помехи устройство перестает работать даже тогда, когда помеха уже исчезла. Из – за помехи на выходе датчика может потеряться импульс (или группа импульсов); положение «единицы» в регистре сдвига перестает соответствовать положению суппорта, и на первый сумматор и далее будет поступать ошибочный сигнал. Это означает, что данное устройство не имеет достаточной надежности.	
Более надежным является устройство, приведенное в описании к патентуРФ № 96518, кл. В 23 Q 15/00 показанное на рисунке 4. Оно включает в себя механизм компенсации погрешностей обработки 1, выполненный так же, как и в вышеописанном аналоге, и закрепленный на суппорте 2 станка; датчик 3 (фотодатчик) контроля окончания обработки каждой отдельной детали, устанавливаемый на станине станка и соединенный со входами первого программируемого счетчика импульсов 4; второй программируемый счетчик импульсов 5, вход которого связан с шиной переполнения первого счетчика 4, а выход через преобразователь код – напряжение 6 непосредственно соединен с вторым входом сумматора 7 и через пороговый элемент 8 – с сигнализатором предельного износа 9 инструмента (например, сигнальной лампой). Кроме того, устройство содержит датчик положения суппорта, выполненный в виде многооборотного потенциометра 10 (он соединен, например, с приводом 11 продольной подачи станка), и дешифратор 12, вход которого подключен к кодовому датчику положения 10, а выход соединен с входами программируемой логической матрицы 13. Выходы матрицы 13 соединены со входом дополнительного преобразователя код – напряжение 14, а выход этого преобразователя соединен с первым входом сумматора 7. Пороговый элемент и сумматор имеют общеизвестные конструкции, аналогичные описанным в книге «Справочник по средствам автоматики» (Под ред. В.Э. Низе и И.В. Антика. – М.: Энергоатомиздат, 1983). Следует также отметить, что выход сумматора 7 через электропневматический преобразователь 15 связан с механизмом 1. Указанный преобразователь имеет также общеизвестную конструкцию и представляет собой такой же, как в прототипе, пневматический редуктор давления, питающийся от пневмосети и управляемый электромагнитным соленоидом (при увеличении или уменьшении напряжения на входе соленоида происходит аналогичное изменения давления на выходе редуктора).

Рисунок 4. Схема устройства управления металлорежущим станком
(Патент РФ №96518, кл. В 23 Q 15/00)

При использовании устройства сначала производят его настройку. Для этого, зная радиальный износ режущего инструмента ?R, приходящийся на одну деталь, и допустимую погрешность обработки ?K,обусловленную износом инструмента, определяют величину[?K/?R]=А, где[?] – знак округления в меньшую сторону. В двоичном коде число А вводят в счетчик 4, ограничивая тем самым его емкость. Далее по формулеB=T/A??U, гдеT – стойкость инструмента, исчисляемая числом деталей, которое может обработать инструмент, а ?U – дискретность выходного сигнала преобразователя код – напряжение 6, рассчитывают необходимый порог срабатывания порогового элемента 8 и настраивают его на этот порог. Затем определяют погрешность обработки, обусловленную износом направляющих по всей длине последних, и, условно разбив направляющие по длине на отрезки величинойL/N, где L–длина направляющих, рассчитывают среднюю погрешность для каждого отрезка. После этого, пронумеровав отрезки, например, справа налево, программируют логическую матрицу 13, расставляя в каждом её столбце, например, штекеры в определенном порядке, это производится так, чтобы при появлении единицы наi–ом выходе дешифратора 12, на выходе матрицы появлялась кодовая комбинация, отображающая среднюю погрешность направляющих на i – том участке, а на выходе преобразователя 14 возникало соответствующее ей напряжение.
Работа устройства после его настройки происходит следующим образом. При перемещении суппорта 2 вдоль направляющих справа налево сигнал от кодового датчика положения 10 меняется, отображая текущее положение суппорта кодовыми комбинациями на выходе. Эти комбинации, поступая на дешифратор 12, декодируются в сигнал «единица», перемещающийся с одного выхода на другой так же справа налево. Когда на тот или иной вход матрицы 13 поступает «единица», на выходах матрицы появляется кодовая комбинация, запрограммированная штекерами в столбце матрицы, соединенным с этим входом. С выхода матрицы 13 кодовая комбинация поступает на преобразователь код – напряжение 14 и преобразуется в сигнал напряжения, соответствующий средней погрешности направляющих на участке, где находится суппорт. От преобразователя код – напряжение 14 сигнал поступает на сумматор 7, где складывается с сигналом, поступившим от преобразователя код – напряжение 6. Напряжение на выходе преобразователя 6 является результатом преобразования двоичного числа, формирующегося на выходе счетчика 5. Последний же отсчитывает циклы работы счетчика 4, который считает обработанные детали. Отсчитав число обработанных деталей, на которое запрограммирован счетчик 4, этот счетчик выдает импульс на счетчик 5, на выходе того число увеличивается на «единицу» и на выходе преобразователя 6 сигнал возрастает на ?U.Получившийся в результате сигнал В на выходе преобразователя 6 складывается в сумматоре 7 с сигналом, поступившим от 14. С выхода сумматора 7 сигнал поступает на преобразователь 15, а затем на механизм 1. Этот механизм компенсирует погрешность обработки очередной детали, вызванную износом инструмента на текущее время и износом направляющих в зоне текущего нахождения суппорта.
Таким образом, точность обработки на станке повышается так же, как и в рассмотренном выше аналоге. Вместе с тем, выполнение датчика положения в виде многооборотного потенциометра вместо датчика импульсов сделало устройство более надежным. Если электрическая помеха, действующая на устройство извне, исказит кодовую комбинацию на выходе потенциометра, то после ухода помехи устройство снова окажется работоспособным. Дальше оно продолжить работать правильно, в отличие от прототипа. Кроме того, данное устройство – аналог существенно проще по конструкции, чем прототип. Это также способствует повышению его надежности.
Устройство для управления обработкой на металлорежущем станке приведенное в описании к патенту РФ № 96518, кл. В 23 Q 15/00, показанное на рисунке 5, содержит механизм компенсации погрешностей 1 выполненный так же, как и предыдущих устройствах - аналогах, и закрепленный на суппорте 2 станка; датчик 3 (фотодатчик) контроля окончания обработки каждой отдельной детали, устанавливаемый на станине станка и соединенный с входом первого программируемого счетчика импульсов 4; второй программируемый счетчик импульсов 5, вход которого связан с шиной переполнения первого счетчика 4, а выход через преобразователь код – напряжение 6 непосредственно соединен со вторым входом сумматора 7 и через пороговый элемент 8 – с сигнализатором 9 предельного износа инструмента (например, сигнальной лампой). Кроме того, устройство содержит датчик положения суппорта, выполненный в виде многооборотного потенциометра 10 (он соединен, например, с приводом 11 продольной подачи станка), и преобразователь напряжение – распределительный код 12, вход которого подключен к потенциометру 10 (этот преобразователь состоит, в частности, из nнастраиваемый пороговых элементов 13, входы которых параллельно соединены со входом преобразователя, а выходы – с рабочими входамиn-1логических элементов запрета 14, управляющий вход каждогоi-го из которых связан с рабочим входом(i+1)-го, i=1, 2, …, n-1, а n–число выходов преобразователя). Выходы преобразователя 12 (ими являются входыn-1элементов запрета 14 и выходn-го порогового элемента 13) через усилители 15 с переменными (регулируемыми) коэффициентами усиления соединены со входами первого сумматора 16, а выход этого сумматора соединен с первым входом второго сумматора 7. Все пороговые элементы, элементы запрета, сумматоры и усилители имеют общеизвестные конструкции, аналогичные описанным в книге «Справочник по средствам автоматики» (Под ред. В.Э.Низе и И.В.Антика. – М.: Энергоатомиздат, 1983). Следует так же отметить, что выход сумматора 7 через электропневматический преобразователь 17 связан с механизмом 1. Указанный преобразователь имеет также общеизвестную конструкцию и представляет собой такой же, как на РИС ВЫШЕ, пневматический редуктор давления, питающийся от пневмосети и управляемый электромагнитным соленоидом (при увеличении или уменьшении напряжения на входе соленоида происходит аналогичное изменение давления на выходе редуктора).
При использовании устройства сначала производят его настройку. Для этого, зная радиальный износ режущего инструмента ?R, приходящийся на одну деталь, и допустимую погрешность обработки ?K,обусловленную износом инструмента, определяют величину[?K/?R]=А, где[?] – знак округления в меньшую сторону. В двоичном коде число А вводят в счетчик 4, ограничивая тем самым его емкость. Далее по формулеB=T/A??U, гдеT – стойкость инструмента, исчисляемая числом деталей, которое может обработать инструмент, а ?U – дискретность выходного сигнала преобразователя код – напряжение 6, рассчитывают необходимый порог срабатывания порогового элемента 8 и настраивают его на этот порог. Затем определяют погрешность обработки, обусловленную износом направляющих по всей длине последних, и, условно разбив направляющие по длине на отрезки величинойL/N, где L–длина направляющих, рассчитывают среднюю погрешность для каждого отрезка. После этого, пронумеровав отрезки и пороговые элементы 13 (соответственно и усилители 15) в одном направлении, например, слева направо, настраивают коэффициенты усиления усилителей 15 так, чтобы коэффициент усиления всякого усилителя, соединенного сi – выходом преобразователя 12, был пропорционален средней погрешности наi – ом отрезке. Далее настраивают пороговые элементы 13. Для этого вначале снимают характеристику потенциометра 10 какV=f(l), гдеl–текущее положение суппорта 2 на направляющих (0?l?L), аV –электрический сигнал (напряжение) на выходе потенциометра 10, являющийся функциейl. Затем в соответствии с границами отрезком, на которые условно была разбита вся длинаLнаправляющих, вычисляют значенияVдля всех границ отрезков и настраивают на эти значения пороговые элементы 13. Настройку ведут в порядке возрастания этих значений и номеров условно выделенных отрезков направляющих (это обусловлено тем, чтоV=f(l), как правило, функция монотонно возрастающая, а чаще всего даже линейная).

Рисунок 5. Схема устройства для управления обработкой на металлорежущем станке
(патентРФ № 96517, кл. В 23 Q 15/00)
Работа устройства после его настройки происходит следующим образом. При перемещении суппорта 2 вдоль направляющих слева направо сигнал от потенциометра 10 возрастает, отображая текущее положение суппорта величиной напряжения на выходе. При этом последовательно срабатывают 1 – ый; 1 –ый; 2 – ой; 1 – ый; 2 – ой; 3 – ий и т.д. (считая слева) пороговые элементы 13. Каждый последующий элемент 13 подает сигнал на управляющий вход предыдущего элемента запрета 14 и запирает его. Получается, что преобразователь 12 формирует сигнал «единица» всегда только на одном из своих выходов, и эта «единица» перемещается по входам вместе с перемещением суппорта. Проходя через соответствующий усилитель 15, сигнал «единица» умножается на число, соответствующее средней погрешности направляющих на участке, где находится суппорт, и через первый сумматор 16 поступает на второй сумматор 7, где складывается с сигналом, поступившим от преобразователя напряжение – код 6. Напряжение на выходе преобразователя 6 является результатом преобразования двоичного числа, формирующегося на выходе счетчика 5. Последний же отсчитывает циклы работы счетчика 4, который считает обработанные детали. Отсчитав число обработанных деталей, на которое запрограммирован счетчик 4, этот счетчик выдаст импульс на счетчик 5, на выходе того число увеличивается на «единицу» и на выходе преобразователя 6 сигнал возрастает на ?U. Получившийся в результате сигнал В на выходе преобразователя 6 и складывается в сумматоре 7 с сигналом, поступившим от 16. С выхода сумматора 7 сигнал поступает на преобразователь 17, а затем на механизм 1. Этот механизм компенсирует погрешность обработки очередной детали, вызванную износом инструмента на текущее время и износом направляющих в зоне текущего нахождения суппорта.
Данное устройство аналогично устройству, показанному на рисунке 4, повышает точность, как и устройство, показанное на рисунке 3, только содержит иную элементную базу. Вместо схемы шифратор – дешифратор данное устройство построено на преобразователе напряжение – распределительный код, что упрощает настройку устройства перед его работой, а, следовательно,и надежность. Выполнение датчика положения в виде многооборотного потенциометра вместо датчика импульсов сделало устройство более надежным. Если электрическая помеха, действующая на устройство извне, исказит кодовую комбинацию на выходе потенциометра, то после ухода помехи устройство снова окажется работоспособным. Дальше оно продолжить работать правильно, в отличие от прототипа. Кроме того, данное устройство – аналог существенно проще по конструкции, чем прототип. Это также способствует повышению его надежности.
Все приведенные выше устройства-аналоги имеют общий недостаток: они не имеют возможности производить компенсацию в вертикальном направлении (перпендикулярном основной плоскости резания). Данная необходимость обусловлена тем, что при износе направляющих вершина резца смещается не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном. Это означает, что устройства-аналоги компенсируют износ лишь частично.
Так же к аналогам относится, например, разработанное фирмой «Хидл» и описанное в книге «В.В. Кувшинский. автоматизация технологических процессов в машиностроении. М.: Машиностроение, 1972» на стр. 132-133. Оно содержит упорный винт, закрепленный на резцедержателе станка, и гидроцилиндр, поджимающий резец к торцу винта. Последний снабжен храповым механизмом, управляемым электрическими импульсами, подаваемыми извне. Ели при обработке на станке резец изнашивается на некоторую радиальную величину?_1 или происходит износ направляющих станка, который может быть приведен к радиальному износу резца и выражен как?_2, то, переместив резец в радиальном направлении с помощью храпового механизма на величину ?=?_1+?_2 путем подачи на этот механизм соответствующего числа импульсов, износ ? можно скомпенсировать. В результате повышается точность обработки деталей на станке. Вместе с тем, устройство – аналог имеет и недостатки. Первый из них – дискретное перемещение резца, которое происходит с погрешностью, не меньше, чем половина цены импульса (шага храповика). Вторая – перемещение резца только в радиальном направлении. Дело в том, что погрешность?_2 не вполне эквивалентна погрешности от износа направляющих станка. износ направляющих влечет за собой, как правило, смещение резца в плоскости, перпендикулярной радиальному износу резца. Поэтому, совершая компенсирующее перемещение резцу радиально, суммарную величину погрешности ? устройство-аналог компенсирует неточно.
Более совершенным, по сравнению с вышеописанным аналогом, является устройство компенсации износа, разработанное фирмой «Самсомэтик», рассмотренное в работе «Я.Л. Либерман, С.А. Тимашев. Состояние и перспективы развития средств контроля и диагностики в станках с ЧПУ. М.: ВНИИТЭМР, 1987» на стр. 28-29.
Устройство содержит упругий параллелограмм, состоящий из первой и второй пар попарно параллельных пластин. Первая пара пластин выполнена жесткой, а вторая упругой. Оно имеет основание, соединенное с первой пластиной первой пары, инструментодержатель (резцедержатель), закрепленный на второй пластине первой пары, и гидроцилиндр, состоящий из корпуса, соединенного с основанием, и поршня со штоком, выполненным с возможностью взаимодействия с одной из пластин второй пары.
При эксплуатации устройства резец устанавливают в инструментодержатель в плоскости, проходящей через ось обрабатываемой на станке детали. При износе резца и направляющих станка в гидроцилиднре давление жидкости изменяется внешним аналоговым сигналом, пропорциональным величине ?. Упругий параллелограмм деформируется, перемещая инструмент в радиальном направлении, тем самым компенсируя ?.
Достоинством устройства является то, что оно не имеет храпового механизма, и перемещение инструмента происходит без погрешности дискретности. Это обеспечивает более высокую точность обработки деталей на станке. Тем не менее, второй недостаток, присущий рассмотренному выше аналогу, у него устается. Для компенсации погрешности от износа направляющих её приходится приводить к радиальному износу инструмента, что не позволяет компенсировать износ полностью, так как инструмент смещается также в плоскости, перпендикулярной радиальной. Соответствующим образом точность обработки деталей на станке компенсируется частично.
Этих недостатков лишено устройство, приведенное в описании к патенту РФ № 171723, кл. В 23 Q 15/00, показанное на рисунке 6. Устройство содержит упругий параллелограмм 1, состоящий из первой и второй пар попарно параллельных пластин, из которых первая пара выполнена жесткой, а вторая упругой, основание 2, соединенное с первой пластиной 3 первой пары, инструментодержатель 4, закрепленный на второй пластине 5 первой пары, и первый гидроцилиндр, состоящий из первого корпуса 6, соединенного с основанием 2, и первого поршня со штоком 7, выполненным с возможностью взаимодействия с одной из пластин 8 второй пары. Кроме того, оно снабжено стойкой 9 и вторым гидроцилиндром, состоящим из второго корпуса 10 и поршня со штоком 11, основание выполнено поворотным, консольно закреплено на стойке 9 на упругой подвеске 12, корпус 10 второго гидроцилиндра соединен со стойкой 9, а его шток 11 выполнен с возможностью взаимодействия с незакрепленным концом основания 2.

Рисунок 6. Устройство для компенсации износа резца и направляющих металлорежущего станка
При использовании устройства резец А закрепляют в инструментодержателе 4, а стойку 9 устанавливают на направляющих станка с возможностью перемещения .......................