DE3420142A1 - Method for the vibrostabilisation of workpiece dimensions and a device for carrying out the said method - Google Patents
Method for the vibrostabilisation of workpiece dimensions and a device for carrying out the said methodInfo
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Abstract
Description
BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Maschinenbau, genauer auf Verfahren zur Vibrostäbilisierung von Werkstückmaßen und Einrichtungen zur Burchführung derselben. DESCRIPTION The present invention relates to mechanical engineering, more precisely on processes for vibro stabilization of workpiece dimensions and equipment to carry out the same.
Die vorliegende Erfindung kann bei der Herstellung von Straßenbaumaschinen, Pressen, Werkzeugmaschinen und anderen ähnlichen Erzeugnissen Anwendung finden, wenn die Stabilisierung der Maße von großen Guß- bzw. Schweißteilen notwendig ist und nach wenig produktiven und energieintensiven Verfahren der natürlichen oder thermischen Alterung erfolgt. The present invention can be used in the manufacture of road construction machines, Presses, machine tools and other similar products are used, when it is necessary to stabilize the dimensions of large cast or welded parts and after less productive and energy-intensive processes the natural or thermal aging takes place.
Allgemein ist ein Verfahren zur Minderung von in den Werkstücken bestehenden Spannungen mittels Vibration bekannt, das einem Verfahren der Vibrostabilisierung von Werkstückmäßen identisch ist (siehe z.B. die US-PS Nr. 3622404, 1969, IPC C21D), bei dem die Vibrobehandlung der Werkstücke mit mehreren diskreten Frequenzen erfolgt, die der Resonanzerregung auf Eigenfrequenzen der einzelnen Teile des Werkstücks entsprechen. Während der Vibration bestimmt man Vibrobearbeitungsfrequenzen, bei denen eine größte Einwirkung auf den Spannungszustand des Werkstückmaterials durch Messen der Werkstückbeschleunigung mit Hilfe eines Beschleunigungsmessergebers gewährleistet wird. Die Spitsenzux:Lahme dieser Beschleunigung gilt als Resonanzmerkmal eines Werkstücksteils, dementsprechend erfolgt die Vibrobearbeitung mit Frequenzen, bei denen Spitzenzunahmen der Beschleunigung zu verzeichnen sind. General is a method of reducing in the workpieces existing stresses by means of vibration known, a method of vibration stabilization of workpiece dimensions is identical (see e.g. US-PS No. 3622404, 1969, IPC C21D), in which the vibro treatment of the workpieces takes place with several discrete frequencies, that of the resonance excitation at the natural frequencies of the individual parts of the workpiece correspond. During the vibration, vibration processing frequencies are determined at which have the greatest impact on the stress state of the workpiece material Measuring the workpiece acceleration with the help of an accelerometer is guaranteed will. The Spitsenzux: The latency of this acceleration is considered a resonance feature of a Part of the workpiece, the vibrating processing takes place accordingly with frequencies which have seen peaks in acceleration.
Die Kontrolle der Bearbeitungsergebnisse erfolgt nach der Veränderung der zu kontroLlierenden Beschleunigung und Antriebsleistung. Die Vibration dauert so lange an, bis die Amplitude der Beschleunigungsp1.t zenwerte zugenommen hat, die Frequenzbreite von Spitzen schmaler geworden und bis die vom Vibratormotor aufgenommene Leistung auf einen stabilen Stand abgefallen ist.The processing results are checked after the change the acceleration and drive power to be controlled. The vibration continues until the amplitude of the acceleration values has increased, the frequency width has become narrower from peaks and up to that picked up by the vibrator motor Performance has dropped to a stable level.
Allgemein bekannt ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Minderung von in den Werkstücken bestehenden Spannungen mit Hilfe einer Vibrations- behandlung (siehe z.b". die US-PS Nr, 3622404, 1969, IPC C21D), die, in reihe geschaltet, enthält: einen bekannten Unwuchtvibrator, der am Werkstück befestigt wird, einen regelbaren Gleichstrommotor (Antrieb mit geregelter Frequenz), eine Steuereinheit, einen Messer zum Messen von Schwingungsparametern von Werkstücken, der mit dem Werkstück kontaktiert, sowie elektronische Einrichtungen zur Unterßuchung des Signals vom Messer zum Messen von Schwingungsparametern von Werkstücken und Steuerung der Frequenz des regelbaren Gleichstrommotors. A device for carrying out the is also generally known Method for reducing the stresses existing in the workpieces with the help of a vibration treatment (see e.g. ". US-PS No. 3622404, 1969, IPC C21D), which, connected in series, contains: a well-known unbalance vibrator, which is attached to the workpiece, a controllable DC motor (drive with regulated frequency), a control unit, a meter for measuring vibration parameters of workpieces that come into contact with the workpiece, as well as electronic devices to study the signal from the knife to measure vibration parameters of Work pieces and control of the frequency of the adjustable DC motor.
Der Messer zum Messen von Schwingungsparametern von Werkstücken besitzt einen Beschleunigungsmessergeber und einen Motorstrommesser. The knife for measuring vibration parameters of workpieces has an accelerometer transducer and a motor ammeter.
Die Eigenfrequenzen der einzelnen Werkstückteiie liegen in den meisten Fällen viel höher als der in der Patentschrift erwähnte Frequenzbereich des Vibrators. Daher ist die Erregung der Resonanzschwingungen von einzelnen Werkstückteilen nur dank hochfrequenten Harmonischen möglich, die durch verschiedenartige nichtlineare Verzerrungen der zyklischen Außenkraft herbeigeführt werden. Hierbei ist die Amplitude der im Werkstückmaterial erzeugten zyklischen Spannungen sehr gering. Die Bearbeitung mit jeder der nach diesem Verfahren ermittelten Frequenzen wird nicht unbedingt von einer mikroplastischen Verformung des Mater ial8 begleitet, wo doch die Entstehung von plastischen Veränderungen eine unerlaßli¢he Bedingung für die Einwirkung der Vibrobearbeitung auf den Spannungszustand des Werkstückmaterials ist. Also garantiert die Vibrobearbeitung mit den nach dem Verfahren ermittelten Frequenzen keine effektive Änderung der Werkstückstabilität. Außerdem ist die Veränderung der Vibratormotorleistung bzw. des Vibratormotorstroms, die als Parameter anstehen, die die Veränderung von Restspannungen (Stabilität) bestimmen, die Folge einer Vielzahl von Ursaohen von denen die meisten mit irgendwelchen Charakteristiken des Materials des zu bearbeitenden Werkstücke nicht zusammenhängen. Insbesondere können Leistungsveränderungen wegen der Vibratorerwärmung, der Zustandsveränderung der Berührungsfläche an der Stoßstelle von Vibrator und Werkstück, wegen der Xnderung von Verlusten in den Motorwicklungen eintreten. Die Stromabnahmen können infolge von Ubergangsprozessen geschehen die bei der Drehzahlregelung eines Motors mit begrenzter Leistung entstehen. Außerdem werden Leistungsveränderungen durch Wanderung von Fremdatomen in das Kristallgitter und zuruck herbeigeführt. Die Leistungsveränderungen aus der letztgenannten Ursache wiederholen sich bei einer jeden fälligen Vibxobearbeitung ein und desselben Werkstücks nach einer kleinen Pause. Die bei diesem Verfahren zu verzeichnenden Stromabnahmen besitzen ebenfalls periodischen Charakter und wiederholen sich bei erneuten Werkstückvibrationen. The natural frequencies of the individual workpiece parts are in most of them Cases much higher than the frequency range of the vibrator mentioned in the patent. Therefore, the excitation of the resonance vibrations of individual workpiece parts only thanks to high-frequency harmonics that are created by various non-linear Distortions of the cyclical external force are brought about. Where is the amplitude the cyclical stresses generated in the workpiece material are very low. The editing with each of the frequencies determined by this method is not necessarily Accompanied by a microplastic deformation of the material8, where the formation of plastic changes an indispensable condition for the effect of the Vibro machining is on the state of tension of the workpiece material. So guaranteed the vibration processing with the frequencies determined according to the procedure is not effective Change in workpiece stability. In addition, there is the change in vibrator motor power or the vibrator motor current, which are pending parameters that determine the change in Residual stresses (stability) determine the consequence of a multitude of causes of most of which have some characteristics of the material to be processed Workpieces are not connected. In particular, changes in performance may be due to the vibrator heating, the change in state of the contact surface the Joint between vibrator and workpiece, due to the change in losses in the motor windings enter. The power consumption can happen as a result of transition processes when controlling the speed of a motor with limited power. aside from that changes in performance due to the migration of foreign atoms into the crystal lattice and brought back. The changes in performance from the latter cause repeat themselves with each due vibxo processing of one and the same workpiece after a little break. The current consumption to be recorded in this process also have a periodic character and repeat themselves when the workpiece vibrates again.
Also können die Veränderungen der Schwingungslei stung als objektives Merkmal für nichtuskehrbare Veränderungen des Spannuagszuætands des Werks tückmaterials nicht dienen. So the changes in vibration performance can be considered objective Feature for irreversible changes in the clamping condition of the workpiece material do not serve.
Veränderungen der Größe und Form von Spitzenbeschleunigungen, die im beschriebenen Verfahren als zusätzliches Kerkmal für Stabilitätsänderung empfohlen werden, charakterisieren Veränderungen der Dämpfungsfähigkeit des Werkstückmaterials. Jedoch erfolgen die Dämpfungsänderungen bei der Vibration unter Bedingungen von geringen zyklischen Spannungen ähnlich wie die vorbeschriebenen Leistungsveränderungen wegen einer Reihe von umkehrbaren Ursachen, haben zumeist einen zeitlich begrenzten Charakter und entsprechen nicht unumkehrbarenVeränderungen der Stabilität von Werkstückmaßen. Changes in the size and shape of peak accelerations that Recommended in the procedure described as an additional feature for a change in stability characterize changes in the damping capacity of the workpiece material. However, the damping changes in vibration occur under conditions of low cyclical voltages similar to the power changes described above due to a number of reversible causes, mostly of a temporary nature Character and do not correspond to irreversible changes in the stability of workpiece dimensions.
Die Information, die mit Hilfe des Beschleunigungsmessergebers gewonnen wird, entspricht der Werkstückbeschleunigung an der Befestigungsstelle des Gebers. Es ist nicht auzuschließen, daß die Befestigungsstelle mit den Knoten einiger wichtigen Schwingungsformen zusammenfällt, die aus diesem Grunde nicht zu ermitteln sind, wobei die Vibrobearbeitung mit den entsprechenden Frequenzen ausfällt, was zur Abnahme der Stabilisierungsgüte der Werkstückmaße führt. The information obtained with the help of the accelerometer corresponds to the workpiece acceleration at the attachment point of the encoder. It is not ruled out that the fastening point with the knots of some important ones Waveforms coincide which cannot be determined for this reason, whereby the vibro processing fails with the corresponding frequencies, which leads to a decrease the stabilization quality of the workpiece dimensions.
Weit bekannt ist ferner ein Verfahren zur Minderung von Restspannungen zwecke Erzielung einer erwünschten MaB-beständigkeit sowie eine Einrichtung zur Durchführung desselben (siehe z.B. die GB-PS Nr. 2088269A, 1980, IPC C21D), die das im vorstehenden beschriebene Verfahren und die Einrichtung zur Durchführung desselben nur geringfügig vervollkommnen. Dieses Verfahren beruht auf den Grundsätzen der Ermittlung von diskreten Vibrobearbeitungsfrequenzen und der Ergebniskontrolle, die den vorstehend beschriebenen Prinzipien ähnlich sind, aber zum Unterschied von dem vorerwähnten Verfahren schließt dieses Verfahren die Registrierung von gemessenen Parametern (Beschleunigung und Vibratormotorstrom) sowie den Vergleich von gewonnenen Oszillogrammen ein. A method of mitigation is also widely known from Residual stresses for the purpose of achieving a desired dimensional stability and a facility to carry out the same (see e.g. GB-PS No. 2088269A, 1980, IPC C21D), the the method described above and the facility to carry it out perfect it only slightly. This procedure is based on the principles the determination of discrete vibration processing frequencies and the control of results, which are similar to the principles described above, but different from In addition to the aforementioned method, this method includes the registration of measured Parameters (acceleration and vibrator motor current) as well as the comparison of obtained Oscillograms.
Die Anwendung eines Registriergeräts gestattet, die Genauigkeit der Frequenzermittlung zu erhöhen, Jedoch bleiben grundsätzliche, im vorstehenden beschriebene Nachteile auch bei diesem Verfahren erhalten, und außerdem läßt sich die Kontrolle nach den Veränderungsdiagrammen der registrierten Größen nicht normieren und kann nur von Fachleuten mit Ingenieurqualifikation ausgeführt werden. The use of a recorder allows the accuracy of the To increase frequency detection, however, the basic principles described in the above remain Disadvantages also obtained with this method, and moreover, the control according to the change diagrams of the registered variables and cannot can only be carried out by specialists with engineering qualifications.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vibrostabilisierung von Werkstückmaßen zu entwickeln und eine Einrichtung zur Durchführung desselben zu schaffen, bei denen die Ausführung der ;6'rmittlung der Vibrobearbeitungsfrequenzen und der Kontrolle der Vibrobearbeitungsergebnisse es ermöglichen würde, die Stabilisieruagxgüte der Werkstückmaße. zu erhöhen. The present invention is based on the object of a method to develop for the vibration stabilization of workpiece dimensions and a device for Implementation of the same, in which the execution of the; 6'Determination of Vibro processing frequencies and the control of the vibro processing results would enable the Stabilisieruagxgüte of the workpiece dimensions. to increase.
Dies wird dadurch erreicht, daß im Verfahren zur Vibrostabilisierung von WerkstüGkmaßen, das die während der Vibration erfolgende Bestimmung von diskreten Fregrenzen, bei denen die größte Einwirkung auf den Spsnnungszustand des Werkstückmaterials gewährleistet wird, eine Vibrobearbeitung von Werkstücken mit den ermittelten Frequenzen sowie eine Kontrolle der Vibrobearbeitwigsergebnisse mittels einer Analyse von Schwingungsparametern der Werkstücke . einschließt, erfindungsgemäß die während der Vibration erfolgende Bestimmung von disketen Frequenzen, bei denen eine größe Einwirkung auf den Spannungszustand des Werkstückmaterials gewährleistet wird, durch kontinuierliohes Messen von zwei Signalen, von denen das eine der Kraft proportional ist, die in der Berührungsebene von Werkstück und Vibrator wirkt, das andere aber dem Potential des dynamischen Elementes des diese Kraft erzeugenden Vibrators proportional ist, durch Ermittlung der Phasenverschiebungen zwischen den gemessenen Kraft und Potentialsignalen, Abtrennung der Wechselkomponente dieser Phasenverschiebungen, Ermittlung des Effektivwertes der Wechselkomponente dieser Phase versohiebungen vorgenommen wird, während die Vibrobearbeitung der Werkstücke mit solchen Frequenzen erfolgt,bei denen die Effektivwerte der Wechselkomponente der Phasenverschiebungen zwischen dem Kraft- und dem Potentialsignal maximal sind, wobei die Kontrolle der Vibrobearbeitungsergebnisse durch Ermittlung der Größe des Integrals der ESfektivwerte der Wechselkomponente der Phasenverschiebungen zwischen den gemessenen Kraft- und Potentialsigna len ausgeführt wird, das innerhalb des Veränderungsbereichs der Werkstückv ibrat ionsfrequenz genommen ist. This is achieved in that in the process for vibrostabilization of workpiece dimensions that allow the determination of discrete Fre limits at which the greatest effect on the stress state of the workpiece material Vibro processing of workpieces with the determined frequencies is guaranteed as well as a control of the vibration work results by means of an analysis of vibration parameters of the workpieces. includes, according to the invention, that which takes place during the vibration Determination of disket frequencies at which a greater impact on the State of tension of the workpiece material is ensured by continuously measuring two Signals, one of which is proportional to the force in the plane of contact of the workpiece and the vibrator acts, but the other has the potential of the dynamic Element of the vibrator generating this force is proportional by determination the phase shifts between the measured force and potential signals, separation the alternating component of these phase shifts, determination of the effective value the alternating component of this phase is shifted while the Vibro processing of the workpieces takes place with frequencies at which the effective values the alternating component of the phase shifts between the force and the potential signal are maximum, whereby the control of the vibration processing results by determination the size of the integral of the effective values of the alternating component of the phase shifts between the measured force and potential signals is executed within the change range of the workpiece vibration frequency is taken.
Zweokmäßigerweise erfolgt zur Erhöhung der Bestimmungsempfindlichkeit der Vibrationsfrequenzen die Abtrennung der Wechselkomponente der Phasenverschiebungen zwischen dem Kraft und dem Potentialsignal durch Messen von Momentanwerten von hochfrequenten Harmonischen im Spektrum der Kraft, die in der Berührungsebene von Werkstück und Vibrator wirkt, in konstanten Zeitaugenblicken einer jeden Veränderungsperiode des Potentials des dynamischen Elementes des Vibrators sowie durch Abtrennung der Wechselkomponente der gemessenen Werte. Two times this is done to increase the sensitivity of the determination of the vibration frequencies, the separation of the alternating components of the phase shifts between the force and the potential signal by measuring instantaneous values of high frequency Harmonics in the spectrum of force in the plane of contact between workpiece and Vibrator works in constant moments of each change period of the Potential of the dynamic element of the vibrator as well as by separating the alternating component of the measured values.
Zueokmaßigerweise erfolgt ferner zur Reduzierung des Ermittlungsfehlers der Vit>robearbe itungsfrequenzen die Messung der Momentanwerte der hochfrequenten Harmonischen im Spektrum der Kraft, die in der Berührungsebene von Werkstück und Vibrator wirkt, mit solchen Spektrumkompo nenten, deren Frequenzen die Vibrationsfrequenzen um das 2- bis lOfache übersteigen. In addition, it is increasingly used to reduce the determination error of the Vit> rob processing frequencies the measurement of the instantaneous values of the high-frequency Harmonics in the spectrum of force in the plane of contact between workpiece and Vibrator works with such spectrum components, the frequencies of which correspond to the vibration frequencies by 2 to 10 times.
Zweckmäßigerweise aollen zur Verringerung von Stö- rungen bei der Ermittlung der Vibrobearbeitungsfrequenzen und Erhöhung der Objektivibät der Schätzung der Stabilität der Werkstüokmaße bei der Ermittlung der Effektivwerte der Weohselkomponente der Phasenversohiebungen zwischen dem Kraft und dem Potentialsignal auch solche Wechselkomponenten der Phasenverschiebungen berücksichtigt werden, deren Frequenz im Bereich von 0,01 - 0,1 der Vibrationsfrequenz liegt, deren Amplitude aber den Rauschpegel übersteigt. Appropriately to reduce disturbances struggles in determining the vibration processing frequencies and increasing the objectivity the estimation of the stability of the workpiece dimensions when determining the effective values the offset component of the phase shifts between the force and the potential signal such alternating components of the phase shifts are also taken into account, their Frequency is in the range of 0.01-0.1 the vibration frequency, the amplitude of which but exceeds the noise level.
Zweckmäßigerweise wird zur Erhöhung der Genauigkeit der Kontrolle der Vibrobearbeitungsergenisse die Größe des Integrals der Effektivwerte der Wechselkomponenten der Phasenverschiebungen zwischen dem Kraft und dem Potentialsignal, die am zu bearbeitenden Werkstück gemessen werden, mit der Größe des innerhalb desselben Bereichs genommenen Integrals der Effektivwerte der Wechselkomponenten der Phasenverschiebungen zwischen dem Kraft-- und dem Potentialsignal verglichen, die am Werkstück gemessen werden, das stabile Bezugsmaße besitzt, und ausgehend von den Vergleichsergebnissen wird die Stabilität der Maße des zu bearbeitenden Werkstücks geschätzt. It is expedient to increase the accuracy of the control of the vibro processing results the size of the integral of the rms values of the alternating components of the phase shifts between the force and the potential signal, which is to be processed Workpiece can be measured with the size of that taken within the same area Integrals of the rms values of the alternating components of the phase shifts between the force and potential signals measured on the workpiece are compared, which has stable reference measures and will be based on the comparison results the stability of the dimensions of the workpiece to be machined is estimated.
Die gestelle Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Vibrostabilisierung von Werkstüokmaßen, die einen am Werkstück befestigten Vibrator, einen Antrieb mit regelbarer Frequenz, eine Steuereinheit sowie einen mit dem Werkstück kontaktierenden Messer zum Messen von Schwingungsparametern von Werkstücken enthält, die sämtlich miteinander in Reihe geschaltet sind, erfindungsgernäß als Messer zum Messen der Schwingungsparameter des Werkstücks ein Kraftgeber, der an der Berührungsstelle von Vibrator und Werkstück angeordnet ist und die wirkliche Kraft mißt, die in der Berührungsebene wirkt, sowie ein Geber dient, der das Potential des dynamischen Elementes des Vibrators mißt, wobei die Einrichtung einen Messer zum Messen von Phasenverschiebungen von Signalen, ein Tiefpaßbandfilter, einen Detektor der Wechselkomponenten der gemessenen Phasenversohiebungen von Signalen sowie einen Integrator, dessen Steuereingang mit der Steuereinheit verbunden ist, und Anzeigegeräte enthält, von denen das eine mit dem Detektorausgang, das andere aber mit dem Integratorausgang verbunden ist. The posed object is also achieved in that in the device to carry out the method for the vibrostabilization of workpiece dimensions that a vibrator attached to the workpiece, a drive with adjustable frequency, a control unit as well as a knife contacting the workpiece for measuring of vibration parameters of workpieces, all of which are in series with one another are connected, according to the invention as a knife for measuring the vibration parameters of the workpiece is a force transmitter that is located at the point of contact between the vibrator and the workpiece is arranged and measures the real force acting in the plane of contact, as well as a transmitter is used, which measures the potential of the dynamic element of the vibrator, wherein the device includes a meter for measuring phase shifts of signals, a low-pass band filter, a detector of the alternating components of the measured phase shifts of signals as well as an integrator whose Control input with the Control unit is connected, and contains display devices, one of which is connected to the Detector output, but the other is connected to the integrator output.
Zweckmäßigerweise ist zur Vereinfachung und Erhöhung der Bestimmungsempfindlichkeit der Vibrobearbeitungsfrequenzen der Messer zum Messen von Phasenverschiebungen von Signalen in Gestalt von in Reihe gesohalteten Anordnungen, und zwar eines Hochfrequenzfilters, dessen Eingang mit dem Ausgang des Kraftgebers verbunden ist, eines elektronisohen Schalters, dessen Steuereingang über einen Impulsformer mit dem Ausgang des Gebers verbunden ist, der das Potential des dynamisohen Elementes des Vibrators mißt, sowie einer Speichereinheit ausgeführt, deren Ausgang mit dem Eingang des Tiefpaßbandfilters verbunden ist. It is expedient to simplify and increase the determination sensitivity the vibrating frequencies of the knives for measuring phase shifts of Signals in the form of series-like arrangements, namely a high-frequency filter, whose input is connected to the output of the force transmitter, an electronic one Switch, the control input of which is connected to the output of the encoder via a pulse shaper which measures the potential of the dynamic element of the vibrator, as well as a memory unit, the output of which is connected to the input of the low-pass band filter connected is.
Zweckmäßigerueise ist zur Erzielung einer obektiven Schätzung der Stabilität derWerkstüokmaße ein Amplitudenbegrenzer vorgesehen, dessen Eingang an den Detektorausgang, dessen Ausgang aber an den Integratoreingang und an den Eingang des ersten Anzeigegeräts angeschlossen ist. It is expedient to obtain an objective estimate of the Stability derWerkstüokmaße an amplitude limiter is provided, the input of which is on the detector output, but its output to the integrator input and to the input of the first display device is connected.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung gestattet, Cwualitiät der Stabilisierung von Werkstücken zu erhöhen sowie die für die Vibrobehandlung von Werkstücken erforderliche Zeit zu vertürz2ns die Operationen der Kontrolle der Vibrobearbeitungsergebiiisse zu vereinfachen und die notwendige Qualifikation der Bedienungsperson herab zusetzen. The application of the present invention allows the quality of the To increase the stabilization of workpieces as well as those for the vibro treatment of Workpieces required time to shorten the operations of the control of the vibration machining results to simplify and reduce the necessary qualification of the operator.
Die vorliegende Erfindung wird im nachatehenden durch konkrete Ausführungsbeispiele derselben sowie anhand von beiliegenden Zeichnungen erläutert, es zeigt: Fig. 1 Blockschema der Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur Vibrostabilisierung von Werkstückmaßen gemaß' der Erfindung; Fig. 2 Blockschema einer Ausführungsforn des Messers zum Messen von Phasenverschiebungen von Signalen gemäß der Erfindung, Fig. 3 Zeitdiagramm der Signalumwandlung, gemaB der Erfindung. The present invention is hereinafter illustrated by concrete working examples the same as well as explained with reference to the accompanying drawings, it shows: FIG. 1 Block diagram of the device for carrying out the method for vibrostabilization of workpiece dimensions according to the invention; Fig. 2 block diagram of an embodiment of the knife for measuring phase shifts of signals according to the invention, Fig. 3 time diagram of the signal conversion, according to the Invention.
Das Verfahren zur Vibrostabilisierung von Werkstücks maßen besteht in folgendem. The method for vibrostabilization of workpiece dimensions exists in the following.
An einem auf elastischen Stützen 1 (Fig. 1) gelagerten llerkstück 2 wird ein Vibrator 3 befestigt. Während der Vibration werden diskrete Frequenzen ermittelt, bei denen die größte Einwirkung auf den Spannungszustand des Materials des Werkstücks 2 gewährleistet wird. Während der Vibration werden zwei Signale kontinuierlich gemessen, von denen das eine dem tatsächlichen Betrag der zyklischen Kraft proportional ist, die in der Berührungsebene des Vibrators 3 mit dem Werkstück 2 wirkt, während das andere dem Potential des (in der Zeichnung nicht abgebildeten) dynamischen Elementes des Vibrators 3 proportional ist, das diese Kraft erzeugt. Wenn die zyklische Kraft von einer rotierenden unausgewuchteten Masse erzeugt wird, so wird das Potential der Masse (des dynamischen Elementes) durch deren Winkelkoordinate in bezug auf die Richtung der zu messenden Kraft bestimmt. Bei der Anwendung von Vibratoren 3 des elektromagnetischen Typs wird das Potentialsignal in einem jeden, jeweils genommenen Zeitaugenblick durch die Potentialdifferenz an der Spule des (in der Zeichnung nicht abgebildeten) Elektromagneten bestimmt. On one on elastic supports 1 (Fig. 1) mounted llerkstück 2 a vibrator 3 is attached. During the vibration there are discrete frequencies determined where the greatest effect on the stress state of the material of the workpiece 2 is guaranteed. During the vibration, two signals are continuous measured, one of which is proportional to the actual amount of the cyclic force is, which acts in the contact plane of the vibrator 3 with the workpiece 2, while the other is the potential of the dynamic element (not shown in the drawing) of the vibrator 3 that generates this force. When the cyclical force is generated by a rotating unbalanced mass, the potential the mass (of the dynamic element) by its angular coordinate with respect to determines the direction of the force to be measured. When using vibrators 3 of the electromagnetic type, the potential signal is taken in each one, respectively Instantaneous time due to the potential difference at the coil of the (not in the drawing shown) electromagnet.
Der tatsächliche Kraftbetrag wird mit Hilfe eines Gebers gemessen, der an der Sboß2telle des Vibrators 3 mit dem Werkstück 2 eingebaut ist, während das Potential mit Hilfe eines Koordinatengebers gemessen wird, der die Winkelkoordinaten der Lage der Unwuchtmasse in deren Rotationsebene bestimmt. Die gemessenen Signale werden nach der Phase kontinuierlich verglichen, die Wecheelkomponente dieser Phasenverschiebungen wird abgetrennt, die hffektivwerte der Wechselkomponenten dieser Phasenverschiebungen sowie die Maxima der Effektivwerte der Wechaelkomponenten der zu messenden Phasenverschiebungen werden bestimmt. Als Effektivwert der Wechselkomponente einer Phanimmt man den senversohiebung v quadratis¢hez Mittelwert der Weehselkomponente. Mit einer Reihe von diskreten Frequenzen, wo die fektivwerte der Wechselkomponente einer Phasen- verschiebung ihr Maximum erreichen, wird die Vibrobearbeitung des Werkstücks 2 ausgeführt. The actual amount of force is measured with the help of an encoder, which is installed on the Sboß2telle of the vibrator 3 with the workpiece 2, while the potential is measured with the help of a coordinate encoder, which the angular coordinates the position of the unbalanced mass in its plane of rotation is determined. The measured signals are continuously compared according to the phase, the alternating component of these phase shifts is separated, the RMS values of the alternating components of these phase shifts as well as the maxima of the effective values of the Wechael components of the phase shifts to be measured be determined. The effective value of the alternating component of a phan is taken to be the senverso displacement v quadratis ¢ hez mean value of the Weehsel component. With a number of discreet Frequencies where the effective values of the alternating component of a phase shift reach their maximum, the vibratory machining of the workpiece 2 is carried out.
Zur Kontrolle von Vibrobearbeitungsergebnissen wird der Effektivwert der Wechselkomponente der Phasenverschiebungen innerhalb eines Bereichs integriert, in dem die Veränderung der Vibrationsfrequenz mit konstanter Beschleunigung stattfindet. Die Größe des gefundenen Integrals innerhalb des Regelbereichs stellt eine Zahl dar, die die wahrscheinliche Stabilität des Werkstücks 2 charakterisierst. Die Veränderung dieser Zahl infolge der Vibrobearbeitung des Werkstücks 2 entspricht der Veränderung der Maßstabilität des Werkstücks 2. The effective value is used to check the results of the vibration processing the alternating component of the phase shifts integrated within a range, in which the change in vibration frequency takes place with constant acceleration. The size of the integral found within the control range represents a number which characterizes the probable stability of the workpiece 2. The change this number as a result of the vibratory machining of the workpiece 2 corresponds to the change the dimensional stability of the workpiece 2.
Das erhaltene Integral kann in bezug auf einen Eichwert normiert werden, der bei der Vibration anderer erkstücke ähnlicher Konstruktion mit unbedingt garantierter Stabilität gemessen wurde. The integral obtained can be normalized with respect to a calibration value that with the vibration of other pieces of similar construction with unconditional guaranteed stability was measured.
Es ist auch eine andere Ausführungsform denkbar, bei der zur Empfindlichkeitserhöhung die Abtrennung der Wechselkomponente der Phasenverschiebungen zwischen dem Kraft und dem Potentialsignal durch Messen von Momentanwerten von hochfrequenten Komponenten des Spektrums der tatsächlichen Kraft, die in der Berührungsebene des Werkstücks 2 mit dem Vibrator 3 wirkt, in fixierten Zeitaugenblicken einer jeden Schwingungsperiode erfolgt. Die Wechselkomponente der gemessen Augenblickswerte entspricht den Phasenfluktuati onen. Another embodiment is also conceivable for increasing the sensitivity the separation of the alternating component of the phase shifts between the force and the potential signal by measuring instantaneous values of high-frequency components of the spectrum of the actual force acting in the plane of contact of the workpiece 2 acts with the vibrator 3 in fixed time instants of each oscillation period he follows. The alternating component of the instantaneous values measured corresponds to the phase fluctuations ons.
Zur Ausnutzung von nur für die Vibroeinwirkung auf das Material des Werkstücks 2 relevanten harmonischen Frequenzen und Verminderung des Störungseinflusses erfolgt die Messung von lkioxentanwerten mit solchen spektralen Komponenten, deren Frequenz die Vibrationsgrundfrequenz um das 2- bis lOfache übersteigt. To exploit only for the vibration effect on the material of the Workpiece 2 relevant harmonic frequencies and reduction of the influence of interference the measurement of alkioxentane values takes place with such spectral components, whose Frequency exceeds the basic vibration frequency by 2 to 10 times.
Zur Verringerung von StijrunClren bei der Ermittlung von Vibrobearbeitungsfrequenzen und Erhöhung der Obåektivität der hrgetaiskontrolle werden beim Messen und Integrieren nur solche Wechselkomponenten der Phasenverschiebungen zwischen dem Kraft- und dem Potentialsignal berücksichtigt, deren Amplitude den unter den jeweiligen Bedingungen vorhandenen Geräuschpegel übersteigt, deren Frequenz aber in einem Bereich von 0,01 - 0,1 der Vibrationsgrundfrequenz liegt. To reduce noise when determining vibration processing frequencies and increasing the obåivity of the alarm control are when measuring and integrating only such alternating components of the phase shifts between the force and the Potential signal takes into account, the amplitude of which is the same under the respective conditions Exceeds the existing noise level, their But frequency in one The range is from 0.01 to 0.1 of the basic vibration frequency.
Das Verfahren beruht auf folgendem: Die zyklischen Spannungen, die im Material des Werkstücks 2 während der Vibrobearbeitung erzeugt werden, müssen unbedingt niedriger als die Ermüdungsgrenze liegen. The procedure is based on the following: The cyclic voltages that must be generated in the material of the workpiece 2 during the vibratory machining must be lower than the fatigue limit.
Im Gegenfall kann die summarische Einwirkung von zyklischen und Restspannungen im Werkstück 2 zur Festigkeitsab nahme des Werkstücks 2 und sogar zur Zerstörung desselben führen.In the opposite case, the summary effect of cyclical and residual stresses in the workpiece 2 to decrease the strength of the workpiece 2 and even to the destruction lead the same.
Bei geringen Werten von zyklischen Spannungen finden mikroplastische Verformungen entweder überhaupt nicht statt, oder sie verlaufen unsystematisoh in verschiedenen Zeitaugenblicken der aufeinanderfolgendem Zyklen mit von Zyklus zu Zyklus variierender Intensität. Der unsystematische Charakter von mikroplastisohen Prozessen ist durch eine ganze Reihe von Ursachen, darunter auch durch den ungleichmä ßigen Verteilungsoharakter von Rest- und zyklischen Spannungen im Körper von realen Werkstücken 2, durch Streuung der elastischen Charakteristiken verschiedener Abschnitte im Material von Werkstücken 2 komplizierter Form, sowie durch Verfestigungs- und Auflockerungserscheinungen bedringt, die die mikroplastischen Prozesse begleiten. At low values of cyclic stresses, microplastic Deformations either do not take place at all, or they are unsystematic different time moments of the successive cycles with from cycle to Cycle of varying intensity. The unsystematic character of microplastic Processes is due to a number of causes, including the uneven distributive character of residual and cyclical stresses in the body of real ones Workpieces 2, by scattering the elastic characteristics of different sections in the material of workpieces 2 complicated shape, as well as by solidification and Loosening phenomena that accompany the microplastic processes.
Infolge dieser und vieler anderen vielfältigen Faktoren muß der Energiestreuungsanteil, der durch plastische Veränderungen im Material des Werkstück 2 bedingt ist, sich auf zufällige Weise in der Zeit verändern, und sämtliche energieabhängigen Schwingungsparameter des Werkstüoks 2 müssen nichtstationären Charakter annehmen. Insbesondere stellen die in der Zeit veränderlichen Phasenverschiebungen des Kraftsignals in bezug auf das Referenzsignal, das das nominelle Kraftänderungsgesetz bestimmt, sowie das Aufkommen im Schwingungsspektr vop hochfrequenten Harmoganzzahlig vielfach nischen, die zur Störfrequenz nicht # sind, ein Merkmal für das Ablaufen von mikroplastischen Prozessen dar. As a result of these and many other diverse factors, the energy spread rate, which is caused by plastic changes in the material of the workpiece 2, itself change in a random way in time, and all energy-dependent vibration parameters des Werkstüoks 2 must assume a non-stationary character. In particular, ask the phase shifts of the force signal which vary over time with respect to the reference signal, which determines the nominal force change law, and the occurrence in the vibration spectrum vop high-frequency harmonic integer niches many times, which for Interference frequencies are not #, a characteristic for the running of microplastic processes represent.
Wenn die Energiestreuung stationären Charakter trägt, der sich in jedem nachfolgenden Schwingungazyklus wiederholt, so finden plastische Veränderungen entweder über haupt nicht statt, oder die Höhe der zyklischen Spannungen überateigt die Sicherheitsgrenze beträchtlich. Im ersteren Fall ist eine Bearbeitung zwecklos, im zweiten - unzulässig. Der erßte Fall ist vom zweiten nach dem Betrag der vom Vibrator aufgenommenen Leistung, die mit Hilfe eines Hilfsstrommessers überwacht werden kann, mühelos zu unterscheiden. If the energy dispersion has a stationary character, the repeats itself in each subsequent oscillation cycle, plastic changes take place either not taking place at all, or excessive cyclical stresses the safety limit is considerable. In the former case, processing is pointless, in the second - inadmissible. The first case is of the second according to the amount of the Vibrator absorbed power, which is monitored with the help of an auxiliary ammeter can be easily distinguished.
Bei entsprechender Wahl des Durchlaßüereichs des Tiefpaßfilters, das die Wechselkomponente des energieabhängigen Parameters abtrennt, und der Höhe der Amplitudenbegrenzung der vorhandenen Störungen charakterisiert die Intensität der Fluktuationen, d.h. die Amplitude und die Frequenz derselben, die Intensität der mikroplastischen Prozesse. With an appropriate choice of the low-pass filter pass range, that separates the alternating component of the energy-dependent parameter, and the height the amplitude limitation of the existing disturbances characterizes the intensity of the fluctuations, i.e. the amplitude and frequency thereof, the intensity the microplastic processes.
Die beschriebenen Streuungsbesonderheiten sind im vorliegenden Verfahren zur Identifizierung der Bedingungen einer effektiven, aber gefahrlosen Einwirkung der Vibrobearbeitung auf das Material des Werkstücks 2 ausgenutzt. The peculiarities of variation described are in the present method to identify the conditions of an effective but safe exposure the vibratory machining on the material of the workpiece 2 is used.
Die ermittelten Vibrobearbeitungsfreguenzen entepree chen der Resonanzerregung auf Eigenfrequenzen des Werkstücks 2. Von allen Resonanzbedingungen werden nur solche ausgewählt, die durch mikroplastische Verformungen des Materials des Werkstücks 2 in gefahrfreier Höhe gekennzeiGhnet sind. The determined vibration processing frequencies correspond to the resonance excitation on the natural frequencies of the workpiece 2. Of all the resonance conditions, only those selected by microplastic deformations of the material of the workpiece 2 are marked at a safe height.
Der Vibrobearbeitung des Werkstücks 2 mit einer von dessen Eigenfrequenzen entspricht ein bestimmtes Verteilungsbild der zyklischen Spannungen; die Bearbeitung mit mehreren Eigenfrequenzen träte zur gleichmäßigeren Spannungsverteilung im gesamten Volumen des Werkstücks 2 bei. The vibratory machining of the workpiece 2 with one of its natural frequencies corresponds to a certain distribution pattern of the cyclical stresses; the editing with several natural frequencies would result in a more even distribution of stress throughout the whole Volume of the workpiece 2 at.
Daher charakterisiert das bestimmte Integral von der Fluktuationsintensität des energieabhängigen Parameters, das innerhalb eines ausreichend weiten Frequenzbereich2 genommen ist, die plastische Nachgiebigkeit der Maße dieses Werkstücks 2 gegenüber den äußeren Spannungen verschiedener Höhe und Richtungen. Diese Nachgiebigkeit hangt bei übrigen gleichen Bedingungen von der Höhe der Rest- spannungen ab und entspricht der wahrscheialiohenStabilität der Maße des Werkstücks 2. Die Größe des zu messenden Integrals kann als komplexe Schätzung der Stabilität angenommen werden, und nach der Veränderung des Integrals kann man über die Vibrationswirkung erteilen.Hence the definite integral characterizes the fluctuation intensity of the energy-dependent parameter, which is within a sufficiently wide frequency range2 is taken, the plastic flexibility of the dimensions of this workpiece 2 compared the external tensions of different levels and directions. That compliance depends in the case of other identical conditions of the amount of the remaining tensions from and corresponds to the probable stability of the dimensions of the workpiece 2. The The size of the integral to be measured can be taken as a complex estimate of the stability be, and after changing the integral one can over the vibration effect To give.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Vibrostab il is ierung von Werkstückmaßen enthält elastische Stützen 1, auf denen ein zu bearbeitendes Werkstück 2 gelagert wird. Auf dem Werkstüok 2 ist ein Vibrator 3 mit einem Antrieb 4 mit regelbarer Drehzahl befestigt, an den eine Steuereinheit 5 angeschlossen ist. Im Gehäuse des Vibrators sind Geber 6 und 7 eingebaut. Der Geber 6 stellt einen Messer für die Kraft dar, die an der Stoßstelle zwischen dem Vibrator 3 und dem Werkstück 2 wirkt. Der Geber 7 bestimmt den Potentialwert der Kraft, mißt das Potential des (in der Zeichnung nicht abgebildeten) dynamischen Elementes des Vibrators 3. An die Ausgänge der Geber 6 und 7 ist der Eingang eines Messers 8 zum Messen von Phasenverschiebungen von Signalen angeschlossen. An den Ausgang des Messers 8 zum Messern von Phasenverschiebungen von Signalen ist der eingang eines Tiefpaßbandfilters 9 angeschlossen, an dessen Ausgang ein Detektor 10 angeschlossen ist. An den Ausgang des Detektors 10 ist ein Amplitudenbegren zer 11 geschaltet. An den Ausgang des Amplitudenbegrenzers 11 ist der Eingang eines elektronischen Schalters 12 angeschlossen, dessen anderer Eingang mit der Steuereinheit 5 verbunden ist. Mit dem Ausgang des elektronischen Schalters 12 ist der Eingang eines Integrators 13 verbunden. Die Einrichtung besitzt ferner ein Anzeigegerät 14, das an den Ausgang des Antriebs 4 mit regelbarer Drehzahl angeschlossen ist, ein Anzeigegerät 15, das an den Ausgang des Amplitudenbegrenzers 11 angeschlossen ist, und ein Anzeigegerät 16, das an den Ausgang des Integrators 13 angeschlossen ist. The device for carrying out the procedure for Vibrostab il is ation of workpiece dimensions contains elastic supports 1 on which a to be machined Workpiece 2 is stored. On the workpiece 2 is a vibrator 3 with a drive 4 attached with adjustable speed, to which a control unit 5 is connected. Encoders 6 and 7 are built into the housing of the vibrator. The encoder 6 represents one Meter for the force that is at the joint between the vibrator 3 and the Workpiece 2 is effective. The transmitter 7 determines the potential value of the force, measures the potential of the dynamic element of the vibrator 3 (not shown in the drawing). At the outputs of the sensors 6 and 7 is the input of a knife 8 for measuring Phase shifts of signals connected. At the output of the knife 8 to Measuring the phase shifts of signals is the input of a low-pass band filter 9 connected, at the output of which a detector 10 is connected. To the exit of the detector 10, an amplitude limiter 11 is connected. At the exit of the Amplitude limiter 11 is connected to the input of an electronic switch 12, the other input of which is connected to the control unit 5. With the outcome of the electronic switch 12, the input of an integrator 13 is connected. the Device also has a display device 14, which is connected to the output of the drive 4 is connected with adjustable speed, a display device 15, which is connected to the output of the amplitude limiter 11 is connected, and a display device 16 which is connected to the Output of the integrator 13 is connected.
Das Anzeigegerät 14 ist zum Messen der Vibrationsfrequenz bestimmt, das Anzeigegerät 15 stellt einen Indikator für die Effektivwerte von lnasenverschiebungsfluktuationen dar, das Anzeigegerät 16 zeigt den gespeicherten Wert des bestimmen Integrals an. Die Einheiten für die Zwischenver- stärkungen der gemessenen Signale sind in Fig. 1 nicht abgebildet.The display device 14 is intended for measuring the vibration frequency, the display device 15 provides an indicator of the rms values of nasal displacement fluctuations represents, the display device 16 shows the stored value of the specific integral. The units for the interim strengthens the measured signals are not shown in FIG. 1.
Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des Messers 8 zum Messen von Phasenversohiebungen von Signalen, wenn er ein Hochpaßbandfilter 17 (Fig. 2) enthält, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Kraftgebers 6 verbunden und an dessen Ausgang der eine Eingang eines elektronischen Schalters 18 angeschlossen ist. Der zweite Steuereingang des elektronischen Schalters 18 ist über einen Impulsformer 19 mit dem Ausgang des Gebers 7 verbunden, der das Potential des dynamischen Elementes des Vibrators 3 mißt. An embodiment of the knife 8 for measuring is also conceivable of phase shifts of signals if a high-pass band filter 17 (Fig. 2) contains, one input of which is connected to the output of the force transmitter 6 and on the output of which is connected to one input of an electronic switch 18 is. The second control input of the electronic switch 18 is via a pulse shaper 19 connected to the output of the encoder 7, which the potential of the dynamic element of the vibrator 3 measures.
An den Ausgang des elektronischen Schalters 18 ist eine Speichereinheft 20 angeschlossen, deren Ausgang mit dem Eingang des Tiefpaßbandfilters 9 verbunden ist.At the output of the electronic switch 18 is a memory unit 20 connected, the output of which is connected to the input of the low-pass band filter 9 is.
Möglich ist auch eine Variante mit dem Anschluß des Steuereingange des elektronischen Schalters 18 slamittelbar an den Geber 7. In diesem Fall wird der Geber 7 als Impulsgeber ausgeführt, der einen kurzzeitigen Impuls während einer Schwingung erzeugt, wobei ein Unwuchtvibrator 3 (Fig. 1) benutzt wird. A variant with the connection of the control input is also possible of the electronic switch 18 directly to the transmitter 7. In this case the encoder 7 designed as a pulse generator, which a brief pulse during a Vibration generated using an unbalance vibrator 3 (Fig. 1).
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Vibrostab ilis ier ung von Werkstückmaßen arbeitet folgenderweise. The device for carrying out the procedure for vibrostab ilis The setting of workpiece dimensions works as follows.
Auf Befehl von der Steuereinheit 5 (Fig. wird die vom Vibrator 3 gelieferte Frequenz stetig und mit konstarter Beschleunigung erhöht, wobei man die Anzeigen am Anzeigegerät 15 abliest. Bei den Vibrationsfrequenzen, bei denen die Anzeigen des Anzeigegeräts 15 maximal sind, unterbindet man das weitere Frequenzwachstum und führt die Vibrobearbeitung des Werkstücks 2 durch. At the command of the control unit 5 (Fig., The vibrator 3 delivered frequency increased steadily and with constant acceleration, whereby the Read the displays on the display device 15. At the vibration frequencies at which the Displays of the display device 15 are at a maximum, the further frequency growth is prevented and performs the vibratory machining of the workpiece 2.
Der Geber 6 bestimmt das Kraftsignal, der Geber 7 das Potentialsignal. Die Phasenverschiebung zwischen den Signalen von den Gebern 6 und 7 ist der Energie proportional, die im Werkstück 2 bei den Schwingungen ge streut wird. Da der Geber 6 im Wege des gesamten Energieflusses liegt, der sich vom Vibrator 3 zum Werkstück 2 bewegt, so werden sämtliche Verluste, die in beliebigen Abschnitten im Material des Werkstücks 2 erfolgen, aus- nahmslos in der Veränderung der Phasenverschiebungen der von den Gebern 6, 7 gelieferten Signale widergespiegelt. The transmitter 6 determines the force signal, the transmitter 7 the potential signal. The phase shift between the signals from encoders 6 and 7 is the energy proportional, which is scattered ge in the workpiece 2 during the vibrations. Because the giver 6 lies in the way of the entire flow of energy that extends from the vibrator 3 to the workpiece 2 moves, all losses in any sections in the material of workpiece 2 take place, from indifferent in the change of Phase shifts of the signals supplied by the sensors 6, 7 are reflected.
Die Signale von den Gebern 6 und 7 werden zum Eingang des Messers 8 zum Messen von Phasenverschiebungen von Signalen übertragen. Das iefpaßbandfilter 9 dient zur Abtremung der Wechselkomponente des Phasenverschiebung. Der Detektor 10 trennt den Effektivwert der Phasenfluktuationen ab, und der Amplitudebegrenzer 11 läßt zum nachfolgenden Messen nur solche Signale durch, die oberhalb der in diesem Element eingestellten Amplitudenbegrenzungshöhe liegen. Das Signal vom Ausgang des Amplitudenbegrenzers 11 wird dem Eingang des elektronischen Schalters 12 zugetrt, der vom von der Steuereinheit 5 gelieferten Signal gesteuert wird. In der Zeit, da die Vibrationsfrequenz beispielsweise zunimmt, d .h. die Frequenzbeschleunigung positiv ist, bleibt der elektronische Schalter 12 geschlossen und ist der Ausgang des Amplitudenbegrenzers 11 mit dem Eingang des Integrators 13 verbunden; bei Nullbeschleunigung ist der elektronische Schalter 12 geöffnet. Also wird gemäß der Veränderung der Vibrobearbeitungsfrequenz am Ausgang des Integrators 13 ein Signal erzeugt, das dem Betrag des Integrals von den Effektivwerten der Phasenfluktuationen innerhalb des Freq uenzveränd erungsbere ichs proport ional ist. The signals from the sensors 6 and 7 become the input of the knife 8 for measuring phase shifts of signals. The low pass band filter 9 serves to cut off the alternating component of the phase shift. The detector 10 separates the RMS value of the phase fluctuations, and the amplitude limiter 11 only allows signals to pass through for the subsequent measurement that are above that in this Element set amplitude limit height. The signal from the output of the The amplitude limiter 11 is added to the input of the electronic switch 12, which is controlled by the signal supplied by the control unit 5. At the time, for example, since the frequency of vibration increases, i. the frequency acceleration is positive, the electronic switch 12 remains closed and is the output the amplitude limiter 11 is connected to the input of the integrator 13; at zero acceleration the electronic switch 12 is open. So according to the change of Vibro processing frequency at the output of the integrator 13 generates a signal that the absolute value of the integral of the rms values of the phase fluctuations within of the frequency change range is proportional.
Mit der wachsenden Frequenz integriert der Integrator 13 die Effektivität der Phasenvera¢hiebungafluktuationen, und nach Erreichen der Grenzfrequenz für dieses Werkstück 2 charakterisiert die numerische Anzeige des Anzeigegeräts 16 die wahrscheinliche Stabilität des Werkstücks 2. Diese Zahl wird mit der Eichzahl verglichen, und ausgehend von den Vergleichsergebnissen trifft man eine Entscheidung darüber, ob eine ausreichende Stabilität des Werkstücks 2 erreicht bzw. die Durchführung einer weiteren Stabilisierung notwendig ist. With the increasing frequency, the integrator 13 integrates the effectiveness the phase shift fluctuations, and after reaching the cut-off frequency for this Workpiece 2 characterizes the numerical display of the display device 16 the probable Stability of the workpiece 2. This number is compared with the calibration number, and proceeding A decision is made on the basis of the comparison results as to whether a sufficient Stability of the workpiece 2 achieved or the implementation of a further stabilization necessary is.
Bei der Realisierung einer Ausführungsform des Messers 8 zum Messen von Phasenverschiebungen von Signalen gemaß Fig. 2 und Benutzung eines Unwuchtvibrators 3 (Fig.l) wird am Ausgang des Gebers 7 ein Impulssignal 17 im Augenblick erzeugt, wo die Unwuchtmasse an diesem Geber 7 (Fig. 3, I7 im Diagramm C) vorbeiläuft. Vom Ausgang des Gebers 6 (Fig.l) gelangt das Signal I6 (Fig. 3, I6 im Diagramm a) zum Eingang des Hochpaßbandfilters 17 (Fig.2). When realizing an embodiment of the knife 8 for measuring of phase shifts of signals according to FIG. 2 and the use of an unbalance vibrator 3 (Fig.l) a pulse signal 17 is at the output of the encoder 7 at the moment generated where the unbalanced mass on this encoder 7 (Fig. 3, I7 in diagram C) passes. From the output of the encoder 6 (Fig. 1) the signal I6 (Fig. 3, I6 in diagram a) arrives to the input of the high-pass band filter 17 (Fig.2).
Der Durchlaßbereich des Filters 17 ist um das 2- bis lOfache höher als die Vibrationsfrequenz. Nach der Siltration und der Verstärkung (im Schema nicht wiedergegeben) nimmt der Anteil der hochfrequenten Komponenten im Signal des Gebers 6 stark zu. Vom Ausgang des Filters 17 gelangt das Signal 117 (Fig.3, Diagramm b) zum Eingang des elektronischen Schalters 18, der von den vom Impulsformer 19 erzeugten Impulsen gesteuert wird. Im Augenblick der Impulsankunft wird der elektronische Schalter 18 für eine kurze Zeit geschlossen, das Potential seines Ausgangs wird dem Eingangspotential gleich, d.h. dem Momentanwert der tatsächlichen Kraft des Vibrators 3 (Fig.l) proportional. Dank der Speichereinheit 20 (Fig. 2) wird dieser Kraftwert für die Dauer einer Zeitspanne T - d.h. der Speicherperiode - eingespeichert. Ein erneutes Schließen des elektronischen Schalters 18 führt zur sprunghaften Änderung des Potentials am Ausgang des elektronischen Schalters 18 bis zu einer Höhe, die dem Momentanwert des Kraftsignals im Augenblick der Ankunft eines nächsten Impul-ses vom Geber 7 gleich ist. Infolgedessen wird am Ausgang der Speichereinheit 20 eine Sprungfunktion 120 (Diagramm OG Fig. 3) erzeugt, deren Amplitude der Amplitude einer bochfrequenten Harmonischen, deren Frequenz aber der Differenz zwischen der Änderungsfrequenz der Störkraft ganzzahling-vielfachen und dem ihr am nächsten kommenden # Wert der Frequenz dieser Harmonischen gleich ist. In dem Fall, wenn die Frequenz der Harmonischen die Frequenz der Störkraft um mehrere ganze Male übersteigt, wird ein jeder nächster Momentanwert der Störkraft dem vorhergehenden Momentanwert gleich sein, während die Frequenz der Sprungfunktion gleich Null wird. Das Signal kommt vom Ausgang der Speichereinheit 20 (Fig. 2) zum Tiefpaßbandfilter 9 (Fig. 1), an dessen Ausgang eine Hüllkurve Ig (Fig. 3, Diagramm e) der Sprungfunktion erzeugt wird. Am Ausgang des Detektors 10 (Fig. 2) wird das Signal 11.0 (Fig.3, Diagramm f) erzeugt.The pass range of the filter 17 is 2 to 10 times higher than the vibration frequency. After filtration and strengthening (not in the scheme reproduced) increases the proportion of high-frequency components in the signal from the encoder 6 strong too. The signal 117 comes from the output of the filter 17 (FIG. 3, diagram b) to the input of the electronic switch 18 generated by the pulse shaper 19 Impulse is controlled. At the moment the impulse arrives, it becomes electronic Switch 18 closed for a short time, the potential of its output becomes equal to the input potential, i.e. the instantaneous value of the actual force of the Vibrator 3 (Fig.l) proportional. Thanks to the memory unit 20 (FIG. 2), this The force value is stored for the duration of a period of time T - i.e. the storage period. Closing the electronic switch 18 again leads to a sudden change of the potential at the output of the electronic switch 18 up to a level which the instantaneous value of the force signal at the moment of the arrival of the next pulse from encoder 7 is the same. As a result, a Step function 120 (diagram OG Fig. 3) generated, the amplitude of which is the amplitude of a high frequency harmonics, but their frequency is the difference between the change frequency the disturbing force integer multiples and the # value of the closest to it Frequency of these harmonics is the same. In the case when the frequency of the harmonics exceeds the frequency of the disturbing force by several whole times, each one becomes next The instantaneous value of the disturbance force must be equal to the previous instantaneous value while the frequency of the step function becomes zero. The signal comes from the output of the Storage unit 20 (FIG. 2) for the low-pass band filter 9 (FIG. 1), at its output an envelope curve Ig (Fig. 3, diagram e) of the Jump function generated will. At the output of the detector 10 (Fig. 2), the signal 11.0 (Fig. 3, diagram f) generated.
Im Amplitudenbegrenzer 11 (Fig. 2) wird ein Begrenzungsniveau I0 (Fig. 3, Diagramm f) erzeugt. Das Anzeigegerät 15 (Fig. 1) registriert die Größe I11, die die festgesetzte Ampl itud enbegrenzungshöhe übersteigt.In the amplitude limiter 11 (Fig. 2) a limitation level I0 (Fig. 3, diagram f). The display device 15 (Fig. 1) registers the quantity I11, which exceeds the stipulated amplitude limit.
Die Anwendung des vorliegenden Verfahrens zur Vibrostabilisierung von Werkstückmaßen und der erfindungsge mäßen Einrichtung zur Durchführung desselben statt der thermischen fitabilisierung gestattet, 600 kW.h Elektroenergie je l Tonne der bearbeiteten Werkstücke einxusparen. Außerdem gestattet es die Anwendung des beschriebenen Verfahrens und der dazugehörigen Einrichtung, Werkstücke in einem Los gemaß ihrem Stabilitätsniveau zu sortieren. Die Stabilität der meisten Werkstücke wird nach der erfolgten Vibrobearbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhöht. Es gelingt auch, einen Teil von Werkstücken zu ermitteln, die von sich aus stabil sind und keiner weiteren Vihrostabilisierung bedürfen. The application of the present method for vibrostabilization of workpiece dimensions and the device according to the invention for carrying out the same instead of thermal stabilization permitted, 600 kW.h of electrical energy per l ton save the machined workpieces. It also allows the use of the described process and the associated equipment, workpieces in one Sort lot according to their stability level. The stability of most work pieces is increased after the vibro processing according to the method according to the invention. It is also possible to determine a part of workpieces that are inherently stable and do not require any further vihrostabilization.
Das Verfahren erlaubt, einzelne Exemplare zu ermitteln, deren Stabilität durch die Vibrobearbeitung nicht zuerithen ist. Diese Werkstücke unterwirft man thermischer bzw. natürlicher Alterung, und die Ergebnisse überprüft man mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens. The method allows individual specimens to be determined, their stability cannot be achieved by vibro processing. These workpieces are subjected to thermal or natural aging, and the results are checked with the help of the present proceedings.
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| DE19843420142 DE3420142A1 (en) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | Method for the vibrostabilisation of workpiece dimensions and a device for carrying out the said method |
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| DE3420142A1 true DE3420142A1 (en) | 1985-12-05 |
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| DE19843420142 Ceased DE3420142A1 (en) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | Method for the vibrostabilisation of workpiece dimensions and a device for carrying out the said method |
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| DE (1) | DE3420142A1 (en) |
Cited By (1)
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| EP0413181A2 (en) * | 1989-08-14 | 1991-02-20 | Bonal Technologies, Inc. | Stress relief of metals |
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- 1984-05-30 DE DE19843420142 patent/DE3420142A1/en not_active Ceased
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