RU2452595C2

RU2452595C2 - Method of machining precision at cnc lathes

Info

Publication number: RU2452595C2
Application number: RU2010128418/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Буевич (RU); Владимир Николаевич Буевич; Евгений Юрьевич Татаркин (RU); Евгений Юрьевич Татаркин
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2012-06-10
Also published as: RU2010128418A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machining at CNC lathes and may be used for control over machined part geometrical parameters. High-resolution video camera is used as optical pickup. Proposed device additionally incorporates unit of amplification and video signal processing, impulse stroboscopic illuminator, pulse voltage generator and synchroniser. Output of the latter is connected to pulse voltage generator while output of the latter is connected to input of pulse stroboscopic illuminator. Illuminator optical output is connected to optical input of high-resolution video camera while computer is used to define surface roughness by height parameters of micro irregularities and to compare them with preset values.

EFFECT: higher precision of machining and control over machining quality.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов резанием на токарных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и может быть использовано для контроля геометрических параметров деталей.The invention relates to the field of metal processing by cutting on numerically controlled lathes (CNC) and can be used to control the geometric parameters of parts.

Известно устройство для обеспечения геометрической точности и размерной настройки высокоточного металлорежущего станка, содержащее датчик контроля температуры переднего подшипника шпинделя металлорежущего станка, в качестве которого использован термоэлектрический измерительный преобразователь, блок сравнения, задатчик температуры окружающей среды, регулирующий усилитель. Выход датчика соединен со входом блока сравнения, другой вход которого соединен с задатчиком температуры окружающей среды, а выход - со входом регулирующего усилителя. Выход регулирующего усилителя соединен с визуальным цифровым индикатором и исполнительными механизмами для изменения радиального положения инструмента и базового центрового элемента с удерживаемой заготовкой, (патент RU 2116869, МПК⁶ B23B 25/06, B23B 41/00).A device is known for ensuring geometric accuracy and dimensional adjustment of a high-precision metal-cutting machine, comprising a temperature control sensor for the front bearing of a metal-cutting machine spindle, which uses a thermoelectric transducer, a comparison unit, an ambient temperature regulator, and a control amplifier. The sensor output is connected to the input of the comparison unit, the other input of which is connected to the ambient temperature setter, and the output to the input of the control amplifier. The output of the control amplifier is connected to a visual digital indicator and actuators for changing the radial position of the tool and the base center element with the workpiece being held, (patent RU 2116869, IPC ⁶ B23B 25/06, B23B 41/00).

Описанное устройство имеет узкие функциональные возможности вследствие, во-первых, неосуществимости компенсации возмущающих воздействий, действующих на деталь при прохождении режущего инструмента по ее поверхности в реальном времени, что снижает ее геометрическую точность, во-вторых, отсутствия управления качеством обработки детали из-за отсутствия, в свою очередь, информации о шероховатости и топографии обработанной поверхности.The described device has narrow functional capabilities due, firstly, to the inability to compensate for disturbing influences acting on the part when the cutting tool passes over its surface in real time, which reduces its geometric accuracy, and secondly, the lack of quality control of the part’s processing due to the lack of , in turn, information about the roughness and topography of the treated surface.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство управления точностью обработки деталей на высокоточном оборудовании ЧПУ, содержащее оптический датчик, аналого-цифровой преобразователь (АЦЛ), компьютер для сравнения полученного размера детали с требуемым размером детали и определения суммарного значения возмущающих воздействий в произвольной точке, блок усиления сигнала, исполнительные механизмы оборудования с ЧПУ. Выход оптического датчика подключен ко входу АЦП. Выход АЦП связан со входом компьютера, выход которого подключен ко входу блока усиления сигнала Выход блока усиления сигнала соединен с входом исполнительного механизма, выход которого соединен с резцом, и с входом исполнительного механизма, выход которого соединен с задней бабкой. Деталь удерживается передней и задней бабкой (патент RU 2288808, МПК B23B 25/06 (2006.01), B23Q 15/12 (2006.01)).Closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result (prototype) is a device for controlling the accuracy of machining parts on high-precision CNC equipment, containing an optical sensor, analog-to-digital converter (ADC), a computer for comparing the resulting part size with the required part size and determining the total values of disturbing actions at an arbitrary point, signal amplification unit, actuators of CNC equipment. The output of the optical sensor is connected to the input of the ADC. The ADC output is connected to the input of the computer, the output of which is connected to the input of the signal amplification unit. The output of the signal amplification unit is connected to the input of the actuator, the output of which is connected to the cutter, and to the input of the actuator, the output of which is connected to the tailstock. The part is held by the front and rear tailstock (patent RU 2288808, IPC B23B 25/06 (2006.01), B23Q 15/12 (2006.01)).

Основной недостаток этого устройства - узкие функциональные возможности вследствие отсутствия управления качеством обработки поверхности детали, что обусловлено отсутствием контроля шероховатости и топографии обработанной поверхности детали без наличия информации о названных параметрах качества этой поверхности.The main disadvantage of this device is the narrow functionality due to the lack of quality control of the surface treatment of the part, which is due to the lack of control of the roughness and topography of the treated surface of the part without the availability of information about the named quality parameters of this surface.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения функциональных возможностей устройства контроля точности обработки деталей на токарных станках с ЧПУ, путем обеспечения управления качеством обработки поверхности детали в реальном времени без остановки станка.The present invention solves the problem of expanding the functionality of the device for controlling the accuracy of processing parts on CNC lathes, by providing real-time control of the quality of the surface treatment of the part without stopping the machine.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве контроля точности обработки деталей на токарных станках с ЧПУ, содержащем оптический датчик, АЦП, выход которого связан со входом компьютера, предназначенного для сравнения полученного размера детали с требуемым размером детали и определения суммарного значения возмущающих воздействий в произвольной точке, блок усиления сигнала, вход которого подсоединен к выходу компьютера, а выход соединен с входами исполнительного механизма оборудования с ЧПУ, выход которого соединен с резцом, и исполнительного механизма оборудования с ЧПУ, выход которого соединен с задней бабкой, согласно изобретению в качестве оптического датчика использована видеокамера высокого разрешения, а в устройство введены блок усиления и обработки видеосигнала, вход которого подключен к выходу видеокамеры высокого разрешения, а выход - к входу АЦП, импульсный стробоскопический осветитель, генератор импульсных напряжений и синхронизатор, выход которого подключен к входу генератора импульсных напряжений. Выход генератора импульсных напряжений подсоединен к входу импульсного стробоскопического осветителя, оптический выход которого связан с оптическим входом видеокамеры высокого разрешения. При этом компьютер дополнительно предназначен для определения по высотным параметрам микронеровностей профиля поверхности обработанной части детали шероховатости полученной поверхности и сравнения ее с требуемой шероховатостью поверхности.The problem is solved in that in the device for controlling the accuracy of processing parts on CNC lathes containing an optical sensor, the ADC, the output of which is connected to the input of a computer designed to compare the received part size with the required part size and determine the total value of disturbing influences at an arbitrary point , a signal amplification unit, the input of which is connected to the output of the computer, and the output is connected to the inputs of the actuator of the CNC equipment, the output of which is connected to the cutter, and of the complementary mechanism of the CNC equipment, the output of which is connected to the tailstock, according to the invention, a high-resolution video camera is used as an optical sensor, and a video signal amplification and processing unit is introduced into the device, the input of which is connected to the output of the high-resolution video camera, and the output to the ADC input, pulsed strobe light, pulse voltage generator and synchronizer, the output of which is connected to the input of the pulse voltage generator. The output of the pulse voltage generator is connected to the input of a pulsed stroboscopic illuminator, the optical output of which is connected to the optical input of a high-resolution video camera. At the same time, the computer is additionally designed to determine the roughness of the surface of the machined part of the surface roughness of the obtained surface from the height parameters of microroughnesses and compare it with the required surface roughness.

Введение в предложенное устройство видеокамеры высокого разрешения, дополнительных функциональных элементов и организация описанных выше связей позволяет увеличить не только геометрическую точность обработки, но и обеспечить управление качеством обработки поверхности детали, определяемым ее шероховатостью и топографией, что достигается корректировкой режимов резания в зависимости от реальной текущей шероховатости и топографии поверхности детали.The introduction into the proposed device of a high-resolution video camera, additional functional elements and the organization of the relationships described above can increase not only the geometric accuracy of processing, but also provide control over the quality of the surface treatment of the part, determined by its roughness and topography, which is achieved by adjusting the cutting conditions depending on the actual current roughness and surface topography of the part.

Настоящее изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена схема устройства контроля точности обработки деталей на токарных станках с ЧПУ, а на фиг.2 приведено теневое изображение обработанной части детали.The present invention is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a diagram of a device for controlling the accuracy of machining parts on CNC lathes, and Fig. 2 shows a shadow image of a machined part of a part.

Устройство контроля точности обработки деталей на токарных станках с ЧПУ содержит синхронизатор 1, образованный светодиодом 2, фотодиодом 3 и диском 4 с равноудаленными отверстиями, генератор 5 импульсных напряжений, импульсный стробоскопический осветитель 6, оптический датчик, в качестве которого использована видеокамера 7 высокого разрешения, в частности, на основе ПЗС-матрицы, блок 8 усиления и обработки видеосигнала, АЦП 9, компьютер 10, предназначенный для определения по высотным параметрам микронеровностей профиля поверхности обработанной части детали шероховатости полученной поверхности и сравнения ее с требуемой шероховатостью поверхности, а также для сравнения полученного размера детали с требуемым размером детали и определения суммарного значения возмущающих воздействий в произвольной точке, блок 11 усиления сигнала, исполнительные механизмы 12 и 13 оборудования с ЧПУ. Синхронизатор 1 жестко закреплен на шпинделе станка.The accuracy control device for machining parts on CNC lathes contains a synchronizer 1 formed by an LED 2, a photodiode 3 and a disk 4 with equally spaced openings, a pulse voltage generator 5, a pulsed strobe light 6, an optical sensor, which uses a high-resolution video camera 7, in particular, based on a CCD matrix, a video signal amplification and processing unit 8, an ADC 9, a computer 10, designed to determine the surface roughness microroughness by height parameters of the given part of the roughness of the obtained surface and comparing it with the required surface roughness, as well as for comparing the obtained size of the part with the required part size and determining the total value of the disturbing effects at an arbitrary point, signal amplification unit 11, actuators 12 and 13 of the CNC equipment. The synchronizer 1 is rigidly mounted on the spindle of the machine.

Выход синхронизатора 1 подключен к входу генератора 5 импульсных напряжений, а выход генератора 5 импульсных напряжений связан с входом импульсного стробоскопического осветителя 6. Оптический выход импульсного стробоскопического осветителя 6 связан с оптическим входом видеокамеры 7 высокого разрешения. Выход видеокамеры 7 подключен к входу блока 8 усиления и обработки видеосигнала, выход которого подключен к входу АЦП 9. Выход АЦП 9 связан с входом компьютера 10, выход которого связан с входом блока 11 усиления сигнала.The output of the synchronizer 1 is connected to the input of the pulse voltage generator 5, and the output of the pulse voltage generator 5 is connected to the input of the pulsed strobe light 6. The optical output of the pulsed strobe light 6 is connected to the optical input of the high-resolution video camera 7. The output of the camcorder 7 is connected to the input of the video amplification and processing unit 8, the output of which is connected to the input of the ADC 9. The output of the ADC 9 is connected to the input of the computer 10, the output of which is connected to the input of the signal amplification unit 11.

Выход блока 11 усиления сигнала подключен к входам исполнительных механизмов 12 и 13. При этом выход исполнительного механизма 12 соединен с резцом 14, а выход исполнительного механизма 13 подключен к задней бабке 15. Обрабатываемая деталь 17 удерживается передней бабкой 16 и задней бабкой 15 (Фиг.1).The output of the signal amplification unit 11 is connected to the inputs of the actuators 12 and 13. The output of the actuator 12 is connected to the cutter 14, and the output of the actuator 13 is connected to the tailstock 15. The workpiece 17 is held by the headstock 16 and the tailstock 15 (FIG. one).

Теневое изображение обработанной части детали 17 содержит сведения о микронеровностях профиля 18 обработанной поверхности (Фиг.2). Высотные параметры 19 микронеровностей профиля определяют шероховатость обработанной поверхности.The shadow image of the machined part of part 17 contains information about the microroughness of profile 18 of the machined surface (Figure 2). Altitude parameters of 19 microroughnesses in the profile determine the roughness of the treated surface.

Устройство контроля точности обработки деталей на токарных станках с ЧПУ работает следующим образом. Синхронизатором 1 формируются управляющие импульсы. Частота следования этих импульсов синхронна с частотой вращения шпинделя. С выхода синхронизатора 1 импульсы поступают на вход генератора 5 импульсных напряжений, который вырабатывает импульсное напряжение, частота которого кратна частоте вращения шпинделя. Это напряжение подается на импульсный стробоскопический осветитель 6, жестко закрепленный на суппорте станка. Импульсный стробоскопический осветитель 6 периодически освещает обработанную часть детали 17 с частотой, кратной частоте вращения шпинделя.A device for controlling the accuracy of processing parts on CNC lathes works as follows. Synchronizer 1 is formed of control pulses. The repetition rate of these pulses is synchronous with the spindle speed. From the output of the synchronizer 1, the pulses are fed to the input of the pulse voltage generator 5, which generates a pulse voltage, the frequency of which is a multiple of the spindle speed. This voltage is supplied to a pulsed stroboscopic illuminator 6, rigidly mounted on the support of the machine. Pulse strobe light 6 periodically illuminates the machined part of part 17 with a frequency that is a multiple of the spindle speed.

В момент освещения обработанной части детали 17 на датчик видеокамеры 7 высокого разрешения проецируется ее теневое изображение, которое содержит информацию о профиле 18 обработанной поверхности, высотные параметры 19 микронеровностей профиля которой определяют шероховатость обработанной поверхности. Датчик камеры высокого разрешения 7 преобразует теневое изображение обработанной части детали 17 в электрический видеосигнал. Полученный видеосигнал поступает в блок 8 усиления и обработки видеосигнала, где он усиливается и фильтруется. С выхода блока 8 усиления и обработки видеосигнала усиленный и отфильтрованный видеосигнал подается на вход АЦП 9, где осуществляется его преобразование в цифровой код. Полученный цифровой код поступает в компьютер 10, который сравнивает полученный размер детали 17 с требуемым размером. При совпадении размеров обработка продолжается, при несовпадении размеров компьютер 10 определяет величину сигнала компенсации, который поступает в блок 11 усиления сигнала, где сигнал усиливается и затем подается на исполнительные механизмы 12 и 13, которыми корректируются положения резца 14 и задней бабки 15 до тех пор, пока не восстановится заданный размер детали 17. Кроме того, по высотным параметрам микронеровностей профиля 18 обработанной части детали 17 компьютером 10 определяется шероховатость полученной поверхности и сравнивается с требуемой шероховатостью. При их совпадении обработка продолжается на тех же режимах резания, при несовпадении компьютером 10 определяются новые режимы резания, а именно скорость резания, подача и глубина резания, которые обеспечат требуемую шероховатость поверхности. После расчета новых режимов резания компьютер формирует команду на их изменение. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет управлять качеством обработки поверхности.At the moment of illumination of the processed part of part 17, a shadow image is projected onto the sensor of the high-resolution video camera 7, which contains information about the profile 18 of the processed surface, the height parameters of which 19 microroughnesses of the profile determine the roughness of the processed surface. The high-resolution camera sensor 7 converts the shadow image of the processed part of the part 17 into an electrical video signal. The resulting video signal enters the block 8 amplification and processing of the video signal, where it is amplified and filtered. From the output of the amplification and video processing unit 8, the amplified and filtered video signal is fed to the input of the ADC 9, where it is converted into a digital code. The resulting digital code enters the computer 10, which compares the received size of the part 17 with the desired size. When the sizes coincide, processing continues; if the sizes do not match, the computer 10 determines the value of the compensation signal, which enters the signal amplification unit 11, where the signal is amplified and then fed to the actuators 12 and 13, which adjust the position of the cutter 14 and tailstock 15 until until the specified part size 17 is restored. In addition, the roughness of the obtained surface is determined by the height parameters of the microroughness of the profile 18 of the machined part of the part 17 by the computer 10 and compared with roughness. When they coincide, processing continues at the same cutting conditions, if the computer 10 does not match, new cutting modes are determined, namely, the cutting speed, feed rate and depth of cut, which will provide the required surface roughness. After calculating the new cutting conditions, the computer generates a command to change them. Thus, the proposed device allows you to control the quality of surface treatment.

Также наряду с управлением качеством обработки при наличии соответствующего программного обеспечения предлагаемое устройство позволяет получить компьютерную модель топографии обработанной поверхности.Also, along with the management of the quality of processing with the appropriate software, the proposed device allows to obtain a computer model of the topography of the processed surface.

Точность такой модели будет зависеть от разрешающей способности и быстродействия видеокамеры 8 высокого разрешения, а также от частоты вспышек импульсного стробоскопического осветителя 6 на один оборот детали 17, причем с увеличением частоты точность модели будет увеличиваться.The accuracy of such a model will depend on the resolution and speed of the high-resolution video camera 8, as well as on the flash frequency of the flash strobe light 6 per revolution of part 17, and with increasing frequency, the accuracy of the model will increase.

Таким образом предлагаемое устройство позволяет получить информацию о шероховатости и топографии обработанной поверхности, что обеспечит управлением качеством обработки в реальном времени без остановки станка.Thus, the proposed device allows you to obtain information about the roughness and topography of the processed surface, which will provide control of the quality of processing in real time without stopping the machine.

Claims

Устройство контроля точности обработки деталей на токарных станках с числовым программным управлением, содержащее оптический датчик, аналого-цифровой преобразователь, выход которого связан со входом компьютера, предназначенного для сравнения полученного размера детали с требуемым размером детали и определения суммарного значения возмущающих воздействий в произвольной точке, блок усиления сигнала, вход которого подсоединен к выходу компьютера, а выход соединен с входами исполнительного механизма оборудования с числовым программным управлением, выход которого соединен с резцом, и исполнительного механизма оборудования с числовым программным управлением, выход которого соединен с задней бабкой, отличающееся тем, что в качестве оптического датчика использована видеокамера высокого разрешения, а в устройство введены блок усиления и обработки видеосигнала, вход которого подключен к выходу видеокамеры высокого разрешения, а выход - к входу аналого-цифрового преобразователя, импульсный стробоскопический осветитель, генератор импульсных напряжений и синхронизатор, выход которого подключен к входу генератора импульсных напряжений, при этом выход генератора импульсных напряжений подсоединен к входу импульсного стробоскопического осветителя, оптический выход которого связан с оптическим входом видеокамеры высокого разрешения, а компьютер дополнительно предназначен для определения по высотным параметрам микронеровностей профиля поверхности обработанной части детали шероховатости полученной поверхности и сравнения ее с требуемой шероховатостью поверхности. A device for monitoring the accuracy of machining parts on numerically controlled lathes, containing an optical sensor, an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of a computer designed to compare the received part size with the required part size and determine the total value of disturbing effects at an arbitrary point, block amplification of the signal, the input of which is connected to the output of the computer, and the output is connected to the inputs of the actuator of the equipment with numerical software control, the output of which is connected to the cutter, and the actuator of the equipment with numerical control, the output of which is connected to the tailstock, characterized in that a high-resolution video camera is used as an optical sensor, and a video signal amplification and processing unit, the input of which is connected to the output of a high-resolution video camera, and the output to the input of an analog-to-digital converter, a pulsed stroboscopic illuminator, a pulse voltage generator and a synchronizer, in the output of which is connected to the input of the pulse voltage generator, while the output of the pulse voltage generator is connected to the input of a pulsed strobe illuminator, the optical output of which is connected to the optical input of a high-resolution video camera, and the computer is additionally designed to determine the roughness of the processed part of the roughness part of the surface surface and comparing it with the required surface roughness.