3. Координатные системы мцс с чпу и этапы достижения точности при обработке.

Технологическая система МЦС с ЧПУ (рис. 9.1) представляет собой совокупность нескольких координатных систем (КС).

с - КС станка; физически она представлена перемещениями рабочих органов по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Начало отсчета (нуль станка) - точка с нулевыми значениями перемещений рабочих органов. С помощью системы ЧПУ начало отсчета может быть перенесено в любую точку рабочего пространства станка (плавающий нуль).

д - КС детали, физически она представлена комплектом технологических баз детали. Относительно нее задаются и в большинстве случаев выдерживаются все размеры обрабатываемых поверхностей.

пп - КС позиционного приспособления; физически она представлена комплектом исполнительных поверхностей для базирования спутника.

сп и а - КС спутника и адаптера; физически они представлены комплектом их основных баз.

и - КС инструмента; она построена на его режущих кромках.

ит - исходная (нулевая) система отсчета координатных перемещений рабочих органов станка. Начало этой КС называется исходной точкой (ИТ). От нее отсчитывается величина запрограммированного перемещения инструмента или детали. Положение ИТ фиксируется на этапе статической настройки.

Рис. 9.1. Координатные системы МЦС с ЧПУ

Для осуществления процесса обработки с заданной точностью между указанными системами координат должны быть установлены требуемые размерные связи. Как известно, процесс достижения точности при обработке состоит из трех отдельных связанных этапов:

1). Установка обрабатываемой заготовки.

2). Статическая настройка технологической системы.

3). Динамическая настройка технологической системы.

На каждом этапе формируются свои размерные связи, причем выдерживаемый при обработке окончательный размер А_ является замыкающим звеном размерной цепи:

А =А_У +А_С +А_Д ,

где:А_У,А_С,А_Д - соответственно размеры установки, статической и динамической настройки.

Для обеспечения требуемой точности при обработке детали в ГПС необходимые размерные связи должны устанавливаться автоматически. Рассмотрим, как это осуществляется при торцовом фрезеровании корпусной детали на МЦС с ЧПУ по вертикальной оси - координате Z.

4. Формирование размерных связей, определяющих точность обработки на мцс с чпу

Фрезерование плоскости П осуществляется на вертикальном МЦС с ЧПУ (рис. 9.2) в размер А _(Z), который формируется по координате Z.

Обработка выполняется при установке заготовки - 1 на спутнике - 3 через адаптер (или зажимное приспособление) - 2. Спутник - 3 установлен в позиционное приспособление - 4, которое соответствующим образом закреплено на столе станка - 5 и составляет с ним единое целое. Инструмент предварительно настроен на оптическом приборе и устанавливается в шпиндель автоматически из инструментального магазина.

Значение размера А _(Z) определяется размерной цепью “А” (рис. 9.2,a):

А _(Z) = А_С(Z) – А_У(Z) + А_Д(Z).

Составляющие звенья А_С(Z) и А_У(Z) цепи “А” формируются в результате нескольких последовательных этапов.

Формирование размера А_У(Z) осуществляется на этапе установки спутника с деталью на станок (рис. 9.2, а), в процессе которого определяется положение технологических баз детали в системе координат станка. На рисунке это представлено размерной цепью “У”. Решение указанной задачи, в свою очередь, осуществляется в два этапа.

На первом этапе производится установка детали на спутник (рис. 9.2,б) и решается задача определения положения технологической базы детали относительно основной базы спутника - (размерная цепь “P”). На втором этапе спутник с деталью устанавливается на позиционное приспособление станка (рис. 9.2, а). При этом решается задача совмещения основной базы спутника с установочной поверхностью позиционного приспособления (звено “У₂”). В результате технологическая база детали занимает в системе координат станка положение, определяемое размером:

У = А_У(Z).

Рис. 9.2. Схема формирования размерных связей по координате Z

при обработке детали на вертикальном МЦС с ЧПУ

Таким образом,

А_У(Z) = У ;

У = У₂ + Р ;

Р = Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р₄.

Формирование размера А_С(Z) осуществляется в процессе размерной настройки станка и при работе фрезы по программе, в результате чего определяется положение режущих кромок инструмента в системе координат станка (рис. 9.2, в) относительно установочной плоскости позиционного приспособления (размерная цепь “Н”), то есть:

А_C(Z) = H = H₁ - H₂,

где: Н₁ - размер, определяющий положение исходной точки относительно

установочной плоскости позиционного приспособления;

Н₂ - размер, определяющий перемещение фрезы по программе.

Решение этой задачи, в свою очередь, осуществляется в три этапа.

На первом этапе производится настройка положения нуля отсчета программных перемещений исходной точки (ИТ) с помощью эталона (размерная цепь “Г”), то есть:

Г = Г₁ - Г₂.

Инструмент, участвующий в реализации этого этапа, установлен в шпинделе станка. Он, естественно, имеет погрешность установки, обусловленную точностью изготовления держателя инструмента (оправки) и колебаниями усилия закрепления, что учитывается размерной цепью “Ж”:

Ж = Ж₁ + Ж₂.

Замыкающие звенья “Г ” и “Ж ” входят составляющими звеньями в размерную цепь “В”, определяющую положение торца шпинделя станка относительно ИТ, то есть:

В = В₁ + В₂;

В₁ = Ж ; В₂ = Г .

На втором этапе определяется положение режущих кромок торцовой фрезы, установленной в шпиндель, относительно ИТ. Положение определяется размерной цепью “Б”, куда замыкающее звено В входит в качестве составляющего:

Б = Б₂ – Б₁;

Б₂ = В ;

Б = И₂.

В свою очередь, размер Б₁, характеризующий вылет торцевой фрезы относительно торца шпинделя определяется на оптическом приборе вне станка.

Размерные связи, возникающие при настройке вылета фрезы, отражаются размерными цепями “К” и “Л” (рис.9.2,г,д), то есть:

Б₁ = К ;

К = -К ₁+ К₂ ;

К₁ = Л ;

Л = Л₁ + Л₂.

Положение ИТ для торцевой фрезы относительно установочной плоскости позиционного приспособления - 4, на который в дальнейшем устанавливается спутник - 3 с адаптером - 2, несущим заготовку (рис. 9.2,в) определяется размерной цепью “И”, куда замыкающее звено Б входит как составляющее звено:

И = И₁ - И₂;

И₂ = Б ;

И = Н₁.

На третьем этапе осуществляется программируемый вывод режущих кромок настроенного инструмента в координату Н₂, заданную управляющей программой относительно ИТ. Торцовая фреза устанавливается приводами станка на размер А_C(Z):

А_C(Z) = Н ;

Н = Н₁ - Н₂.

Формирование размера А _(Z) может быть структурно представлено системой размерных цепей, показанных в таблице 9.1. Структура этой системы уравнений подчеркивает многоэтапность формирования размера А _(Z) и позволяет установить определенную закономерность, заключающуюся в том, что замыкающее звено каждого предшествующего этапа входит составляющим звеном в размерную цепь последующего этапа. А это говорит о том, что мы имеем дело в данном случае с процессом накопления погрешностей.

Таблица 9.1.

Формирование размера А_(Z) на вертикальном МЦС с ЧПУ

ЭТАПЫ	РАЗМЕРНЫЕ СВЯЗИ	ОЧЕРЕДНОСТЬ
Установка заготовки на спутник	Р = Р1 + Р2 + Р3 + Р4	8
Установка спутника на станок	Y = Y1 + Y2	9
обработка (получение размера до базы при фрезеровании – координата вертикального МЦС)	А (Z) = АД(Z) + АС(Z) - АУ(Z)	11
Программируемый выход инструмента на размер статической настройки	Н = Н1 – Н2	10
Фактический вылет инструмента	И = И1 – И2	7
Определение коррекции системой ЧПУ	Б = - Б1 + Б2	6
Настройка инструмента	К = К2 – К1	2
Настройка прибора	Л = Л1 + Л2	1
Введение коррекции в систему ЧПУ	В1 + В2 = В	5
Установка инструмента в шпиндель станка	Ж = Ж1 + Ж2	3
Материализация исходной точки	Г = Г1 - Г2	4