2.5 Механообработка на станках с чпу

Полная автономность и упрощение кинематических цепей приводов подач, когда связь между перемещениями по нескольким координатам одновременно осуществляется только через программу управления, позволяет осуществлять в станках с ЧПУ сложное во времени и точное по положению взаимодействие большого числа рабочих и вспомогательных механизмов. Возможность увеличения числа одновременно управляемых координат при применении систем ЧПУ, позволило создать принципиаль­но новые компоновки станков с получением широких технологических возможностей при автоматическом управлении.

Станки с ЧПУ являются сложными технологическими комплексами, включающими непосредственно станок и устройство ЧПУ, построенное часто с применением мини-ЭВМ, которые должны быть органически взаимосвязаны с учетом их особенностей и возможностей. Надежность и качество работы станка с ЧПУ в равной степени зависят от надежности и качества работы как самого станка, так и устройства ЧПУ.

При работе станка с ЧПУ происходит взаимодействие большого числа меха­нических, гидравлических, пневматиче­ских и электронных устройств и элемен­тов, от правильного и надежного функ­ционирования которых в значительной степени зависит точность выполнения заданной программы управления механичекой обра­боткой деталей. При этом важно не только обеспечить безотказное функ­ционирование станка с ЧПУ с точки зре­ния выхода из строя его отдельных механизмов и блоков, но и обеспечить в течение установленного периода эксплуатации выполнение обусловлен­ных его назначением технологических операций с показателями качества и производительностью, установленными нормативно-технической документа­цией, т. е. обеспечить заданную тех­нологическую надежность.

Изменение точности станка с ЧПУ в процессе эксплуатации, происходящее под действием различных вредных про­цессов и внешних воздействий, обуслов­ливается появлением допустимых и недопустимых повреждений как в с станке, так и в устройстве.

Повреждения, которые приводят сразу к остановке станка с ЧПУ (из-за повреждения самого станка или устройства ЧПУ) или к недопустимым условиям его работы, являются причинами отказов его функционирования. Эти отказы являются следствием неправильных методов конструирования, изготовления станка или его эксплуатации.

Повреждения, которые не ограничивают возможности функционирования станка с ЧПУ, но приводят при его дальнейшей эксплуатации к снижению точности обработки, являются причинами его параметрических отказов (отказов по точности обработки). Параметрические отказы присущи любому сложному технологическому комплексу, каким является станок с ЧПУ.

Если более характерным для станка является параметрический отказ, то для устройства ЧПУ - отказ функционирования. Последний может проявляться в устройстве ЧПУ в виде: неиндикатируемых сбоев, которые не обнаруживаются в момент их возникновения; индикатируемых сбоев которые фиксируются системой ЧПУ в момент их возникновения с прекращением дальнейшей обработки программы управления; устойчивых отказов, которые приводят сразу к остановке станка с ЧПУ.

Таким образом, если индикатируемые сбои и устойчивые отказы устройства ЧПУ приводят к отказам функционирования станка с ЧПУ, то его неиндикатируемые сбои приводят к параметрическим отказам.

Неиндикатируемые сбои в станках с разомкнутыми системами ЧПУ проявляются в виде пропуска управляющих импульсов, что может иметь место в самих электрон­ных блоках устройства ЧПУ, при работе шагового электродвигателя и гид­роусилителя, а также в передаточных механизмах привода подачи (например, из-за наличия люфта в зубчатых пере­дачах и в передаче винт - гайка в момент реверса перемещения).

В станках с замкнутыми системами ЧПУ появление неиндикатируемых сбоев возможно из-за изменения параметров точности самого станка, датчика обратной связи, элементов блока ДОС в устройстве ЧПУ. Так, тепловые деформации базовых и перемещающихся элементов станка, упругие деформации, износ направляю­щих и другие погрешности станка мо­гут оказывать влияние на точность измерения датчиками обратной связи действительного положения рабочих органов. В этом случае ДОС будет передавать искаженную информацию о перемещении рабочих органов, что при­ведет к появлению неиндикатируемых сбоев и соответственно к параметри­ческому отказу станка с ЧПУ.

Наряду с непосредственным повышением точности станков с ЧПУ с применением новых механизмов в приводах подач (беззазорных зубчатых передач и редукторов, беззазорных шариковых винтовых пар), новых типов направляющих, снижающих потери на трение, а также повышением жесткости шпиндельного узла, опор ходового винта привода подач и других элементов станка, системы ЧПУ позволяют проводить компенсацию погрешностей как самого станка, так и погрешностей, возникающих в процессе обработки деталей. Первый метод заключается в проведении компенсации систематической составляющей погрешностей на основе априорной информации о погрешностях станка с ЧПУ или всей технологической системы (системы СПИД), полученной аналитическими расчетами или экспериментальными исследованиями (упругих деформаций, люфта в приводе подач, погрешностей инструмента, ходового винта и др.).

Компенсация может выполняться предыскажением программы управления на этапе программирования или в процессе эксплуатации редактированием программы управления, находящейся в памяти системы ЧПУ; путем программного ввода коррекций с пульта устройства ЧПУ (радиуса, длины и положения инструмента и др.).

Применение систем ЧПУ, построенных на базе мини-ЭВМ или микропроцессоров, позволяет путем использования постоянно действующих программ коррекции, заложенных в память устройства ЧПУ, проводить компенсацию накопленной погрешности шага ходового винта, зазоров в приводе подачи, тепловых деформаций. Причем такие возможности позволяют не только повысить начальную точность станка с ЧПУ, но и путем периодического измерения меняющихся погрешностей станка и их коррекции в памяти устройства ЧПУ поддерживать точность станка в заданном пределе в процессе эксплуатации.

При другом методе компенсация грешностей станка с ЧПУ осуществляется на основе: информации, поступающей непрерывно или прерывисто систем обратной связи с датчиками измеряющими начальные погрешности станка (например, геометрических параметров); погрешности, возникающие в процессе эксплуатации (например, вибрации, тепловые деформации, инструмента и др.); погрешности, вызываемые внешними воздействиями (температура, вибрации, припуск на заготовке, твердость обрабатываемого материала и др.); погрешности непосредственно обрабатываемых деталей (размеров, формы, шероховатости и др.).

Применение обратных связей усложняет станок с ЧПУ, но позволяет компенсировать не только систематическую, но и случайную составляющую погрешностей и проводить эту ксмпенсацию непрерывно в процессе эксплуатации. По такому методу работают самоприспособляющиеся (адаптивные) системы управления, которые позволяют компенсировать погрешности обработки, обусловленные таким случайными факторами, как колебания припуска на заготовке и твердости обрабатываемого материала, а также затупление режущего инструмент.

Необходимость рассмотрения станка с ЧПУ как единого технологического комплекса меняет не только задачи его конструирования, но также методы его контроля и приемки, методы эксплуатации, профилактики и ремонта.

Так, для станков с ЧПУ разработаны и применяются новые виды контроля их начальной точности, При работе станка с ЧПУ вхолостую определяется комплексный показатель начальной точности - погрешности позиционирования.

Комплексная проверка станка с ЧПУ в работе проводится путем обработки заданной детали (или нескольких различных деталей) на определенных режимах резания с регламентацией поручаемых размеров. Применяют также контроль точности станков с ЧПУ ощупыванием специального эталона по заданной программе и фиксации получаемых отклонений. Контроль надежности работы станка и устройства ЧПУ проводится при их непрерывной работе вхолостую по определенной тест-программе в течение заданного времени.

Применение станков с ЧПУ потребовало, учитывая их специфику, разработать рациональную систему их технического обслуживания, профилактики и ремонта. Большая сложность станков с ЧПУ и случайный характер их отказов в процессе эксплуатации создают большие трудности в поиске возникающих неисправностей, а также в определении причин из­менения точности обработки. Это приводит к длительным простоям дорогостоящего оборудования, каким являются станки с ЧПУ.

Современные системы ЧПУ позволяют проводить диагностику технического состояния станка и устройства ЧПУ, обеспечивают оперативную выдачу информации о возникающих неисправностях, а так же позволяют прогнозировать состояние как отдельных механизмов и блоков, так и станках с ЧПУ в целом с выдачей информации для проведения необходимых мероприятиях по техническому обслуживанию и ремонту.