4.6.4 Точность и надежность обработки заготовок в гпс

Под надежностью понимается свойство объекта сохранять установленную работоспособность и потребительские качества в течение длительного времени. Для оценки надежности установлен ряд показателей.

Применительно к автоматизированным обрабатывающим системам ГПС рассматривается обеспечение технологической надежности, под которой пони­мается свойство технологической системы находиться в работоспособном со­стоянии при установленной наработке в соответствии с требованиями норма­тивно-технической документации и регламентированными условиями производства.

На основании оценки надежности технологических систем производится.

• оптимизация технологических маршрутов, операций и режимов обработки;

• выбор средств технологического оснащения;

• установление периодичности замены режущего инструмента;

• установление такта выпуска изделий.

Критерием отказа по технологической надежности является наступление одного или одновременно нескольких событий:

• выход одного из показателей качества за пределы поля допуска;

• снижение ритма выпуска ниже установленного уровня;

• невыполнение установленного объема производства годной продукции;

• прекращение функционирования технологической системы, обусловлен­ное отказом одного из элементов средств технологического оснащения или внешними факторами;

• выход параметров или режимов технологического процесса за установ­ленные границы;

• превышение установленных нормативов по трудоемкости и себестоимости из-за состояния технологической системы.

В условиях ГПС обеспечение технологической надежности обработки за­готовки должно производиться на этапе подготовки производства путем про­гнозирования на основе математических моделей и на этапе обработки - путем автоматического управления технологической надежностью. На этапе обработ­ки заготовок для этого используются методы адаптивного управления процес­сом резания.

Прогнозирование обеспечиваемой точности представляет собой сложную задачу и может служить только для предварительной оценки, т.к. закономерно­сти, которым подчиняется изменение погрешностей обработки сложны, зависят от времени и большого числа случайных факторов, иногда связанных между собой функционально.

Обеспечение технологической надежности на этапе обработки связано с раз­мещением в рабочей зоне станка измерительных преобразователей, позволяющих

получить информацию о точностных параметрах обрабатываемых заготовок и со­стоянии основных элементов технологической системы, так как известные техно­логические приемы - многопереходная обработка, стабилизация свойств загото­вок, выбор соответствующих режимов и т.п. оказываются эффективными лишь при ограниченных требованиях точности изготовления деталей.

При ужесточении этих требований, например, для квалитетов IT5 и IT6, возрастает роль составляющих погрешностей обработки, обусловленных ошиб­ками начальной настройки инструмента, его износа, тепловыми деформациями технологической системы, ошибками установки инструмента при его автомати­ческой замене

Необходимое корректирование положения инструмента или рабочего орга­на станка осуществляется по результатам автоматического измерения геомет­рических параметров, частично или полностью изготовленных деталей, а также положения вершины режущего инструмента.

Основные задачи, решаемые системой автоматического управления точно­стью обработки в ГПС на основе измерений геометрических параметров загото­вок и инструмента:

• при закреплении заготовки проверяется правильность ее базирования и закрепления, чтобы предотвратить обработку неправильно ориентиро­ванной заготовки; одновременно можно осуществить идентификацию заготовки с целью вызова соответствующей управляющей программы;

• перед началом обработки заготовка измеряется для распределения припусков и определения точек встречи инструмента с заготовкой с целью оптимизации числа рабочих ходов и режимов обработки, сокращения времени рабочих ходов;

• перед чистовым рабочим ходом измеряются действительные размеры поверхностей для вычисления задаваемых глубин резания при чистовом рабочем ходе, чтобы обеспечить заданную точность изготовления пер­вой детали в партии или заданную точность единичной детали;

• в процессе резания при последнем рабочем ходе измеряется текущий раз­мер заготовки с минимальным запаздыванием по отношению к резанию с целью текущей коррекции положения инструмента в процессе резания;

• оценивается шероховатость обрабатываемой поверхности, чтобы изолировать брак и определить состояние инструмента;

• после обработки измеряется отклонение размера от заданного значения в одном сечении - с целью подналадочной коррекции положения инстру­мента при обработке партии заготовок, в ряде сечений по длине обра­ботки - с целью подналадочной коррекции программы обработки конту­ра при изготовлении единичной детали или партии деталей;

• первоначальная привязка режущих кромок к координатной системе станка;

• определение интенсивности изнашивания, текущего и накопленного износов и сравнение их с допустимыми величинами;

• подача команды на смену инструмента при его недопустимом износе или поломке;

• предналадочная коррекция положения инструмента по результатам измерений согласно первоначальной привязке режущих кромок к координатной системе станка или по результатам комплексных измерений из­носа инструмента и размера заготовки согласно измерениям отклонений размера от заданного значения после чистового рабочего хода.

Независимо от типа применяемых преобразователей измерения заверша­ются выдачей сигналов, выражающих отклонения действительных размеров за­готовки или детали и положения инструмента от заданных значений. Эти сиг­налы преобразуются для управления точностью обработки, разбраковки деталей и оценки состояния инструмента.

Структура САУ точностью должна включать:

• информационное обеспечение;

• программно-математическое обеспечение;

• аппаратное обеспечение.

В информационное обеспечение входят:

1) Априорные (исходные) данные:

• о систематических погрешностях. Эти данные заносятся в энергонезависимое оперативное запоминающее устройство ЧПУ;

• данные, задаваемые в управляющей программе (перечень измеряемых параметров и периодичность их измерения, предельные и заданные зна­чения измеряемых параметров и т.п.);

2) Текущие данные, получаемые в результате выполнения измерительных операций при реализации функций системы, а также при измерении положения рабочих органов станка перед началом цикла обработки.

Программно-математическое обеспечение включает в себя программы:

• реализующие алгоритмы выполнения измерительных операций и алгорит­мы преобразования результатов измерений в корректирующие воздействия, в оценки некоторых параметров качества деталей, процесса изнашивания инструмента, сигналы на смену инструмента, о наступлении аварийной ситуации;

• регламентирующие последовательность измерительных, логических и вычислительных операций, выполняемых системой;

• оптимизации последовательности и объема измерительных и вычисли­тельных операций. Эти программы используют как априорные данные, так и текущую информацию, возникающую в процессе обработки дан­ной партии заготовок.

Программно-математическое обеспечение должно содержать алгоритмы и программы, позволяющие выполнить следующие функции:

• аттестацию датчика детали и привязку его к системе координат;

• измерение датчиком детали координат щупа датчика инструмента в его измерительной позиции;

• измерение датчиком инструмента координат вершин режущих инстру­ментов;

• контроль биения заготовки, установленной роботом (для токарного станка), и организация перезажима при недопустимом биении и др.;

• измерение датчиком детали координат наружных, внутренних и торце­вых поверхностей заготовки;

• уточнение значений корреции по результатам измерения размеров заготовки (подналадка);

• вычисление отклонений размеров заготовки, сравнение с заданными границами поля допуска.

В аппаратное обеспечение входят:

• измерительные устройства, которые реализуют текущее информационное обеспечение. Эти функции выполняют датчики размеров детали и инструмента;

• системы вычислительных устройств, осуществляющих преобразование ис­ходной и текущей информации в корректирующие воздействие или в ука­занные выше оценки и сигналы. Эти системы могут принадлежать устрой­ствам ЧПУ, либо входят в состав специальных интерфейсных блоков или ЭВМ верхнего уровня;

• устройства, реализующие корректирующие воздействия или сигналы Они принадлежат системе ЧПУ или электроавтоматике станка с ЧПУ.

Оснащение станков ГПС измерительными средствами дает возможность:

• осуществлять автоматический контроль на станке и соответствующую коррекцию по результатам измерения;

• реализовать на станке гибкие технологические циклы для достижения требуемой точности;

• получить информацию о точности установки заготовки и спутника, о точ­ности установки режущего инструмента и его размерном износе;

• определять фактические размеры заготовки для автоматического опре­деления количества рабочих ходов и соответствующих режимов обра­ботки;

• сократить трудозатраты, связанные с переустановкой детали на координатно-измерительную машину и обратно на станок для последующей обработки с учетом коррекции.