книги из ГПНТБ / Адаптивное управление металлорежущими станками

случае возможны поломки, если выход инструмента на заданную глубину резания осуществляется одновременным движением по двум осям (X и Z), а соотношение скоростей по этим осям в соче­ тании с реальным быстродействием системы ведет как к значи­ тельным превышениям нагрузок, так и к «врезанию» в заготовку державки' резца. Обработка паковок с большими перепадами диа-

-метров предъявляет повышенные требования к системе СПТ, осо­ бенно к датчикам и приводам перемещений.

Исходная программа, вводимая в систему программного управ­ ления совместно с дополнительной программой, формируемой си­ стемой СПТ, и обеспечивающая получение годной детали, должна включать, как минимум, описание траектории перемещения инст­ румента, необходимое для обработки ОЧК (случай, когда объем этой части программы может быть сокращен, здесь не рассматри­ вается). Кроме этой информации, программа должна содержать

программирования режимов), исходная программа должна вклю­ чать дополнительную информацию и для этой системы. Если адап­ тивная система регулирования режимов аналоговая, а программа вводится в кодированном виде, то необходимы специальные анало­ гоцифровые и цифроаяалоговые преобразователи. Это ведет к уве­ личению количества адресов и объема памяти ввода и усложняет систему программного управления, что нужно учитывать при раз­ работке алгоритма.

Особенно важен способ ввода координат ОЧК, так как про­ грамма ОЧК должна вводиться в систему столько раз, сколько проходов требуется для обработки детали. Это требование ведет к замене обычных лентопротяжных механизмов, применяемых в си­ стемах ЧПУ, реверсивными с добавлением блоков поиска нужного кадра. Только в системе АСЕМА [95] за счет оригинального алго­ ритма (пригодного только для работы с прямоугольной системой ЧПУ) используется обычный механизм, но при этом увеличены потери времени на холостые перемещения. С учетом требований к исходной программе и способу ее ввода интерес представляют си­ стемы ЧПУ, разработанные специально для работы с системами СПТ, так как в таких системах возможно выполнение ряда функ­ ций в одних и тех же блоках.

При обработке деталей из поковок возможны случаи, когда не­ которая часть заготовки уже обработана в данном проходе по ОЧК, а другая часть еще нет. Желательно, чтобы в следующем проходе инструмент не проходил обработанные поверхности, для чего требуется запоминание соответствующей информации, напри­ мер, координат «встречи» и «отрыва» от ОЧКТак как таких коор­ динат может быть несколько и объем памяти для их запоминания

велик, фирмами разработаны упрощенные варианты, решающие поставленную задачу частично.

В системах ЧПУ с относительным отсчетом мет единой размер­ ной базы, и все перемещения отсчитываются от предыдущего по­ ложения инструмента; если это положение не известно, работа становится невозможной. Так как все системы ЧПУ (кроме систе^ мы АСЕМА) основаны именно на таком принципе, во избежание потери информации в системы ОПТ приходится вводить специаль­ ные блоки «абсолютного» отсчета, определяющие текущее положе­ ние инструмента относительно некоторой базы, положение которой известно. Тем не менее относительный отсчет в системе ЧПУ мо­ жет привести к появлению дополнительных холостых перемещений для'возврата в исходное положение, не нужных при абсолютном отсчете (см. алгоритм фирмы Siemens).

При обработке цилиндрических и торцовых поверхностей изме­ няется направление движения, уменьшающего глубину резания: при обработке цилиндра таким движением является движение по оси X, а при обработке торца — движение по оси Z. Система ОПТ должна это учитывать. В ряде случаев при переходе с обточки наружной поверхности на расточку внутренней также приходится изменять алгоритм отхода за счет изменения направления движе­ ния при этом отходе: при точении — в сторону + Х, а при расточ­ ке — иногда в сторону—X.

Алгоритмы известных систем СПТ рассматриваются ниже.

А л г о р и т м с и с т е м ы С П Т ф и р м ы Siemens. Впервые само­ программирование траектории было реализовано в системе фирмы Siemens (ФРГ) к токарному станку фирмы Gildemeister (31, 33, 94]. Система выполнена на базе стандартного устройства ЧПУ модели «Sinumerik-320» с шаговым приводом и относительной системой от­ счета с дополнением к ЧПУ адаптивной системы регулирования режимов резания путем стабилизации мощности резания (ССМ)

исистемы ОПТ, смонтированных в отдельном шкафу.

Вматериалах фирмы приведены два алгоритма работы сис­

темы.

На рис. 103 показан цикл обработки детали из цилиндрической заготовки по алгоритму 1. Инструмент из исходного положения А ускоренно перемещается по программе в точку Б и затем в точ­ ку 0.

В точке 0 включается система СПТ и считываетя первый кадр' программы ОЧК; инструмент движется по программе первого кад­ ра. Если при врезании в деталь (точка а) ССМ выдает сигнал о том, что глубина резания больше допустимой {t>tnÿep}, движение по оси Z прекращается и инструмент отходит от ОЧК по оси X в точку Ь, соответствующую допустимой глубине резания. Способ формирования сигнала о выходе на заданную глубину резания ос­ вещен недостаточно четко [96].

Отход от ОЧК по оси Л' осуществляется с помощью дополни­ тельного генератора. Факт отхода от ОЧК в данном проходе запо­ минается с тем, чтобы вернуть инструмент для обработки оставше­ гося припуска. В точке b вновь включается продольная подача. Дальнейшее движение инструмента производится с учетом как программы ОЧК, так и действительного положения инструмента по оси X относительно ОЧК.

Алгоритм работы СПТ построен таким образом, что в ходе пе­ ремещения инструмента ведется непрерывное сравнение действи­ тельного диаметра точения с диаметром, определенным по програм­ ме ОЧК. Если действительный диаметр больше заданного, выход с интерполятора на привод по оси X закрыт и инструмент переме­ щается только по оси Z. Сравнение диаметров ведется при вводе каждого следующего кадра программы, причем учитывается диа­ метр точения, который соответствует полной отработке перемеще­ ния по оси X, заданного в этом кадре.

Если после ввода какого-то кадра выясняется, что действитель­ ный диаметр меньше диаметра, который должен быть в конце от­ работки этого кадра, выход с интерполятора на привод по оси А снова открывается и инструмент перемещается согласно програм­ ме ОЧК, иногда с некоторым сдвигом по оси X относительно исг

ОЧК инструмент сначала отводится от детали по оси X на величи­ ну Х0, а затем ускоренно возвращается (сначала по оси Z, а затем по оси X) в точку 0. Одновременно программная перфолента ре­ версируется и устанавливается на кадр начала ОЧК.

Во втором проходе (после врезания, выхода на допустимую глубину резания в точку d и последующего перемещения по анало­ гии с первым проходом) инструмент впервые встречается с ОЧК в точке, е и далее перемещается по ОЧК. Номер кадра встречи (в данном случае кадр 7) запоминается и используется при формиро­ вании команды возврата в следующем, третьем, проходе. Второй проход (как и первый) заканчивается после обработки последнего (8-го кадра) программы ОЧК.

В третьем проходе при вводе кадра 5 (в точке g) система опре­ деляет, что при отработке этого кадра инструмент может встре­ титься с ОЧК; номер этого кадра запоминается, а дальнейшее дви­ жение осуществляется по программе, и инструмент перемещается по контуру, смещенному относительно ОЧК на величину Хом. Это движение продолжается до выхода на диаметр, определенный про­ граммой кадра 5 (точка й); далее инструмент перемещается толь­ ко по оси Z. В третьем проходе в точке К при вводе кадра 7, но­ мер которого хранится уже в памяти как номер кадра встречи с ОЧК во втором проходе, формируется команда на прекращение третье­ го прохода и возврат на начало следующего.

Алгоритм работы ОПТ предусматривает прекращение данного прохода и возврат инструмента в исходное положение (точку 0) либо сразу же после ввода кадра, номер которого хранится в па­ мяти как кадр встречи с ОЧК в предыдущем проходе и в котором задано перемещение только по оси X (прямой торец), либо только после отработки перемещения, заданного в кадре встречи, если оно должно вестись по обеим осям (конус, фасонная поверхность). Последний случай в рассматриваемом примере имеет место в точке й в четвертом — шестом проходах.

Дальнейшее перемещение инструмента осуществляется анало­ гично описанному выше.

Конец обработки ОЧК фиксируется либо по команде об окон­ чании прохода в конце программы при условии, что в начале дан­ ного прохода не было команд отхода от ОЧК по сигналу превыше­ ния допустимой глубины резания, либо по номеру кадра встречи с ОЧК в предыдущем проходе при том же условии.

При обработке деталей из нецилиндрических заготовок, на­ пример, поковок с конусом (ем. рис. 102, б) алгоритм работы СПТ отличается от описанного выше (вариант II). Согласно этому алго­ ритму, в местах, где припуск больше допустимой глубины резания, инструмент движется параллельно контуру заготовки. Такой ха­ рактер движения осуществляется по сигналам CGM с помощью того же генератора, который используется для выхода инструмен­ та на допустимую глубину резания в начале прохода,; Движение по программе ОЧК начинается с момента непосредственной ветре-

чи инструмента с ОЧК вне зависимости от того, задано ли в кадре перемещение по осям X и Z (ікак в варианте /) или нет; кроме то­ го, во всех черновых -проходах инструмент проходит от начала до конца -контура.

На основании имеющихся материалов можно сделать следую­ щие -предположения:

выход инструмента по оси X на начало прохода, т. е. на допу­ стимую глубину резания, определяется по уровню нагрузки в про­ цессе -подрезки торца; движение по оси X прекращается, когда на­ грузка становится меньше -некоторой заданной величины. Такой способ возможен при обратной подрезке резцами с главным углом в плане ф>90°. Точность выхода на допустимую глубину резания зависит от стабильности величины врезания инструмента в деталь по оси Z (Ô на рис. 103), качества привода, чувствительности устройства для измерения силового параметра резания, качества торца заготовки, постоянства геометрии инструмента и свойств материала заготовки;

для работы системы ОПТ необходимо вычисление и определе­ ние знака разности АХ между текущим положением инструмента

в системе предусмотрены различные алгоритмы ОПТ для обра­

работки информации, заданной в кадре встречи (например, чет­ вертый, пятый и седьмой проходы на рис. 103). В варианте II так­ же имеются потери времени из-за перемещения в каждом проходе всей длины ОЧК независимо от наличия уже обработанных участ­ ков ОЧК;

во избежание ненужных остановок информация об ОЧК, вво­ димая программой, должна оцениваться в системе СПТ до поступ­ ления ее в интерполятор;

для возврата на начало следующего прохода в системе ОПТ должно быть предусмотрено формирование и запоминание абсо­ лютных текущих координат положения инструмента по X и Z, отсчитанных от одной базы в точке 0;

-считывающее устройство должно иметь автоматический реверс перфоленты с поиском кадра начала ОЧК;

так как положение инструмента в конце полной обработки по ОЧК при работе по алгоритму 1 заранее неизвестно, для возврата суппорта в положение смены инструмента или исходное положение требуются дополнительные устройства;

реализация обоих алгоритмов требует сложной системы ОПТ, включающей устройства памяти и сравнения, блоки управления циклом и другие устройства, охваченные большим числом связей с системой ЧПУ; это затрудняет встройку системы ОПТ в серий­ ную систему ЧПУ.

А л г о р и т м с и с т е м ы С П Т А С Е М А . В ГДР для управле­ ния токарным станком разработана система АСЕМА, выполненная на базе прямоугольной системы ЧПУ с абсолютным отсчетом ко­ ординат и датчиками обратной связи [54, 95]. В системе имеется устройство для автоматического регулирования подачи по измеря­ емой датчиком величине тангенциальной силы резания. Алгоритм системы СПТ АСЕМА предусматривает уменьшение скачком глу­ бины резания при t> t nред и возврат инструмента для нового прохо­ да в точку отхода от ОЧК.

Принцип работы системы поясняется на примере обработки де­ тали (рис. 104) из конической заготовки с припуском в начале ОЧК, не превышающим удвоенное значение некоторой средней глу­ бины резания tcp, для которой рассчитывается исходные режимы

Рис. 104. Схема алгоритма системы СПТ АСЕМА (вариант /)

резания и уставка измеряемой силы резания (тангенциальной составляющей). Сигнал о превышении величины tcр выдается си­ стемой при снижении подачи на 50% относительно ее расчетной величины. По этому сигналу (точки а, с и т. д.) прекращается пере­ мещение по оси Z и включается перемещение по оси X на величи­

следующей ступени осуществляется только после обработки преды­

ОЧК детали и далее над началом каждой ступени ОЧК не может

установка инструмента на начало любого прохода осуществ­ ляется но автоматическому циклу смещением инструмента в нап­ равлении оси X либо от точки 0', либо от уровня окончания преды­ дущего прохода на величину t0, равную предельной глубине реза­ ния (по длине режущего лезвия) и задаваемую на переключателях пульта управления;

действительная глубина резания изменяется в проходе в сторо­ ну уменьшения либо до снижения измеряемой датчиком силы ре­ зания на заданный уровень, либо до снижения вибраций, измеряе­ мых специальным устройством, на заданный допустимый уровень; величина 00' задается при программировании и сравнивается с суммарной величиной действительного смещения по оси X от точки О' с тем, чтобы в новом проходе инструмент не выходил за преде­

лы ОЧК; во всех промежуточных черновых проходах (кроме последнего)

при отсутствии команд на изменение глубины инструмент переме­ щается только по оси Z;

окончание каждого предварительного чернового прохода фикси­ руется в момент встречи инструмента с ОЧК; команда на возврат для нового прохода поступает с некоторой постоянной задержкой по времени, в результате которой инструмент проходит по про­ грамме от точки встречи еще некоторый участок ОЧК, обеспечи­ вающий при возврате положение инструмента над поверхностью, обработанной в проходе. Ступени, образующиеся на контуре от предварительных черновых проходов (на рис. 106 заштрихованы), снимаются в последнем черновом проходе по ОЧК;

последний черновой проход фиксируется по достижении точки 0, т. е. при выходе инструмента на ОЧК в начале прохода;

окончание последнего прохода всегда совпадает с концом про­ граммы ОЧК, что упрощает переход на следующую программу.

Система достаточно проста по структуре. Материалы фирмы не дают представления о возможности обработки деталей произволь­

ной формы из произвольных заготовок, а также о работе системы в случае, когда в последнем проходе инструмент отходит от ОЧК по сигналам предельных значений силы резания или вибраций.

из цилиндрических заготовок [98].

Принцип работы системы СПТ поясняется на рис. 107. В этой системе начальные диаметры проходов (Б, В, Г) программируют­ ся в предположении, что диаметр заготовки равен Ьзаг, а глубина резания должна быть равна tQ. После врезания в деталь глубина резания уменьшается, если действительная сила резания больше установленного предельного значения (при некоторой фиксирован­ ной подаче).

Для следующего прохода инструмент возвращается в исходную точку А, после чего переходит на начало нового по программе. Окончание проходов и обработки аналогично принятому в системе Siemens (по номеру кадра встречи с контуром).

А л г о р и т м ы с и с т е м ы С П Т Э Н И М С а . Как видно из пре­ дыдущих описаний алгоритмов различных систем СПТ, выход на начало прохода осуществляется либо от заданного диаметра заго­ товки на величину /0 с последующей коррекцией фактической глубины по величине силы резания (системы «Fanuc», AEG), либо по вели­ чине силы резания при подрезке торца (система «Siemens»), В системе АСЕМА (вариант I) глубина резания не программи­ руется, но величина припуска не должна превосходить удвоен­ ной величины расчетного значения. Алгоритм системы «Siemens», как указывалось, предъявляет высокие требования к измеритель­ ным средствам. Поэтому в первых образцах систем ОПТ алгорит­ мы типа «Fanuc» и AEG предпочтительнее. Для адаптивных систем

управления станками токарной группы в ЭНИМСе разработаны алгоритмы работы систем ОПТ, расширяющие технологические возможности систем и повышающие эффективность обработки по сравнению с алгоритмами системы «Siemens» и другими. Обяза­ тельным условием при разработке алгоритмов было единство структуры системы ОПТ для обработки деталей из заготовок раз­ личных форм. При обработке деталей из проката с небольшим разбросом диаметров заготовок в партии может быть использован алгоритм I {99], который позволяет осуществлять самопрограмми­ рование траектории черновых проходов без использования датчи­ ков силовых параметров резания. Схема обработки по этому алго­ ритму показана на рис. 106.

Контур заготовки

Рис. 108. Схема алгоритма системы СЛТ ЭНИМСа (вариант I)

После прихода по программе в точку 0 начала ОЧК инстру­ мент либо перемещается на быстром ходу на вычисляемую величи­

До — задаваемая величина допустимого превышения глубины реза­ ния в начале прохода). Величина Д0 в проходе является также ве­ личиной допустимого остатка припуска от черновых проходов, сни­ маемого в чистовом проходе.

Величины бзап t0 и До задаются оператором, что связано с не­ обходимостью их изменения при вариациях условий обработки, например, при больших колебаниях припуска и др. Номер прохода вычисляется самой системой.

После перемещения инструмента на величину ХНі начинается обработка по программе с одновременным вычислением разности