книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

равления. Программой в этом случае задается траектория и ско­ рость движения измерительного (а не режущего) инструмента от­ носительно контролируемой детали. Использование программного управления позволяет измерять изделие как дискретно, в заранее выбранных точках, так и непрерывно по всей поверхности. Напри­ мер, по данным, опубликованным в английской печати, около 90% продукции общего машиностроения может контролироваться с помощью систем с программным управлением. Однако при созда­ нии таких систем возникают значительные трудности, связанные с необходимостью обеспечить высокую точность их работы. Спе­ циальные меры, обычно принимаемые для повышения точности ра­ боты станков с программным управлением, оказываются недоста­ точными, особенно, если учесть, что измерение изделий должно при­ мерно на порядок превышать точность их обработки.

В существующих системах автоматического контроля необходи­ мая точность обработки программы достигается за счет высокой точности изготовления отдельных деталей, образующих кинемати­ ческие цепи системы, и их сборки, применения безлюфтовых пере­ дач и т. п. Однако осуществление этих мер значительно повышает себестоимость средств и, кроме того, не позволяет устранить дина­ мические погрешности и погрешности, возникающие из-за темпе­ ратурных деформаций системы.

В системах активного контроля, построенных по замкнутой схе­ ме, также возникают трудности, вызываемые в основном погреш­ ностью из-за значительного запаздывания сигнала в цепи обратной связи.

Для повышения точности измерений в ряде случаев можно ис­ пользовать самоподнастраивающиеся системы программного управ­ ления. Такие системы позволяют корректировать расчетную (ис­ ходную) программу путем компенсации ее систематических погреш­

применения подобных систем зависит прежде всего от соотношения систематических функциональных и собственно случайных погреш­ ностей. Несмотря на различие систем программного управления, которые требуют задания подробной программы действия заранее, и самонастраивающихся систем, в которых характер действия изме­ няется в процессе работы, можно объединить обе эти системы, ис­ пользовав положительные свойства каждой из них. Такой подход потребует отказа от жесткого детального программирования рабо­ ты системы заранее. Система в этом случае должна иметь воз­ можность автоматически производить в процессе работы коррек­ цию программы, видоизменять ее, осуществляя, таким образом,

308

Примером применения подобного рода систем может служить самоподнастраивающаяся система программного управления, раз­ работанная на базе специального станка с цифровым управлением, который предназначен для фрезерования лопаток турбореактивного двигателя [81]. Система управления станком построена по разомкну­ той схеме с использованием электрических шаговых двигателей. Из­ мерительное устройство закрепляется в шпинделе станка и в про­ цессе измерения перемещается относительно лопатки по трем координатам, управляемым программой. Информация о погрешно­ стях обработки программы по всем координатам в данной системеотводится этим же измеритель-

грамма по другой оси и, наконец, по третьей. Коммутации, необхо­ димые для поочередной перезаписи программ по различным координатным осям системы, обеспечиваются тремя переключате­ лями. После корректирования программы по всем координатным осям ее используют для измерения изделий. Описанная система, корректирующая расчетную программу обработки последующих из­ делий на основе информации, полученной при обработанных изде­ лиях данной партии, позволяет компенсировать систематические (функциональные) погрешности двух видов: изменяющиеся при переходе от одного изделия к другому и изменяющиеся по перимет­ ру или поверхности каждого отдельного изделия.

В системах функционального типа задача подготовки программ обработки сводится к определению и обеспечению требуемой траек­ тории движения режущего инструмента, которая не может быть рассчитана и запрограммирована из-за отсутствия точного описания кривой обрабатываемого профиля пера турбинных лопаток.

зоа

На рис. 137 представлена структурная блок-схема самоподнастраивающейся замкнутой цифровой системы программного управле­

через считывающее устройство СУі с программоносителя — магнит­

самонастройки решается также задача коррекции программы, свя­ занная с тепловыми и упругими деформациями узлов станка и об­ рабатываемого изделия.

Самоподнастраивающиеся системы находят все большее приме­ нение в системах для автоматической оптимизации установки (на­

ка [26]. В этом случае заготовку детали следует расположить так, чтобы припуск на обработку оказался бы одинаковым или близким к одинаковому. В системе для автоматического распределения при­ пусков (АРП) заготовка со всех сторон контролируется индуктив-

310

Рис. 137. Структурная схема самоподнастраивающейся замкнутой цифровой си­ стемы программного управления для чистовой обработки профиля турбинных лопаток:

311

ными датчиками (их всего 16—22) с увеличенными рабочими хо­ дами. Датчики первоначально устанавливаются на нуль по образ­ цовой детали. Когда на станок устанавливается заготовка, то пока­ зания датчиков отклоняются от нуля. В качестве критерия опти­ мального положения заготовки принята величина наименьшего при­ пуска, которая затем максимизируется. Эта максимизация наи­ меньшего припуска в системе АРП выполняется перемещением за­ готовки по необходимому числу степеней свободы. Отправным принимается положение заготовки, определяемое ее техническими базами. Всего имеется шесть степеней свободы, пользуясь которыми заготовки можно перемещать в трехмерном пространстве коорди­ нат рабочей базы и траектории инструмента.

внешних возмущений и собственных параметров систем на динами­ ческие характеристики процесса управления обработкой детали может быть частично или полностью скомпенсированным. Форми­ рование таких систем управления на основе применения теории инвариантности производится при отсутствии априорной информа­ ции о характере внешних возмущений и изменений параметров обрабатываемой детали. Созданные таким образом ССПУ станка­ ми будут обладать высокими показателями точности и качества, а также в меньшей степени подвержены влиянию различного рода помех.

§ 39. С Л Е Д Я Щ И Е СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО Р Е Г У Л И Р О В А Н И Я ТОЧНОСТИ ФОРМЫ

Вопросы точности образования формы, как и вопросы точности получения размеров, имеют важное значение для качества выпус­ каемых изделий.

В большинстве случаев отклонения от правильной формы зави­ сят от начальной неточности отдельных элементов станка и от не­ точности формы обрабатываемых заготовок, поэтому автоматиче­ ская компенсация погрешностей формы с помощью систем актив­

312

сация конусности особенно важна при обработке длинных деталей. Решение этой проблемы открывает, например, возможность одношпиндельной обработки длинных ступенчатых валов.

Рассмотрим некоторые принципиально возможные методы авто­ матической компенсации конусности. На рис. 138 изображена схема автобалансного метода. Обрабатываемая деталь контролируется двумя индуктивными приборами L t и L 2 , установленными по краям детали. Катушки индуктивных датчиков включены в плечи электри­ ческого моста.

При возникновении конусности мост выходит из равновесногосостояния и в его диагонали возникает напряжение AU, которое

через усилитель У и фазовый детектор ФД поступает в обмотку реверсивного электродвигателя М. Вращение вала электродвигате­

в состояние баланса, которое наступает в тот момент, когда разме­ ры детали в контролируемых сечениях становятся одинаковыми.

На рис. 139 изображена схема автоматической компенсации ко­ нусности с применением пневматической измерительной системы. Данная система используется при шлифовании в автоматической линии по обработке шлицевых валов. Станок работает методом вре­ зания. Два связанных между собой сильфонных датчика получаютимпульсы от двух измерительных пневматических устройств, рас­ положенных по краям измеряемой детали. При черновом шлифова­ нии на поверхности детали образуется начальный конус, угол ко­ торого составляет несколько минут.

313-

расположен эксцентрично по отношению к оси пиноли. При поворо­ те пиноли (гидравлическим способом) начальный конус постепен­ но «выбирается». Команда на прекращение поворота подается при замыкании контакта датчика 2. Последний настроен таким образом, что замыкание его контакта происходит при равенстве размеров детали в контролируемых сечениях. Процесс обработки прекращает­ ся при замыкании второго контакта датчика /.

Особенно существенно влияют на искажение формы изношен­ ной поверхности неравномерный износ направляющих, ходовых винтов, кулачковых механизмов, кулис и других элементов станков.

Износ узлов и элементов машин — наиболее характерное след­ ствие медленно протекающих процессов. Износ снижает техниче-

Рис. 140. Принципиальная схема автоматической компенсации износа направляющих

ские характеристики станков, и в первую очередь точность обра­ ботки.

В качестве примера рассмотрим метод автоматической компен­ сации положения суппорта при износе его направляющих, разрабо­ танный А. С. Прониковым.

Суппорт 3 (рис. 140) имеет направляющие в виде пластмассо­ вых вставок 8, помещенных в стаканы 7. При перемещении по на­ правляющим станины 6, которые практически не изнашиваются, суппорт изменяет свое начальное положение в результате износа вставок 8.

Для контроля за положением суппорта служат штифты 4, кото­ рые при опускании воздействуют на датчики 5. Датчики установле­ ны таким образом, что их мерительные штифты контролируют раз­ меры, т. е. положение суппорта 3 по отношению базовой направ­ ляющей 6.

При опускании суппорта ниже размера h датчик путем подачи пластмассовой вставки 8 на небольшую величину дает команду об автоматической компенсации износа. Для этого в автокомпенсато-

314

ре предусмотрен винт 1 и поршенек 2 или какое-либо иное устрой­ ство, обеспечивающее периодическую подачу вставки 8 и восстанов­ ление за счет этого положения суппорта 3.

Если система выполнена с ручной компенсацией износа, то датчики и механизмы регулирования отсутствуют. В этом случае размер h периодически проверяют обычными мерительными сред­ ствами, а положение суппорта восстанавливают поворотом винта /.

Известные способы уменьшения погрешностей шага винтовых поверхностей в процессе обработки с помощью коррекционных ли­ неек, эталонных винтовых пар и другие способы не предусматрива­ ют внесение коррекции непосредственно по результатам измерения винтовой поверхности. Этого недостатка лишена разработанная в ОКБ подналадочная система управляющего контроля к токарновинторезному станку (рис. 141).

В системе подналадочные перемещения инструмента / осуществ­ ляются по сигналам датчика 4, установленного на резцовом суп-

порте 2 через блок преобразователя 6. Измерительный щуп 5 датчи­ ка касается обрабатываемой винтовой поверхности изделия 3 с не­ которым смещением по фазе по отношению к инструменту. В систе­ ме, разработанной ОКБ, смещение устанавливалось 180°. Сигнал рассогласования, получаемый от датчика через блок преобразова­ теля, передается на исполнительный механизм, представляющий блок реверсивного электродвигателя с винтовой передачей, шаг ко­ торой равен 4 мм. Перемещение от винта исполнительного механиз­ ма передается на рычаг коррекционного устройства станка и через него на каретку с инструментом с уменьшением в 200 раз. Испыта­ ния системы показали, что нестабильность срабатывания исполни­ тельного механизма составляет 5°, что соответствует у 7 2 части оборота. При пересчете на погрешность перемещения инструмента это составляет 0,3 мкм.

Принципиально автоматическая компенсация отклонений от пра­ вильной геометрической формы возможна, когда в технологической системе есть соответствующий подвижный компенсатор (регулиро-

315

вочный элемент). С этой точки зрения автоматическое регулирова­ ние точности формы вполне возможно, например, при обработке конических поверхностей.

§ 40. СИСТЕМЫ С ФИКСАЦИЕЙ П О Л О Ж Е Н И Я И С П О Л Н И Т Е Л Ь Н Ы Х ОРГАНОВ СТАНКОВ

Известные устройства периодического перемещения рабочих ор­ ганов станков не обеспечивают стабильности микроперемещений из-за люфтов и мертвых зон в кинематике таких механизмов. Повы­ шение же точности их работы и чувствительности к микропереме­ щениям связаны со значительными трудностями. Применение подналадочных систем, основанных на использовании результатов непосредственного измерения текущего критерия качества, ограни­ чено из-за значительных порогов чувствительности исполнительных механизмов станка, так как обычно при высокой точности обработ­ ки размах мгновенного поля рассеяния соизмерим с полем до­ пуска, а порог чувствительности может превышать величину им­ пульса подналадки.

Повышение точности и надежности исполнения рабочими орга­ нами станка величины подналадочного перемещения может быть достигнуто при использовании систем с дополнительной обратной связью и контролем положения исполнительных органов станка. При использовании таких систем подналадочный цикл должен прекращаться в момент достижения равенства величины поднала­ дочного перемещения и действительного отклонения размера об­ рабатываемых изделий.

Однако практически в станках весьма трудно осуществить до­ полнительную обратную связь по перемещению исполнительных ра­ бочих органов из-за отсутствия стабильно действующих и обладаю­ щих достаточной точностью и чувствительностью датчиков линейных перемещений. Д а ж е при наличии таких датчиков упругие деформа­ ции и зазоры в приводе, особенно в последнем его звене винт — гайка, не позволяют получить гарантированных точных перемеще­ ний рабочих органов станка в тех случаях, когда датчики обрат­ ной связи соединены с ходовыми винтами. Если же они соединены непосредственно с перемещаемыми столами, суппортами или баб­ ками станков, то после каждого установочного или подналадочного перемещения необходимо изменять базовый (опорный) сигнал, по которому осуществляется сравнение задания величины перемеще­

. 316

для бесцентрово-шлифовального станка «Мультимат-300», обеспе­ чивающая повышение надежности отработки рабочими органами станка задающего (обусловленного программой) и возмущающего (обусловленного сигналом коррекции) воздействий при автомати­ ческом регулировании процесса шлифования [163].

На рис. 142 показана структурная блок-схема этой системы, которая включает в себя цепи чувствительного элемента ЧЭ и сер­ вопривода СП, а также блок сравнения 2 и объект регулирования

ОР.

Принцип действия системы заключается в том, что заданная программой установочная величина критерия качества (напряжение

Рис. 142. Структурная блок-схема системы автоматического ре­ гулирования непрерывного действия для бесцентрово-шлифо­ вального станка «Мультимат-300»

после фазочувствительного усилителя У2 поступает на исполнитель­ ный двигатель Д, связанный через редуктор Р и передачу винт—гай­ ка ВГ с регулирующим органом РО (бабкой станка). Таким обра­ зом, перемещение инструмента обусловливается сдвигом обмоток элементов задатчика перемещений ЗП при повороте на угол а вала шагового двигателя ШД. Сравнение величин £/3 и £/д производится с периодом, определяемым временем полного заполнения преобра­ зователя АКП.

I

317

1

I