книги / Надежность и диагностика технологических систем

Рис. 14.7. Алгоритм функционирования робота при структуре РТК повышенной информативности

Датчики внутренней информации используются для контро­ ля за параметрами, обусловливающими надежность функцио­ нирования оборудования (станков с ЧПУ, роботов) — контроль температуры, давления, силы, вибраций и др.

Датчики внешней информации бывают контактные (тактиль­ ные, силомоментные, проскальзывания) и бесконтактные (рас­ стояния, обнаружения, локационные). Тактильные датчики по­ зволяют определить момент соприкосновения схвата с деталью,

определится как отношение площади сектора ABCD к площади квадрата ОАВС:

4 )

Вероятность брака Рбр будет равна нулю (т.е. центр отверстия будет в секторе OADC) при условии, что ДХП03 = Апоз <0,75.

Таким образом, при обработке отверстий с межцентровыми расстояниями, расположенными под углом а к осям координат станка X и У, необходимо линии центров при ориентировании и установке заготовок совмещать с направлениями одной из осей X или У. В этом случае запас по точности обработки увели­ чивается на 41 % , а вероятность появления брака снижается на 21 % . Погрешности Абр следует учитывать также и при сборке деталей.

Рассмотрим повышение надежности технологических про­ цессов путем подачи подналадочных импульсов.

Пример. Рассчитаем количество подналадочных импульсов для ав­ томатического управления точностью обработки.

Р е ш е н и е .

Рассчитаем количество подналадочных импульсов для следующих условий обработки (рис. 14.10, а): 5 = 100 мкм — общий допуск на об­ работку; +Д = 50 мкм — половина допуска 5, расположенного от запро­ граммированной точки 2 в направлении «от заготовки»; +5И= 25 мкм — резерв на износ резца; -А = 50 мкм — половина допуска 5, расположен­ ного от запрограммированной точки 2 в направлении «к заготовке».

При обработке траектория резца отличается от запрограммирован­ ной. Резец вначале смещается из точки 2 в точку 3 (из-за погрешностей станка), а затем — в точку 4 (из-за износа резца). Итак, предельно до­ пустимый износ резца по передней грани Лп равен резерву на износ, т.е. hn= +5И= 25 мкм = 0,025 мм (рис. 14.10, б). Допустимый предельный из­ нос резца по задней грани Лпр = 1,2 мм (для быстрорежущей стали). За­ дача управления — не допустить выхода резца из установленной зоны 5И= 25 мкм (0,025 мм).

Определим величину износа резца по задней грани Л3, соответствую­ щей величине 5И= 25 мкм (0,025 мм). В соответствии с рис. 14.10, б (угол а = 10°) получим

ha = 5,,/tga = 0,025/0,17 = 0,15 мм.

баз станка, которые образуют координатную систему станка. На станках с ЧПУ с помощью измерительных головок можно опре­ делять координаты опорных точек и вводить их в память уст­ ройства ЧПУ.

Статическая настройка представляет собой процесс перво­ начального установления точности относительного положения

идвижения исполнительных поверхностей инструмента, при­ способления и оборудования для обеспечения требуемой точности изготовления деталей. На станках с ЧПУ применяют три метода статической настройки.

1.Абсолютный метод — установка координат инструмента в си­ стеме координат станка.

2.Относительный метод — установка координат инструмен­ та в промежуточной системе координат, положение которой оп­ ределено относительно системы координат станка.

3.Метод пробных проходов — установка координат инстру­ мента в системе координат.

Впроцессе обработки начальная точность статической настрой­ ки снижается из-за воздействия погрешностей систематического

ислучайного характера. Динамическая настройка является эта­ пом формирования модели точности обработки в процессе резания

сучетом различных физических явлений (тепловых и упругих деформаций, трения и изнашивания элементов ТС, собственных и вынужденных колебаний). Результатом этих воздействий явля­ ется отклонение от заданной при статической настройке точности относительного положения и движения режущего инструмента и обрабатываемой заготовки.

Получаемый при изготовлении деталей размер А является функцией параметров установки Ау, статической Д, и динами­ ческой Ад настроек технологической системы А = F(Ayi Ас, Ад). Поэтому повышение точности обработки возможно за счет автома­ тического управления установкой, статической и динамической настройками или одновременного управления различными фи­ зическими процессами (и повреждениями). При таком подходе показатели качества становятся управляемыми параметрами.

Структурная схема САдУ представлена на рис. 14.11. Инфор­ мацию о состоянии объекта управления (ОбУ) получают посред­ ством первичного преобразования (ПП — датчика), предназна­ ченного для преобразования контролируемой величины, харак­

498 14. Управление точностью ТС на основе диагностической информации

теризующей протекание процесса в ОбУ, в некоторую физическую величину, удобную для последующих преобразований и управ­ ления.

Рис. 14.11. Структурная схема САдУ:

ЗУ — задающее устройство; U0— опорное напряжение; U — напряжение цепи обратной связи; С/х — напряжение рассогласования (сигнал управле­ ния); ИУ — исполнительное устройство; fe5, fe4 — коэффициенты усиления У1, ПП, ОбУ соответственно; У1 — усилитель обратной связи; У2 — усили­ тель привода; О — возмущающие воздействия

Протекание процесса в ОбУ подвержено влиянию целого ряда факторов, изменяющихся по известным и случайным законам. Совокупность действий этих факторов (на рисунке они показаны как некоторая величина £2) приводит к отклонениям процесса от заданного.

Рассмотрим ТС, в которой нужно поддерживать в определен­ ных пределах постоянство силы резания Р при действии возму­ щающего фактора z — припуска на обработку. Если изменения z невелики, то характеристика Р = f(z) может быть линеаризована, а зависимость Р от подачи S и z представляется как

Р = \Szt

где ki — передаточный коэффициент.

Если среднее значение припуска равно z0 с постоянной пода­ чей SQ, то номинальная сила резания равна Р0. При разомкнутой системе для обеспечения необходимой подачи на входе усилите­ ля У2 действует напряжение Ulf а подача

S0 —

где &2> h — передаточные коэффициенты усилителя У2 и ис­ полнительного устройства соответственно.

Текущее значение припуска может отличаться от номиналь­ ного на величину Аг, поэтому фактическое значение z = z0± Az.

В результате фактическая сила резания Р' = kS0{z0± Az) отлича­ ется от номинальной Р0 = kSoZQи отклонение силы резания от заданного значения составляет ± АР' = kSQAz.

В замкнутой САдУ из-за наличия отрицательной обратной связи при отклонении ±Az припуска от заданного значения фак­ тическая сила резания

P" = k{S0+AS)(z0±Az),

так как фактическое значение подачи

S" = S0+AS и z = z0 ± Az,

где +As — изменение подачи для компенсации влияния на силу резания отклонения ±z припуска. Таким образом,

Р" = kS0z0 ±kS0Az+kAS(z0 ± Az),

а отклонение силы резания от заданного значения

АР" = kS0Az+kAS(z0± Аг).

Отношение силы резания, полученное при управлении с САдУ (верхний знак) и без САдУ (нижний знак):

Поскольку перемещение на замыкающем звене соответствую­ щей размерной цепи уА= Р//Т.с (где /т.с — жесткость ТС), то откло­ нение АуА= AP//r.c.

Таким образом, получим

АР" _ Ayl АР' Ау'А

Требования к информационному обеспечению САдУ. Во всех САдУ, обеспечивающих управление ТП относительно одного или нескольких регулируемых параметров, особенно важным явля­ ется систематическое получение информации, характеризующей истинное состояние процесса обработки в каждый момент вре­ мени. Получаемая текущая информация должна иметь ком­ плексный характер и во время выполнения процесса поступать непрерывно. Информация должна обладать минимальным вре- менем запаздывания, так как заготовки, как правило, обрабаты­

500 14. Управление точностью ТС на основе диагностической информации

вают на высоких режимах резания, и процесс изменения рабочих нагрузок и образования погрешностей происходит в десятые и сотые доли секунды.

Во время обработки состояние ТС характеризует комплекс параметров: точность детали 6; мощность N, затрачиваемая на резание; сила тока I в электродвигателе главного привода; дейст­ вующие в станочной системе нагрузки, в том числе сила резания Р, крутящий момент М1ф и порождаемые ими упругие перемеще­ ния z/д = Ад; температурный режим системы 0°; интенсивность h износа режущего инструмента; уровень вибраций и характер стружкообразования. Эти параметры являются переменными состояниями ТС и образуют вектор ее состояния:

Т = (8, N, /, Р, Мкр, Ад, 0°, й, ...).

Основными возмущающими факторами являются: колебания глубины резания t и твердости Н материала заготовки: перемен­ ная жёсткость ут.с системы; различная износостойкость йи инст­ румента. Эти факторы образуют вектор возмущений:

Ф= (t, Ну ут.с, йп).

Впроцессе регулирования воздействие на ТС осуществляется через переменные, к которым относятся S, V, Ас. В ряде случаев

вкачестве переменных управления используют жесткость ут.с ТС или геометрию инструмента, измеряемые с помощью специально встраиваемых датчиков. Указанные переменные образуют век­ тор управления’.

U = (S , Vy Ас, ..., ут.с)*

Взависимости от требуемой точности обработки, технологиче­ ских возможностей системы и условий нормального протекания процесса обработки на составляющие векторов Ф, U накладывают ограничения.

Всистемах предельного управления в качестве переменных управления в основном используют параметры режима обработ­ ки — подачу S и скорость резания V. В зависимости от принятого алгоритма управления возможно регулирование по определен­ ному закону одновременно несколькими или одной переменной.

Всистемах предельного управления скорость резания V может изменяться по определенному закону или поддерживаться на оп­ ределенном уровне. При изменении радиуса R резания условие