Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматизированные координатные измерения резцов на основе CAD-модели. Учебное пособие
.pdf
контроля - управляющий вычислительный комплекс (УВК) на базе ЭВМ. Объектом контроля среднего уровня служит автоматическая ячейка, состоящая из
совокупности элементарных автоматических систем, а средством контроля УВК на базе мини- или микроЭВМ. В состав УВК входят: ЭВМ, средства сопряжения с удаленными терминалами и локальной сетью ЭВМ, средства повышения надежности функционирования и т.д. Объектом контроля нижнего уровня
являются составные части ЭАС: управляющий орган, передаточное звено, ис-
полнительный орган, объект обработки. Средства контроля на нижнем уровне
определяются спецификой компонентов ЭАС. Для металлообрабатывающего
станка ими могут быть датчики касания и усилия резания, для робота - датчики
позиционирования, для транспортного робота - путевой датчик, для контроля
технологической среды - датчики температуры, давления, влажности, биологических загрязнений и т.д.
1.5 Принципы построения систем автоматического контроля
Основная задача построения САК (рисунок 1.7) заключается в рас-
пределении функций контроля между уровнями и в оптимизации состава средств
контроля на нижнем уровне. При этом следует стремиться к тому, чтобы на
нижнем уровне САК обеспечивалась максимально возможная автономность
управления по результатам контроля. Объем контроля распределяется между
средством и объектом обработки, с одной стороны, и между взаимодействую-
щими по объекту обработки элементарными автоматическими системами, с дру-
гой. Например, объект обработки можно контролировать путем измерения как
его параметров (размеров и формы заготовки в механообработке, толщины по-
крытия при гальванических процессах, размеров кристалла в автоматических
процессах его выращивания и т.д.), так и параметров средства обработки (износа
сверла, резца или фрезы; концентрации, состава и температуры электролита и
времени осаждения; температурного режима роста кристалла и т.д.). Параметры
21
измерения могут быть разнесены во времени и пространстве: одна часть
параметров контролируется в зоне обработки, другая - роботом-манипулятором,
третья - на транспортном роботе. Поскольку заготовки и детали большую часть
времени транспортируются или вылеживаются, подобное разделение является
перспективным (разумеется, конкретное решение должно приниматься на основе
технико-экономического анализа).
Рисунок 1.7 – Структура системы автоматического контроля
Для ГАП более приемлемым является принцип доверия. Отработка техно-
логического процесса должна быть направлена на внедрение именно этого прин-
ципа, а система контроля и диагностики призвана обеспечить решение следую-
щей, более сложной задачи - оптимального сокращения контрольных операций
вообще.
1.6 Режимы функционирования систем автоматического контроля
САК может функционировать в пяти режимах: запуск, рабочий (номи-
нальный), наладочный (перестройки), плановый останов, аварийный.
22
Режим запуска - начинается с опроса всех элементов и систем ГАП. При
этом проводится диагностика их технического состояния, дается команда на
выход всех систем в начальное положение, контролируется исполнение этой
команды, проверяются наличие и коды инструментов и заготовок. В процессе
проверки система отслеживает устранение выявленных неисправностей.
В режиме запуска задействованы все уровни контроля.
В рабочем (номинальном) режиме - САК обеспечивает контроль за
качеством изготовления продукции, потоками изделий, инструментов, энергии,
информации, функционированием вспомогательных систем (очистка от стружки,
промывка, охлаждение, транспортировка стружки, отсасывание пыли, подача
охлаждающей жидкости, кондиционирование воздуха и др.); периодически кон-
тролирует техническое состояние всех элементов и систем ГАП.
В наладочном режиме (режиме перенастройки) - управляющая информа-
ция поступает на ЭВМ верхнего уровня. Последняя принимает решение о
реконфигурации системы контроля на среднем и нижнем уровнях. ЭВМ нижнего
уровня устанавливает совокупность контролируемых параметров и функций
объектов обработки, а также нормы контроля.
Режим планового останова - специфический режим функционирования
ГАП, призванный обеспечить последующий запуск не с «нулевого» (начального)
момента работы системы, а с момента ее останова. Обычно в данном режиме
предусматриваются завершение операции обработки на станках, снятие и
отправка деталей на накопители или склад, разгрузка и приведение роботовавтооператоров и штабелеров в исходное для останова положение, запись состо-
яния ГАП на магнитный носитель (диск, ленту), отключение всех видов энерго-
носителей и всех пультов. Задача САК при этом состоит в контроле отработки
сигналов управления. Кроме того, поскольку реализация режима занимает
некоторый промежуток времени, в течение которого элементы и системы ГАП
последовательно прекращают функционирование, можно провести диагностику
систем и выдать диспетчеру информацию для наладчиков и ремонтников.
23
Аварийный режим - инициируется любым уровнем САК. На нижнем
уровне он порождается превышением допустимого брака, отклонением от нормы
параметров ЭАС либо самих средств контроля. Сигнал об аварийном состоянии
с каждого из уровней передается на более высокий уровень и отображается на
пульте управления ГАП.
1.7 Размерная настройка инструмента
Основным элементом ГАП, на который нацелена работа всех остальных
элементов и систем, является автоматическая обрабатывающая ячейка.
Устройства с ЧПУ на базе ЭВМ позволили значительно расширить
технологические и функциональные возможности станков, увеличить степень их
автоматизации, упростить и удешевить процесс создания устройств с ЧПУ для
различных типов станков путем перепрограммирования алгоритмов работы.
Значительно возросла надежность работы станков вследствие исключения
непрерывного считывания перфоленты в стартстопном режиме, но, главное, за
счет введения различных диагностических программ, выявляющих места повре-
ждения не только управляющих числовых программных устройств, но и станка.
Точность обработки на станках с ЧПУ в большей мере определяется
качеством статической размерной настройки станков с ЧПУ следующими мето-
дами:
полной взаимозаменяемости;
настройки инструмента вне станка;
настройки по результатам измерения положения режущей кромки инстру-
мента на станке;
настройки по результатам измерения деталей на станке.
При реализации метода полной взаимозаменяемости необходимо добиться
того, чтобы погрешности всех без исключения звеньев системы СПИД в сово-
24
купности не превышали заданный допуск на измеряемый размер. Метод реали-
зуем технически трудно и со значительными материальными затратами.
Метод настройки инструмента вне станка не может обеспечить заданною
точность обработки, его цель - устранить первоначальную погрешность
установки инструмента. При установке на станок требуется дополнительная
настройка по результатам пробного прохода.
Для измерения и компенсации первоначальной погрешности установки и
износа инструмента наиболее технологичным и хорошо поддающимся автомати-
зации является метод настройки по результатам измерения положения режущей
кромки инструмента на станке. В связи с тем, что при этом методе не требуется
пробный проход, снимаются принципиальные ограничения по диапазону
корректируемых погрешностей и исключается необходимость в предваритель-
ной настройке вне станка.
При обработке корпусных деталей, черновой обработке детали с неравно-
мерным припуском чрезвычайно большими оказываются погрешности относи-
тельного расположения установочных и измерительных баз детали. В этом слу-
чае целесообразно использовать метод настройки по результатам измерения де-
талей на станке с помощью щупового датчика.
Наиболее эффективным решением является оснащение станков автомати-
ческими системами комбинированной настройки по результатам измерения детали и инструмента (рисунок 1.8).
25
УЧПУ – устройство ЧПУ типа CNC; ТЭП – транспортный электропривод; МП –
механическая передача; РО – рабочий орган станка; СИП – система измерения
положения рабочего органа; ДОС – датчик обратной связи; АЦП – аналогоцифровой преобразователь; ДИ - датчик определения положения инструмента;
ДД – датчик определения положения контролируемой поверхности детали; НУ –
настроечный упор
Рисунок 1.8 – Структурная схема автоматической системы размерной
настройки для одной координаты
В общем случае рабочий цикл этой системы включает в себя:
калибровку (учет установочных погрешностей) щупа ДД (датчика детали);
измерение размерных и установочных погрешностей базовой поверхности
детали;
размерную настройку инструмента с помощью ДИ (датчика инструмента),
после чего следует обработка детали.
Для определения фактического положения вершины инструмента можно
использовать также метод пробного прохода заготовки или ее имитатора с
измерением «следа» пробного прохода измерительным щупом.
26
1.8 Первичные измерительные преобразователи и приборы
Широкое использование различных преобразователей (датчиков) в ГПС,
управляемых специализированными ЭВМ, привело к значительному изменению
требований к ним. Наряду с точностью, быстродействием, помехоустойчивостью
существенное значение приобрели требования к технологичности и совместимо-
сти датчиков, в том числе к согласованию их выходов с входными устройствами
ГПС.
При рассмотрении датчиков ограничимся преобразователями, получивши-
ми практическую реализацию на станке, в роботе и других элементах ГАП.
Спецификой применения датчиков в САК ГАП являются необходимость
оптимального комплексирования различных типов ceнсорных устройств,
изыскание путей упрощения задачи получения информации о внешней среде
путем специальной организации этой среды (маркировка объектов, их освещен-
ность и т.д.) и наиболее полного использования априорной информации о ней.
Датчики положения. К этой группе следует отнести датчики контроля
размеров и формы заготовки и изделия, положения рабочих органов оборудова-
ния и роботов и др.
Основными критериями при выборе средства активного контроля являют-
ся точность измерения, быстродействие прибора (длительность переходного
процесса), измерительное усилие, надежность устройства активного контроля,
габаритные размеры и масса измерительного преобразователя. Кроме техниче-
ских необходимо учитывать экономические критерии, такие как стоимость
оснащения группы станков системами активного контроля и экономические по-
тери в производстве, вызываемые дополнительными затратами времени на
настройку системы активного контроля для группы станков с ЧПУ.
Для контроля геометрических размеров деталей при механообработке
обычно используют датчики отклонений, регистрирующие отклонение действи-
тельного положения измеряемой поверхности от запрограммированного (анало-
27
говые преобразователи малых перемещений с рабочим ходом от 0,5 до 1 мм и
погрешностью
± (от 1 до 3) мкм, а также дискретные преобразователи растрового типа с рабо-
чим ходом от 10 до 30 мм и дискретностью измерения 1 мкм), или датчики
касания, регистрирующие разность условной базы и измеряемой поверхности.
При токарной обработке датчики размера монтируют либо в одной из
позиций револьверной головки - измерительной позиции, либо на специальном
(измерительном) суппорте с отдельным приводом.
Для встраивания в станки с ЧПУ за рубежом наибольшее распространение
получили:
датчик касания фирмы «Хитачи Сейки», обеспечивающий измерения
геометрического размера с погрешностью ± 10 мкм, связь с подвижной частью
фотодиодная в инфракрасной области;
индуктивный измерительный преобразователь (датчик) той же фирмы,
имеющий диапазон измерений по трем осям ± 1 мкм при погрешности ± 2 мкм.
Основными проблемами при внедрении активного контроля в зоне
обработки являются защита датчика (от стружки, смазочно-охлаждающей жид-
кости, вибрации и др.), обеспечение чистоты зоны контроля и необходимость
останова (последнее можно устранить, применив бесконтактные методы кон-
троля).
Для контроля размеров и формы заготовки и изделия наибольшее распро-
странение получили датчики касания - измерительные щупы в виде как одиноч-
ного щупа, обеспечивающего контроль по одной координате, так и трех коорди-
натных измерительных головок или головок со сменными щупами для контроля
сложнопрофилированных изделий.
В результате при каждом измерительном цикле получают информацию об
отклонении одной из точек измеряемой поверхности, что, с одной стороны,
снижает производительность измерений, а с другой - обеспечивает их универ-
сальность, поскольку оказывается возможным определить отклонение от задан-
28
ного значения координаты любой точки заготовки или инструмента, в которую
может быть доставлен (приводами станка) измерительный наконечник датчика.
Необходимо помнить, что применять щуповые методы контроля можно
лишь в том случае, если контактное усилие не вызывает смещений и деформа-
ции контролируемого объекта.
Из зарубежных фирм, разрабатывающих и выпускающих измерительные
щупы и головки, наиболее известны «Renishaw», ДЕА, «Марпос» и «Оптон». На
рисунке 1.9 представлена приводная головка Renishaw PH10M с шаговым изменением угловых координат.
Рисунок 1.9 – Приводная головка Renishaw PH10M
Точечными электронными щупами фирмы ДЕА (Германия) проводят из-
мерение без остановки движения измерительной головки, что представляет зна-
чительный шаг вперед по сравнению с традиционными методами измерения и
обеспечивает оптимизацию по трем параметрам: производительность, точность,
повторяемость результатов измерений. Фирма выпускает два типа точечных
электронных щупов: одно- и многопозиционные. Последние имеют пять гнезд
для сменяемых наконечников, что позволяет контролировать все грани детали
без изменения направления перемещения щупа.
29
Электронные щупы для непрерывного сканирования осуществляют быст-
рое и точное непрерывное измерение геометрических линий и поверхностей в
трехмерном пространстве. Фирма выпускает три типа щупов: одно-, многона-
правленные и сенсоры. Первые два типа щупов позволяют повысить динамиче-
ские характеристики измерительной машины, а сенсоры, установленные на го-
ловке машины, обеспечивают позиционирование измерительной машины на из-
меряемой точке простым наклоном щуповой головки в требуемом направлении.
Итальянская фирма «Марпос» специализируется на выпуске приборов для
контроля линейных размеров при обработке на шлифовальных станках. В
нормальных цеховых условиях погрешность измерения не превышает ± 0,5 мкм
в течение всего рабочего дня. Приборы снабжены двумя индикаторами, один из
которых отсчитывает сотые доли миллиметра, а второй - микрометры. Точность
включения команд ± 0,1 мкм. Все приборы снабжены устройствами для
управления рабочим циклом шлифовального станка. Специальное устройство за-
держки включает соответствующие команды только в том случае, когда измери-
тельная головка находится на обрабатываемой детали, что не допускает действия
команд до начала обработки детали.
Наличие двух измерительных головок в большинстве типов приборов
снижает влияние колебаний параметров окружающей среды и станка на
точность обработки. Высокая стабильность измерений в течение всего рабочего
дня обеспечивает точность обработки около 1 мкм. Измерительная головка пол-
ностью закрыта прочным металлическим корпусом, благодаря чему она защи-
щена от повреждений во время смены деталей. Время приведения к нулю около
2 мин, а для приборов «Фенар» и «Динар» не более 1 мин.
Специалисты фирмы «Марпос» разработали оригинальный способ
обработки, заменяющий сортировку деталей на классы при необходимости обес-
печения соответствующей посадки сопрягаемых деталей.
Система «Дирак» состоит из двух измерительных головок и специального
электронного блока. Вторая головка закреплена на штативе и предназначена для
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]