3.6. Управление статической настройкой технологической системы

Применение систем управления процессами раз- мерной настройки, поднастройки и перенастройки станков суще- ственно повышает эффективность их эксплуатации. Статическая настройка, например, станков с ЧПУ включает не только размер- ную настройку режущего инструмента на приборах вне станка, но и этапы установки нуля станка и введение коррекции на сме- щение нуля детали. Например, размерную настройку однорезцовых консольных оправок многоцелевых станков (МС) на заданный диаметр осу- ществляют на приборах вне станка с использованием контрольных оправок. На каждом этапе настройки оправок и при их установке в шпиндель станка происходит накопление погрешности настройки технологической системы, что обусловливает погрешности обра- ботки. Система автоматической настройки (САН) расточных оправок МС (рис. 3.18) позволяет производить диаметральную настройку последних непосредственно на станке перед растачиванием отвер- стия, что дает возможность учитывать погрешность установки оправки в шпиндель, а также размерный износ расточного резца, что особо важно при чистовой обработке. САН реализует способ управления размерными связями МС, при котором для исключе- ния влияния указанных погрешностей на конечную точность об- работки для каждого диаметрального размера определяется фак- тически достигнутый размер настро.йки и сравнивается с эталон- ным значением, которое задано картой наладки. По результатам сравнения вносится соответствующая коррекция в статическую настройку МС (диаметральный размер). САН работает следующим образом. Оправка, внутри которой расположена система автоматического регулирования вылета расточного резца, устанавливается автооператором станка в шпин- дель. Вследствие влияния ряда факторов (погрешности установки оправки в шпиндель, предварительной настройки технологиче- ской системы) фактически достигнутый настроечный размер ^н.ф — 2,/?н.ф отличается от эталонного DH. „, принятого на этапе разработки УП. На столе станка установлены два высокоточных датчика Д1, Д2, расположенных по краям на расстоянии Л, относительно

I— — — — —- Многоцелевой станок с ЧПУ

i У

г ^1епи10_шнерЦП1епьная система станка

Нуль 'станка С Отчетно-измерительная система 'станка }

1.

Датчик, обратной связи па координате X

Серводвигатель по коорвинатеХ

5L Яц.з

управления САН

I Система компенсации

- К = RH з ~ RHQ

Управляющий программа

блок фотоввода с перфоленты \

блок центрального управления и памятил

блок управления сервоприводом

О

Блок цифровой индикации _

^Систена_ ЧЛУ^станка

Рис. 3.18. Структурная схема автоматической настройки расточных оправок

друг друга. Датчики через блок согласования связаны с УЧПУ станка. Для компенсации указанных погрешностей измеряются два размера Иг, Я2 с учетом нуля станка. При этом вершина ре- жущей кромки инструмента поочередно касается штоков дат- чиков Д1, Д2 при перемещении стола станка по координате X. По результатам измерений определяются отклонения ±К зна- чения DH, ф от эталонного Оя.а , поскольку размер Аъ измеряется один раз при установке датчиков Д1 и Д2, а размер Аг равен раз-. ности размеров Я1( Я2 (А = Иг — Иг). Датчики Д1, Д2 через блок согласования выдают сигналы в УЧПУ станка (блок управления серводвигателями). По резуль- татам этих управляющих воздействий формируется команда на точный останов стола в момент касания вершины резца либо с дат- чиком Д1, либо с датчиком Д2. Результат каждого измерения размеров (Ях и Иг) высвечивается цифровой индикацией УЧПУ станка. Суммируя полученные значения' с Л2) ЬН.Ф1 DH. a, опре- деляют отклонение ±К размера статической настройки техноло- гической системы (диаметральный размер). Полученное отклоне- ние с учетом знака через блок управления исполнительным устрой- ством САН отрабатывается механизмом автоматического выдви- жения резца (рис. 3.19) оправки. Оправка состоит из корпуса 17, соединенного с инструменталь- ным хвостовиком 10, служащим для установки устройства в шпин- дель станка. Корпус 17 зафиксирован двумя винтами 13. В кор- пусе выполнены направляющие скольжения. В них перемещаются резцедержатель 6 и толкатель /. Резцедержатель (с расточным резцом 7) удерживается от поворота шпанкой 8 и, пружиной 5,

- -ef

Рис. 3.19. Оправка с системой автоматического регулирования вылета резца

закрепленной в пазу корпуса 17 двумя винтами 4, постоянно поджимается к толкателю У. Резец 7 закреплен в резцедержателе 6 винтами 19. Толкатель через ходовой винт 18 и штифт 16 соединен с выход- ным валом редуктора электродвигателя //. Последний закреплен в корпусе винтами 12. Толкатель фиксируется от поворота вин- том 14, который выполняет одновременно функцию кулачка — ограничителя хода толкателя /. При достижении крайних допу- стимых положений толкателя / винт 14 вызывает срабатывание микропереключателей 15, которые разрывают цепь питания электродвигателя. Питание электродвигателя // осуществляется . через штепсельный разъем 9. Крышка 3 с винтами 2 закрывает внутреннюю полость оправки. Устройство работает следующим образом. После установки автооператором оправки в шпиндель станка с помощью специаль- ного устройства осуществляется автоматически ее ориентация в нужном угловом положении и подсоединение ответной части разъема 9. В соответствии-с измерительной программой, входящей в УП обработки, отсчетно-измерительной системой станка опре- деляется необходимая величина выдвижения резца 7. Блок упра- вления САН включает электродвигатель 11, который вращает ходовой винт 18. Вращательное движение последнего преобра- зуется в поступательное движение толкателя / и резцедержателя 6. В результате резец 7 перемещается на требуемую величину. После этого цепь питания электродвигателя разрывается. По окончании процесса настройки (или поднастройки) проис- • ходит автоматическое отсоединение разъема питания электродви- гателя и включение УЧПУ на отработку основной программы. Точность перемещения резца составляет 0,003 мм. Точность опре- деления отклонения размера статической настройки обусловлена точностью срабатывания датчиков Д1 и Д2 (см. рис. 3.18), нако- пленной погрешностью определения размера Аг между базами датчиков Д1 и Д2. Таким образом, общая погрешность определе,- ния отклонения размера статической настройки оценивается ве- личиной 0,011 мм на диаметр для станков 243ВМФ2, 6904ВМФ2. Использование САН на станках данного типа позволяет, напри- мер, повысить точность диаметральных размеров отверстий при тонком растачивании в 1,8—2,5 раза. При управлении статической настройкой в процессе обработки в качестве управляющей переменной используется текущий раз- мер Лс. Управление основано на компенсации возникающих в процессе резания отклонений положения вершины режущего инструмента относительно базы станка путем автоматического управления размером Ас. В процессе резания, начиная с первого момента, измеряются отклонения Ал и выполняется автоматиче- ская коррекция размера Ас на величину Дс, равную упругому перемещению и направленную в противоположную сторону: Ас = А'я. Новый размер статической настройки Ас\ = Ас — Ас. 127

В результате регулирования на детали получается размер Лд = = ЛС1 + Лд — Л0 — АО +'ЛД = Ар, где Ар — рабочий настро- ечный размер. Однако коррекция размера Лс на величину Дс вызывает откло- нение глубины резания At = Ас. Следствием этого является изме- нение по величине и направлению вектора Р, что приводит к по- явлению дополнительных Ад относительных перемещений режу- щего инструмента и баз станка. Новое значение упругого переме- щения Лд = Лд + Ад. Размер, получаемый на детали, при этом отличается от размера, который нужно обеспечить, на величину Ад <£ Лд. При внесении в размер Л0 дополнительной поправки АС = Ад на детали получается новый размер Лд, отличающийся от Лр на величину Ад <£ Ад <£ Лд. Предел суммы поправок, которые вносят в статическую настройку для обеспечения задан- ной точности размера Лд детали, 4-Ас+---+Дс) = Ас-Ад. (3.8) Приращение Ас размера Л0 при управлении теоретически равно сумме отклонения Нл, измеренного до управления, и при- ращения Ад, вызванного изменением глубины t резания в про- цессе управления' Ас = Лд 4- Ад. При этом Ад является 'вели- чиной второго порядка малости по сравнению с Лд, поэтому система практически сразу выводит инструмент в требуемое по- ложение. Повышение точности обработки при использовании данного способа управления достигается за счет поддержания в процессе резания постоянства суммы размеров Л0 и Лд: At, = ЛС1 + ЛД1 = Лс! 4- Лда = • • • = Лсп -f Лдл = const. (3.9) Размер, получаемый на детали при управлении размером Лс, ЛД=ЛС±АС+Л„±АЦ. (3.10) Если Ая направлено в, сторону увеличения Лд, то Ас = Д„ + At, где Дг — приращение, полученное в результате увеличения глу- бины резания при управлении статической настройкой (At = Ас). Если Ад направлено в сторону уменьшения Лд, то оправка в раз- мер Л0 Ас = Ад — Ы, где А/ — приращение, полученное из-за уменьшения глубины резания при автоматическом регулирова- нии (Д< = А0). Структурная схема САдУ размером Л0 представлена на рис. 3.20. Управляющим воздействием системы является раз- мер Лд, регулируемым параметром — размер Л0. Данная САдУ является следящей, так как характер изменения величины Лд не может быть определен заранее, а проявляется только при обработке. Для управления размером Лс рабочие органы станка, несущие режущий инструмент или заготовку, должны осуще- ствлять малые реверсивные перемещения, котбрые обеспечиваются исполнительным механизмом малых перемещений ИМ. В САдУ

19Й

Рис. 3.20. Структурная схема системы адаптивного управле- ния статической настройкой

введена общая отрицательная обрат- ная связь для получения высокой точности указанных перемещений. В процессе обработки ДУ непрерывно измеряет упругое перемещение Лд и выдает в СУ сигнал £/lt пропор- циональный Лд. В СУ подается также сигнал U3 от датчика обратной свя- зи ДОС, который непрерывно изме- ряет приращение Дс размера Л0, получаемое при регулировании. С СУ сигнал рассогласования Ua = = U\ — £/а поступает на усили- тель У, где усиливается до значения £/4. С усилителя сигнал £/« поступает на ИМ, который изменяет положение рабочего органа станка и соответственно размер Лс. Таким образом, САдУ, следя за величиной упругого перемещения на замыкающем звене, изме- няет размер Л0 на ту же величину в противоположном направ- лении. В САдУ размером Лс в целях компенсации температурных де- формаций вместо ДУ следует использовать термометрическое устройство. В современных станках, которые оснащены высокоточными и высокочувствительными приводами подачи с микропроцессорным управлением, автоматическую коррекцию Л0 осуществляют без дополнительного ИМ малых перемещений. Точность обработки значительно повышается и при программ- ном изменении или управлении размером Лс. В первом случае Л0 хрегулируют по определенному закону А0 = f (x) в функции от каждого параметра. Такими параметрами в зависимости от реша- емой задачи могут быть время, координата перемещения заготовки или режущего инструмента в продольном или поперечном напра- влении и др. Точность обработки повышается за счет уменьшения влияния на нее систематически действующих факторов (перемен- ная жесткость /т.с технологической системы, погрешность напра- вляющих и др.). Во втором случае осуществляют программное изменение Л0 по определенному закону А0 = / (х) с одновременным регулиро- ванием Лс в соответствии с отклонениями Ад, обусловленными совокупным действием случайных факторов. Таким образом, точ- ность обработки возрастает за счет уменьшения влияния на нее действия факторов как системного, так и случайного характера. При использовании САдУ размером Лс важным является на- значение оптимальных режимов резания v и S. В соответствии с поставленной задачей следует исходить из определенного крите- рия •—• целевой функции времени Т — F (S, v, t) или стоимости обработки детали С = f (S, v, t). 5 Теория автоматического |OQ