АПП курсовик / 5551 АПП / Курсовой проект / Обработка на станках с ЧПУ / Наладка и эксплуатация станков с ЧПУ

Рис.3.19. Схемы контроля отверстий: а - по трем точкам;

б- по четырем точкам параллельно осям Х, Y;

в- по четырем точкам под углом 45° к осям Х, Y

Теоретически достаточно проконтролировать три точки, равномерно расположенные под углом 120° ( рис. 3.19, а). Тем не менее, эта схема не вполне пригодна из-за опасности попадания под наконечник кусочков стружки и грязи, что приведет к грубым искажениям результатов измерений. Схема измерения по четырем точкам параллельно осям X, Y обладает избыточностью (рис. 3.19, б) и позволяет выявить грубые ошибки, как основание для решения о повторном контроле. К тому же эта схема наиболее проста в вычислительном аспекте. Однако, для горизонтально расположенных отверстий контролируемые точки лучше разместить под углом 45° к главным осям (рис. 3.19, в). В этой схеме исключен контакт щупа с нижней поверхностью отверстия, где возможны скопления стружки

изагрязнения.

Вцелом следует отметить, что современные станки с ЧПУ обеспечивают вполне удовлетворительную точность размерного контроля, хотя и уступают КИМ по этому показателю. Например, на станке ИР-800 с УЧПУ Fanuc 6М-В и индикатором контакта МР-3 фирмы Renishaw погрешности измерений составляют: для диаметров отверстий - 8 мкм; для ширины пазов - 10 мкм; для расположения плоскостей и отверстий - 20 мкм [5].

111

3.4.Адаптивное управление

Вуправляющей программе реализован "жесткий" алгоритм функционирования станка, который ориентирован на вполне определенные условия обработки. Между тем, в действительности условия обработки не являются постоянными, что, в конечном итоге, ухудшает оптимальные свойства программы и снижает эффективность работы станка. В первую очередь, это касается режимов резания. Например, скорость резания и подачу технолог назначает применительно к максимальным значениям припуска и твердости материала заготовки, хотя такое сочетание может встретиться лишь у одной заготовки из всей партии.

Стремление повысить эффективность использования станков с ЧПУ с учетом фактических параметров процесса обработки и привело к созданию систем адаптивного управления (САУ). Обобщенная структурная схема САУ изображена на рис. 3.20. По результатам измерений характеристик процесса резания вычислительный блок непрерывно рассчитывает величину коррекций скорости резания V подачи F и глубины, резания t. Эти коррекции поступают в УЧПУ и учитываются в ходе отработки очередного кадра.

Рис.3.20. Структурная схема системы адаптивного управления

112

Для настройки САУ на конкретный вид обработки в вычислительный блок вводят так называемые уставки - некоторые константы, зависящие от материала заготовки, применяемого инструмента и др. Количество уставок определяется сложностью математических моделей, заложенных в вычислительном блоке. Поскольку коррекция глубины резания требует изменения координат опорных точек, то в большинстве САУ ограничиваются коррекцией скорости резания и подачи.

В зависимости от характера решаемых задач различают два основных класса САУ:

- адаптивные системы предельного регулирования (АСС - adaptive control with constrain);

- адаптивные системы оптимизации (АСО - adaptive control for optimision).

В системах класса АСС обеспечивается поддержание какого-либо управляемого параметра процесса резания (например, мощности) на заранее заданном уровне. Эти системы наиболее просты с точки зрения технической реализации, но их эффективность оставляет желать лучшего. Ча-

зания по критериям минимальной себестоимости или максимальной производительности [23, 25]. С учетом степени автоматизации поиска оптимальных режимов резания системы класса АСО делят на два типа: поисковые и беспоисковые .

В поисковых системах большая часть оптимизационных процедур выполняется автоматически. Смысл адаптивного управления заключается здесь в выборе такого закона изменения параметров режима резания, который обеспечивал бы наиболее быстрое приближение критерия оптимизации к экстремальному значению.

113

На каждом шаге управления рассчитывается величина критерия оптимизации и по соответствующему алгоритму определяется совокупность параметров режима резания для следующего шага. Теоретической основой для процедуры оптимизации служат методы математического программирования [24].

При создании поисковых систем возникает необходимость определения фактической стойкости инструмента в тот или иной момент времени. Однако, способы прямого контроля состояния инструмента трудно осуществить непосредственно в процессе обработки, а способы косвенного контроля не обладают достаточной достоверностью. По этой причине поисковые системы наши ограниченное применение и предпочтение отдают более простым беспоисковым системам.

Операции, выполняемые беспоисковыми системами, аналогичны действиям технолога в тех случаях, когда оптимальный режим резания уже найден для некоторых начальных условий и требуется его откорректировать из-за изменения условий обработки (например, глубины резания).

Расчет нового режима ведется с учетом физических ограничений, которые действуют в процессе резания. К таким ограничениям относятся максимально допустимая мощность резания, минимальная и максимальная подачи, предельная скорость резания и т.п. Как правило, при расчете нового режима технолог изменяет скорость резания V и подачу F, пользуясь определенными стойкостными зависимостями [30]. То же самое делают и беспоисковые системы с той лишь разницей, что информацию об изменении условий резания получают путем контроля тех или иных параметров в процессе резания.

Установлено, что при расчете оптимальных режимов могут учитываться следующие пары ограничений [5]:

-максимальные сила и мощность резания;

-максимальная сила резания и оптимальная стойкость;

114

-максимальные подача и мощность резания;

-максимальная подача и оптимальная стойкость.

При изменении условий обработки по сравнению с начальными система должна регулировать подачу и скорость резания таким образом, чтобы стабилизировать величину ограничений на исходном уровне. В табл. 3.2 показаны требуемые изменения скорости резания V и подачи F для четырех вариантов оптимизации.

Таблица 3.2 Варианты регулирования параметров резания в системах стабилизации [5]

Анализ эффективности этих вариантов оптимизации позволяет сделать следующие выводы:

-практически все варианты оптимизации (кроме 3-го) ведут к снижению приведенных затрат (себестоимости);

-во всех вариантах повышается производительность, причем наиболее эффективно при стабилизации мощности;

-объем металла, снимаемый за период стойкости инструмента, увеличивается только при оптимизации по 2-му варианту.

Выбор варианта оптимизации определяется ограничениями, которые были приняты при расчете начального режима. Ограничение по подаче характерно для чистовой обработки (для поддержания заданной шероховатости). Однако, применение адаптивного управления для чистовой обработки не имеет особого смысла, поскольку припуск на чистовую обработку всегда стабилен.

При черновой обработке ограничение подачи рассматривают только на уровне так называемой "ломающей подачи", для которой резко возрастает вероятность поломок инструмента. Как правило, реальные значения подач находятся значительно ниже этого уровня и для черновой обработки наиболее характерны ограничения по силам резания и оптимальной стойкости (по 1-му или 2-му вариантам оптимизаций).

Выбор варианта оптимизации может осуществляться автоматически путем переключения структурных состояний системы адаптивного управления [25]. Наряду со стабилизацией сил резания известны некоторые системы, где применяется стабилизация уровня вибраций или температуры резания (термо-ЭДС).

Наиболее эффективными следует признать 1-й и 2-й варианты оптимизации. Например, в случае обработки углеродистых сталей при изменении припуска в два раза приведенные затраты сокращаются на 25-40%, а время резания уменьшается на 30-40% [5].

116

При построении систем адаптивного управления большое значение имеют динамические характеристики регулирования, особенно для мгновенного наброса нагрузки. Чаще всего, наброс нагрузки связан с врезанием инструмента. Кроме того, перегрузки могут быть вызваны конфигурацией заготовки (в случае прерывистого резания). Расчеты показывают, что при высоких частотах вращения шпинделя имеет место большая величина перегрузок. Так, при изменении глубины резания в 10 раз с торможением привода подачи за 0,33 оборота шпинделя перегрузка достигает 50%. Для снижения перегрузки нужно, чтобы торможение происходило за 0,1-0,2 с, а частота вращения шпинделя не превышала 100 - 200 об/мин [5]. Как правило, станок работает с большей частотой. Поэтому, даже при высоком быстродействии системы управления желательно избегать резких скачков припуска на обработку.

В некоторых случаях, например при точении, необходимо регулировать подачу при изменении нагрузки в пределах одного оборота шпинделя. В принципе такое быстродействие возможно, однако уменьшением подачи не всегда можно компенсировать рост нагрузки. Например, при врезании в "косой" торец для снятия перегрузки недостаточно прекратить движение инструмента. Его следует отвести назад, так как иначе при вращении шпинделя и неподвижном инструменте глубина резания может увеличиваться.

Обычно адаптивные системы не предусматривают регулирование подачи в пределах одного оборота из-за помех и микровключений, ведущих к всплескам нагрузки. Для этого в регулятор адаптивной системы вводится задержка сигнала или постоянная времени регулятора выбирается сравнимой со временем одного оборота шпинделя. Для снятия динамических перегрузок при резком увеличении припуска дополнительно включают быстродействующий контур, который обеспечивает снижение ускоренной подачи до нуля и (после остановки) включение рабочей подачи.

117

Определенные трудности возникают при реализации корректировки скорости резания и подачи в УЧПУ. Для непрерывного слежения за процессом резания необходимо, чтобы корректирующие поправки учитывались на каждом шаге интерполяции, что весьма сложно осуществить с технической точки зрения. Обычно выходы адаптивной системы подключают параллельно ручным регуляторам частоты вращения шпинделя и подачи с дискретной регулировкой (через 10%).

Впервую очередь адаптивные системы применяют для повышения эффективности черновой обработки, если ее доля в общем объеме работ велика, а заготовки имеют большой разброс припуска. Положительный эффект наблюдается и в тех случаях, когда припуск на обработку изменяется

вшироких пределах вдоль траектории движения инструмента (например, при контурном фрезеровании).

Дополнительное повышение производительности может быть получено в случае "прерывистого" резания и на участках врезания, когда переключение ускоренной подачи на рабочую происходит автоматически при касании инструмента с заготовкой. Использование адаптивных систем целесообразно при обработке новых материалов, когда заранее неизвестны реальные нагрузки, стойкость инструмента и другие показатели. В принципе возможно создание поисковых систем, выполняющих автоматическую отладку режимов резания, оптимальных для конкретных производственных условий.

Вцелом внедрение систем адаптивного управления оправдывает себя

вусловиях комплексной автоматизации всего технологического цикла, например для ГПС.

____________

118

ЛИТЕРАТУРА

1.Александров А.М., Зубарев Ю.М. Технологическая подготовка многооперационннх станков: Учебное пособие для ВУЗов. - СПб.: Изд-во ПИМаш, 1996. - 106 с.

2.Вальков В.М. Контроль в ГАП. - Л.: Машиностроение, Ленингр.

отд-ние, 1986. - 232 с.

3.Гжиров Р.И., Серебренницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние,

1990. - 588 с.

4.Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робо- то-технические комплексы: Практ. пособие: В 14 кн. Кн.1. Б.И.Черпаков, И.В.Брук. Гибкие механообрабатывающие производственные системы / Под ред. Б.И.Черпакова. - М.: Высш.шк., 1989. - 127 с.

5.Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робо- то-технические комплексы: Практ. пособие: В 14 кн.. Кн.7. М.С.Городецкий, Д.Л.Веденский. Контроль и диагностика в ГПС / Под ред. Б.И.Черпакова. - М.: Высш.шк., 1989. - 96 с.

6.Дерябин А.Л., Эстерзон М.А. Технология изготовления деталей на станках с ЧПУ и в ГПС: Учеб.пособие для машиностроит. техникумов. -М.: Машиностроение, 1989. - 288 с.

7.Дулько 0.Л. В помощь оператору ГПС: Справочная книга. - Л.:

Лениздат, 1990. - 235 с.

8.Инструментальные системы автоматизированного производства: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / Р.И.Гжиров, В.А.Гречишников, В.Г.Логашов и др. - СПб.: Политехника,

1993. - 399 с.

9. Кадыров Ж.Н. Диагностика и адаптация станочного оборудования гибких производственных систем. - Л.: Политехника, 1991. - 144 с.

119

10.Кашталъян И.А., Клевзович В.И. Обработка на станках с числовым программным управлением: Справ. пособие. - Мн.: Выш. шк., 1989.

-271 с.

11.Комиссаров В.И., Леонтьев В.И. Точность, производительность и надежность в системе проектирования технологических процессов. - М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.

12.Конструкция и наладка станков с программным управлением и роботизированных комплексов: Учеб.пособие для СПТУ / Л.Н.Грачев, В.Л.Косовский, А.Н.Ковшов и др. - М.: Высш.шк.,1986. - 288 с.

13.Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А..Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990.

-512 с.

14.Марголит Р.Б. Наладка станков с программным управлением: Учеб.пособие для машиностроительных техникумов. М.: Машиностроение,

1983. - 253 с.

15.Марголит Р.Б. Эксплуатация и наладка станков с программным управлением и промышленных роботов: Учеб.пособие для машиностроит. техникумов. - М.: Машиностроение, 1991. - 272 с.

16.Марков Н.Н., Ганевский Г.М. Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов: Учебник для техникумов по специальности "Производство контрольно-измерительных инструментов и приборов". - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиност-

роение, 1993. - 416 с.

17.Маталин А.А. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. -

496 с.

18.Микитянский В.В. Точность приспособлений в машиностроении.

-М.: Машиностроение, 1984. - 128 с.

120