1 Погрешности, связанные со станком

Первая группа составляющих погрешности обработки зависит от точности станка. Это одна из основных составляющих погрешности. Различают геометрическую и кинематическую точность. На точность обработки детали влияют жесткость, вибростойкость и точность позиционирования.

1. Точность станков с ЧПУ приведена в табл.1.1, стр.18, Кузнецов. Станки повышенной точности обеспечивают точность обработки в пределах 0,6 от точности нормальных станков. Станки класса В – 0,4 от станков нормальной точности, А – 0,25. Станки классов В и А получают за счет специального конструктивного исполнения и более высокой точности изготовления деталей.

Требования к точности станков и их допустимые погрешности зависят от их типа и вида обработки. Например, станок для контурно-фрезерной обработки нормальной точности имеет погрешность воспроизведения траектории контура 0,1 мм, а волнистость обработанной поверхности 0,02 мм. Погрешность позиционирования для таких станков не имеет значения, но она составляет 0,02 мм. Для малогабаритных прецизионных станков требования по точности гораздо выше.

Для многооперационных станков основное значение имеет погрешность позиционирования, которая составляет 0,017 мм для станков нормальной точности и 0,002 мм – для прецизионных станков. Для крупногабаритных станков требования по точности, как правило, ниже.

Проанализировав погрешности, можно определить какой из узлов станка приводит к возникновению погрешности. Практически все узлы системы и станка могут вносить систематические и случайные ошибки.

Для длительного сохранения точности станка все проверки уменьшают на 40% по сравнению с нормативами.

По сравнению с параметрами точности универсальных станков, для станков с ЧПУ дополнительно проверяют:

1. Точность линейного позиционирования рабочего органа. Это один из основных показателей точности станка с любой системой ЧПУ (контурной, позиционной).

2. Величина зоны нечувствительности (отставание в смещении РО при изменении направления движения).

3. Точность возвращения в исходное положение при многократном позиционировании

4. Стабильность выхода РО в заданную точку

5. Точность отработки заданного перемещения. Например, для станка класса П точность отработки перемещения на длине 300 мм не превышает 17 мкм, для станка класса В – 8 мкм.

6. Точность обработки окружности в режиме круговой интерполяции.

7. Стабильность положения инструмента после автоматической смены.

1.2 Точность обработки на станке с ЧПУ в значительной степени зависит от характеристик привода станка. К ним относятся:

• скоростная характеристика следящего привода

• неравномерность коэффициента усиления привода подач по разным координатам, а также изменением его при изменении подачи.

• скачкообразное перемещение проводов, что приводит к ухудшению качества обработки (неравномерная волна, которая зависит от скорости подачи).

Если скоростные характеристики проводов подач по разным координатам различны, то это приведет к неточности обработки окружности или контура детали, состоящего из отрезков прямых, расположенных под различными углами.

Если коэффициент усиления по скорости одного привода составляет К_х, а второго К_z, то центр фрезы сместится от заданного контура на величину

И з формулы можно определить максимальную разницу в коэффициентах усиления проводов, при которой погрешность формы не выйдет за пределы поля допуска на размер.

Максимальная погрешность возникает при угле наклона 45⁰. При обработке прямоугольника один его размер увеличится, а другой уменьшится, поэтому суммарная погрешность удваивается. При обработке окружности получается эллипс, наклоненный под углом, близким к 45⁰.

Неравномерность движения приводов связана с колебанием их скорости из-за периодических погрешностей ДОС и колебанием момента нагрузки на привод. Это приводит к появлению равномерной или неравномерной волны на обработанной поверхности, шаг которой зависит от шага ДОС и угла наклона поверхности к осям станка. Максимальная волна возникает при углах наклона поверхности близких к 45⁰.

1 .3 Достаточно большой вклад в погрешность обработки вносит характеристики проводов подач и точность их изготовления, которая проявляется в режиме интерполяции. Их причинами являются циклические ошибки в передаче движения разными приводами подач. Они возникают от осевых биений и внутришаговых ошибок ходовых винтов, накопленных погрешностей зубчатых передач, несоосности валов, зазоров в кинематических цепях не охваченных обратной связью и т.д.

При работе по одной координате погрешности в приводе подач проявляются в неравномерности движения РО и мало отражаются на результатах обработки.

При движении по нескольким осям в режиме интерполяции неравномерность движения даже по одной координате приводит к волнистости обработанной поверхности.

Допустим, имеется неравномерность по координате Z при протачивании конуса под углом ₁. Тогда после ½ оборота винта РО пройдет путь не Р_z/2, а Р_z/2+Р_z и при равномерном движении по координате Х (Р_х=0) переместится не в точка А, а в точка А₁. На обработанной поверхности появится волна высотой ₁ = АА₁ sin₁ = Р_z sin₁ и шагом Р₁=Р_z /cos₁.

С увеличением угла наклона траектории увеличивается высота и шаг волны. Зная это, можно определить, какой из годовых винтов имеет погрешность по шагу. Для этого необходимо обработать две конические поверхности с разными углами. Если при ₁₂ Р₁Р₂, то за погрешность ответственных элементы привода по той оси, от которой отсчитывались углы.

Для обеспечения стабильного положения основных рабочих органов ТС необходимое точное их изготовление и сборка, а также последующая эксплуатация в соответствия с нормами. Необходимо знать, что такие мероприятия гарантируют только начальную точность станка, но не всегда гарантируется сохранение этого показателя на весь период эксплуатации.

Более надежным способом обеспечения высокой точности на протяжении всего периода эксплуатации ТС есть использование в современных системах с ЧПУ измерительных средств и автоматическая компенсация погрешностей в работе станка путем уменьшения линейных, угловых и пространственных отклонений.

Компенсация погрешностей станка с ЧПУ может осуществляться разными способами.

В современных системах ЧПУ и измерительных средствах широко используется такой способ управления точностью, как автоматическая компенсация погрешностей точности станков путем уменьшения и стабилизации линейных и угловых отклонений элементов станка. Такие корректирования погрешностей геометрических параметров станка вносятся в память системы.

1.4 Эти погрешности наиболее существенны при позиционной обработке. Накопленная погрешность ходового винта с шариковой гайкой не превышает 0,1 мм на 3 м хода. Накопленная погрешность индуктосинов и измерительных линеек определяется погрешностью их монтажа и определяется точностью измерительных средств, применяемых при монтаже. При применении современных измерительных средств, типа лазерных интерферометров, эти погрешности пренебрежимо малы. Уменьшить эти погрешности можно программным путем, внеся соответствующие коррекции.