Курс лекций (Тема 20,21,22,23) (1252158), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Коррекция погрешностей станка с ЧПУ заключается в том, что в одном или нескольких составляющих блоках осуществляется суммирование первоначально заданной информации о перемещении рабочих органов станка с информацией о его корректируемых погрешностях.

Поэтому практически коррекция погрешностей станка с ЧПУ может производиться:

-воздействием на УП, когда производится ее предыскажение на основе заранее рассчитанной или экспериментально определенной информации о погрешностях. Этот способ в настоящее время применяется редко;

-воздействием на следящие привода подач рабочих органов путем изменения их передаточных функций. В этом случае коррекция погрешностей явно не выражена, так как проводится по жестко заданному аппаратно алгоритму;

-воздействием на управляющие сигналы, формируемые устройством ЧПУ и передаваемые на приводы подач рабочих органов станка;

-введением в станок с ЧПУ специальных корректирующих элементов или исполнительных устройств с микроприводами и последующим управлением ими от системы ЧПУ.

В последних двух случаях применяется так называемый программный способ коррекции погрешностей, основанный на управлении процессов коррекции по заданной программе с использованием системы ЧПУ.

Коррекция погрешностей в зависимости от способа получения информации о них может проводиться (рис. 20.3):

-на основе использования информации о погрешностях станка с ЧПУ, полученной аналитическими расчетами или путем предварительного экспериментального измерения погрешностей станка. Полученная информация о погрешностях может учитываться при составлении УП, путем ее предыскажения, либо вводиться в память устройства ЧПУ для последующей коррекции управляющих сигналов от устройства ЧПУ на приводы подач станка. Недостатком данного способа коррекции является то, что в этом случае проводится коррекция только систематической составляющей погрешностей станка;

-на основе использования текущей информации о погрешностях станка с ЧПУ, получаемой непрерывно или с определенными интервалами с помощью ИП, установленных на станке. При этом информация может быть как о погрешностях станка с ЧПУ, так и о возмущениях, действующих на него. Данный способ получения информации позволяет проводить коррекцию систематической и случайной составляющих погрешностей. Однако необходимость установки на станке ИП и часто в рабочей зоне усложняет его конструкцию, затрудняет получение непосредственной (а не косвенной) информации о погрешностях станка.

На практике применяются оба способа коррекции погрешностей.

Так, например, на точность перемещения рабочих органов станка оказывают влияние накопленные погрешности ИП системы обратной связи, ходовых винтов, а так же мертвый ход в звеньях механических передач привода подачи.

В общем виде коррекция накопленной погрешности по шагу ходового винта предусматривает следующий порядок. На станке предварительно экспериментально определяют исходную зависимость накопленной погрешности по шагу ходового винта от величины перемещения рабочего органа станка. Полученную зависимость аппроксимируют и вводят в память устройства ЧПУ в форме констант станка. При перемещении рабочего органа в процессе работы станка устройство ЧПУ определяет поправки, корректирующие погрешности ходового винта.

Аналогично проводится коррекция мертвого хода в звеньях механических передач привода подачи. Алгоритм коррекции в этом случае предусматривает в точках реверса перемещения рабочего органа подачу на вход следящего привода дополнительных импульсов. Их число соответствует величине мертвого хода механизма привода подачи, измеренной заранее в единицах дискретности и находящейся в памяти устройства ЧПУ.

20.5. Снижение и коррекция температурных деформаций углов станка.

Как уже отмечалось, станки с ЧПУ имеют высокую энергонасыщенность, что приводит в процессе их работы к выделению большого количества теплоты и к температурным деформациям деталей и узлов станка.

Поэтому в настоящее время интенсивно ведутся работы по разработке и применению различных способов снижения тепловыделений и температурных деформаций, которые можно разделить на две группы:

-способы без дополнительного отвода или подвода теплоты узлам станка;

-способы, основанные на дополнительном отводе или подводе теплоты узлам станка.

Способы первой группы в свою очередь подразделяются на:

-компоновочно-конструктивные способы;

-способы коррекции относительных линейных и угловых смещений рабочих органов станка.

Способы второй группы подразделяются на:

-способы, основанные на отводе теплоты охлаждением узлов станка и масла в гидросистеме;

-способы, основанные на подводе теплоты к узлам станка для быстрой стабилизации температуры нагрева и температурных деформаций;

-способы, основанные на стабилизации температуры окружающей среды и соответственно стабилизации температурных деформаций деталей станка.

Температурные деформации могут быть снижены за счет более рациональной компоновки станка. Конструктивно количество теплоты, выделяемое в станке можно уменьшить двумя путями: а) выносом тепловыделяющих механизмов (насосных установок, приводных двигателей, масляных баков, гидроаппаратуры и др.) из станины или других базовых деталей станка; б) использованием конструкций с небольшим тепловыделением, что достигается применением шпиндельных подшипников с меньшим тепловыделением, использованием соответствующего смазочного материала, сокращением длины кинематических цепей. Зубчатые и клиноременные передачи рекомендуется размещать так, чтобы потоки воздуха уносили часть выделяемой теплоты.

Уменьшение “чувствительности” станка к изменению его тепловых полей достигается изготовлением деталей станка из материалов с малым коэффициентом линейного расширения, теплоизоляцией источников теплоты, созданием термосимметричной конструкции станка и его механизмов. Влияние температурных деформаций может быть уменьшено соответствующим взаимным расположением фиксирующих элементов, например, упорных подшипников в шпинделе (в передней или задней опоре), места крепления шпиндельной бабки на станине и др.

Как было сказано выше, снижение влияния температурных деформаций на точность станка в процессе его эксплуатации может производиться на основе применения систем их коррекции двумя способами:

-постоянным измерением непосредственно смещений оси шпинделя с помощью ИП, однако это не всегда возможно или достаточно сложно;

-измерением смещения оси шпинделя косвенным путем на основе измерения температуры в характерной точке на станке. В этом случае предварительно экспериментально устанавливается функциональная зависимость между изменением температуры в характерной точке на станке и смещением оси шпинделя.

На рис. 20.4 показан пример коррекции смещения оси шпинделя в многоцелевом станке с вертикальной компоновкой шпинделя фирмы Olivetti (Италия).

Примерно на уровне оси шпинделя в кронштейне 1 (рис. 20.4, а) шпиндельной бабки закреплен инваровый стержень 2, упирающийся в рычаг 3, поджимаемый к стержню 2 пружиной через струну 4, накрученную на вал измерительного преобразователя 5. При работе станка и смещении передней части шпиндельной бабки со шпинделем вправо при нагреве инваровый стержень (имеющий очень малый коэффициент линейного расширения) смещается также вправо, рычаг 3 отклоняется, и ИП 5 выдает в систему управления сигнал для коррекции перемещения салазок станка по координате Y.

На рисунке 20.4, б показаны график 1 смещения оси шпинделя без системы коррекции при частоте вращения шпинделя n=2780 мин -1 и график 2 смещения при работе системы коррекции.

Пример схемы коррекции смещений оси шпинделя из-за температурных деформаций путем измерения температуры нагрева в характерной точке показан на рис. 20.5.

Значительно меньше разработано практических способов коррекции угловых смещений рабочих органов станка.

Разработана и применена система коррекции углового смещения шпинделя с фрезой относительно рабочего стола применительно к вертикально-фрезерному станку. Здесь применен способ относительной стабилизации. В качестве исполнительных механизмов, осуществляющих поворот фрезы, установленной на шаровой опоре на шпинделе станка, применяются электродвигатели постоянного тока с приводом, преобразующим вращательное движение в поступательное перемещение трех толкателей с роликами. Последние действуют на силовой диск, жестко связанный с фрезой, и обеспечивают ее необходимое пространственное положение относительно рабочего стола (рис. 20.6) Данный способ коррекции угловых смещений шпинделя был применен также на двухшпиндельном продольно-фрезерном станке.

Для коррекции угловых поворотов шпинделя из-за температурных деформации рекомендуется способ направленного нагрева (охлаждения) с помощью единичных нагревателей или тепловых труб (элементов охлаждения).

Так на одном из станков коррекция углового смещения оси шпинделя из-за температурных деформаций колоны станка (неперпендикулярность оси шпинделя поверхности рабочего стола станка) проводится за счет создания направленного теплового поля колонны станка с помощью закрепляемых на ней нагревательных и охлаждающих элементов.

В ряде случаев перспективным способом коррекции угловых смещений рабочих органов станка с ЧПУ является способ, основанный на применении микроприводов, позволяющих осуществлять с очень малой дискретностью линейные и угловые смещения рабочих органов.

20.6. Механизмы для микроперемещений.

Применяется для осуществления микроперемещений на очень ограниченном рабочем диапазоне перемещений.

Импульсы движения - десятые доли микрометра при малом поле рассеяния.

Применяются механизмы, использующие различные физические и механические свойства тел: силовые, магнитострикционные, тепловые, гидравлические.

Упруго- силовой привод – используется для перемещений рабочих органов – деформации упругих элементов (плоских пружин, упругих стержней и др.) при силовом воздействии на них (рис. 20.7, а,б)

Упругое звено имеет постоянную жесткость и линейную характеристику.

Сначала зажимается стержень в опоре 1 (левая), гидроцилиндр с поршнем сжимают стержень. Затем стержень зажимается в опоре 2 (правая). После открытия опоры 1 стержень разжимается и смещает рабочий орган на величину его деформации.

Эти привода осуществляют перемещение 0,1 мкм при поле рассеяния 10 %.

Упругие элементы делают из пружинной стали 65Г.

Магнитострикционный привод- используются свойства детали,типа стержень из ферромагнитного материала, изменять свою длину в направлении оси возбужденного в нем магнитного поля (рис. 20.7, г)

Используют сплавы: железо- кобальт и ферриты. Ферриты- неметаллические твердые магнитные материалы, по химическому составу- комплексные окислы переходных материалов, содержащие группу

Эти ферромагнитные стержни обеспечивают в реальных конструкциях общие перемещения в пределах 8-10 мкм на 100 мм длины стержня.

Преимущества этого привода:

- высокая жесткость;

- удобство управления прямым электрическим сигналом.

Недостатки этого привода:

- низкое быстродействие: 0,5- 0,7 с. Поэтому притменяются магнитострикторы из набора пластин.

Тепловой привод- основан на том, что удлинение стержня и соответствующее перемещение рабочего органа узла происходит при нагреве стержня, возврат- при его охлаждении (рис. 20.7, в).

Недостатки привода:

- нагрев станка;

- низкое быстродействие (нагрев 0,2- 1,8 с.; интенсивное охлаждение 2-4 с.).

Поэтому его применяют для точных, но редких перемещений.

Гидравлический привод. Это гидростатические опоры. Обычно обеспечивает грубое позиционирование. Требует стабильной подачи рабочей жидкости- 2-3 /мин.

Учитывая, с одной стороны, постоянное совершенствование и расширение возможностей микропроцессорных систем ЧПУ, разработку и применение новых измерительных систем, а с другой стороны, постоянно растущие требования к точности станков с ЧПУ, повышение их точности путем коррекции погрешностей является достаточно перспективным и эффективным.

Тема 21. Системы автоматического контроля точности изготовления деталей, износа и поломки режущих инструментов.

Дальнейшая автоматизация станков с ЧПУ позволила проводить:

- контроль точности обрабатываемых заготовок и деталей (перед чистовым проходом или после полной обработки) непосредственно на станке;

- поднастройку режущего инструмента на основе измерения заготовки перед чистовым проходом;

- измерение действительного (исходного) положения режущей кромки инструмента (при неточной его предварительной установке в оправке и износе) и проводить коррекцию его исходного положения, определять возможную поломку режущего инструмента ;

- контроль действительного положения заготовки на столе станка, перед ее обработкой, а также распознавать тип обрабатываемой заготовки, чтобы вызвать соответствующую управляющую программу (при подаче заготовок на станок на паллете) (рис. 21.1).

Измерение и контроль могут проводиться:

-до обработки заготовки;

-во время обработки;

-после обработки.

При этом имеем три варианта измерения точности обработки деталей:

а)применением приборов активного контроля;

Характеристики

Список файлов лекций