ОСНОВННАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ МНОГОКООРДИНАТНЫХ СТАНКОВ С ЧПУ (1261626), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Развитию этого направления повышения точности многокоординатных станков с ЧПУ посвящено большое число исследований. В литературе представлены результаты экспериментальных исследований повышения точности обработки методами программной цифровой коррекции (уменьшение погрешности обработки с 16 мкм до 5 мкм).

Фирмы, изготавливающие системы ЧПУ для станков, интенсивно ведут работы по расширению функциональных возможностей коррекции по результатам измерения первичных отклонений и расчётам в соответствии с имитационной моделью.

Коррекция, основанная на измерении интегральных отклонений позиционирования ИО станка в функции координат (X, Y, Z) в рабочем пространстве, запоминании массива данных и компенсации при отработке траектории движения. Этот вид коррекции получил первоначально развитие применительно к координатным измерительным машинам (КИМ)], а в дальнейшем, применительно к станкам с ЧПУ. Особенностью данного вида коррекции является то, что отклонения позиционирования измеряются на исполнительном органе машины или станка в функции координат рабочего пространства. Вследствие этого коррекция осуществляется значительно полнее, т.к. не требуется соблюдения принципа суперпозиции. Указанная особенность коррекции интегральных отклонений является её преимуществом. Недостатком указанного вида коррекции является большая трудоёмкость проведения измерений (большой объем измере-ний), а также необходимость разработки оригинальных систем коррекции для конкретных конструкций станков со стандартными системами управления. Последнее, не является чем-то особенным для производителей КИМ. Они оснащают свои измерительные машины, как правило, системами управления собственной разработки или сделанными на заказ. В отношении большой трудоёмкости проведения измерений можно отметить, что в настоящее время достигнуты большие успехи в автоматизации измерений.

Блок-схема системы коррекции интегральных отклонений рабочих органов КИМ или станка та же самая, что и для системы коррекции первичных отклонений (рис. 1.7). Вместо файла первичных отклонений создается файл отклонений исполнительных органов машины и соответствующие алгоритмы выполнения коррекции. В рабочем пространстве КИМ (рис. 1.9, а) строится сетка точек (рис. 1.9, б), в которых измеряются отклонения позиционирования при двухстороннем подходе: x, y, z - отклонения, соответствующие присоединительной точке измерительной головки и 3-х угловых поворотов x, y, z из-мерительной головки.

При измерении детали к управляющим сигналам, поступающим к приводам, к номинальным значениям координат точек позиционирования добавляются корректирующие поправки, рассчитываемые в соответствии с измеренными отклонениями (x, y, z, x, y, z) и конфигурацией измерительного наконечника. Следует отметить, что коррекция по результатам измерения исполнительных органов машины является альтернативой для коррекции по результатам измерения первичных отклонений, которая в настоящее время является лидирующей по применению для станков с ЧПУ.

а)

б)

Рис. 1.9. 3-х координатная КИМ: а) принципиальная схема КИМ, б) сетка точек, в которых осуществляются измерения отклонений позиционирования (x, y, z, x, y, z)

3. Коррекция, основанная на измерении интегральных отклонений механизмов НС станка и изменении параметров кинематической модели многокоординатной машины с ЧПУ. Этот вид коррекции зародился и получил развитие применительно к антропоморфным роботам с поворотными звеньями. Данное направление интенсивно развивается.

4. Коррекция размера режущего инструмента и коррекция начального положения обрабатываемой детали. Что касается коррекции на размер режущего инструмента, то этот вид коррекции развивался с самых первых систем ЧПУ. Например, в фазоимпульсной системе ЧПУ мод. ФС- 2К (СССР, 70-е годы прошлого столетия) с управляющей программой на магнитной ленте была предусмотрена коррекция на радиус фрезы. Коррекция вводилась непосредственно на пульте управления системы ЧПУ по результатам измерения действительного размера фрезы.

В каждой современной системе ЧПУ имеются команды, через которые по результатам измерения действительного положения приспособления на столе станка и размеров режущего инструмента осуществляется привязка к исходным «нулевым» позициям станка и коррекция на радиус и длину ин-струмента.

1.4.2.2. Системы коррекции, основанные на принципе обратной связи (замкнутые системы).Идеи использования информации о состоянии процесса обработки, получаемой от системы СПИД, для цели повышения точности обработки нашли применение в машиностроении сравнительно давно. При обработке детали станок является звеном замкнутой системы СПИД. Размер обрабатываемой детали является «слепком» - следствием действия всех возмущающих факторов в системе СПИД. Если в процессе обработки детали удается получать информацию об отклонениях размера обрабатываемой детали, то для повышения точности обработки может использоваться система коррекции, основанная на принципе обратной связи.

В токарных и шлифовальных станках во многих случаях оказывается возможным установить непосредственно в зоне резания датчик, измеряющий обрабатываемую деталь. Большинство этих систем получило название систем активного контроля. В этих системах измеряемая величина и управляющий сигнал имеют одинаковую размерность.

На рис. 2.11 представлена укрупненная блок-схема системы активного контроля на станке с ЧПУ.

Рис.2.11. Блок-схема системы активного контроля на станке с ЧПУ

Системы активного контроля хорошо себя зарекомендовали в серийном, крупносерийном и массовом производстве. Основная трудность данного способа заключается в создании универсального измерительного устройства, встраиваемого в станок и работающего в зоне резания.

Намного проще измерить уже изготовленную деталь на КИМ и осуществить коррекцию управляющей программы для обработки следующих деталей партии. Системы коррекции, реализующие этот подход, получили название самонастраивающихся систем программного управления На рис. 1.12 представлена блок-схема системы коррекции, реализующей принцип самонастройки, заключающийся в использовании информации о реальных свойствах системы СПИД, отраженных на обработанной поверхности детали. Эта информация используется для выработки усовершенствованной программы обработки последующих деталей этой же партии.

Рис. 2.12. Система коррекции управляющей программы, реализующая принцип самонастройки: Po – исходная управляющая программа, Pi – скорректированная управляющая программа для i- детали (P1= Po), Ri – отклонения обработанной поверхности от заданной

Однако при автоматизации указанной процедуры самонастройки на практике в машиностроении встретились существенные трудности (выбор точек измерения и алгоритм коррекции во многом определяется спецификой обрабатываемой детали и технологического процесса). Следует отметить, что в ручном режиме указанные трудности в каждом конкретном случае преодолеваются, и указанная схема коррекции управляющей программы по результатам измерения первой детали широко применяется при обработке сложных деталей на станках с ЧПУ. Существенным недостатком данного способа коррекции является необходимость осуществлять пробную обработку детали (первая деталь партии).

Распространению указанного вида коррекции способствует оснащение машиностроительного производства КИМ, способными работать в цеховых условиях. Такие КИМ выпускает фирма Zeisse AG. Например, КИМ мод. CenterMax [140].

1.4.2.3. Системы коррекции, основанные на принципе компенсации возмущающих воздействий (управление по возмущению). Рассматриваемый принцип управления впервые был предложен в 1830 г. французским инженером Ж. Понселе при разработке теории центробежных регуляторов хода машин по нагрузке на валу машины. Но реализовать свое предложение на практике инженеру Ж. Понселе не удалось, так как динамические свойства машины не допускали непосредственного использования принципа компенсации. В 1940 г. был предложен принцип инвариантности - достижение независимости управляемой координаты от возмущений. Практическая реализация была осуществлена только в 50-е годы.

Существуют технологические процессы, в которых на точность обработки преимущественно влияют один – два возмущения при стабильной функциональной зависимости «возмущение – отклонение». В таких случаях, измеряя возмущение и зная функциональную зависимость «отклонение - возмущение», можно вычислить корректирующие поправки и внести в систему ЧПУ. На рис. 2.13 представлена блок-схема системы коррекции, построенной по принципу управления по возмущению.

Рис. 2.13. Блок-схема системы коррекции, построенной по принципу управления по возмущению

В настоящее время продолжается создание систем управления по возмущению. Так, например, создана оптическая система, установленная на станке для измерения диаметра проволоки и соответственно её износа с целью коррекции траектории движения исполни-тельного органа в проволочном электроэрозионном вырезном станке (обработка миниатюрных отверстий в инжекторах).

Естественно создаются комбинированные системы коррекции, построенные на сочетании управления по различным принципам: программная коррекция, коррекция по отклонению, коррекция по возмущению.

Выводы

Проведённый анализ направлений повышения точности многокоординатных машин с ЧПУ показал, что наибольший эффект повышения точности достигается сочетанием направлений. Совершенствование конструкции и технологии изготовления машины должно быть направлено на уменьшение и/или перевод случайной составляющей в систематическую (функциональную) составляющую, которая далее компенсируется системами цифровой коррекции.

Программная коррекция является эффективным направлением повышения геометрической точности многокоординатной машины. Высокая геометрическая точность многокоординатной машины с ЧПУ является базовым (необходимым) условием достижения высокой точности её работы и является предпосылкой получения готовой детали без проведения пробной обработки. Достаточными условиями являются: «мягкие» режимы резания (чистовая операция) или наращивание программной коррекции другими видами цифровой коррекции (адаптивными системами управления по силе резания, температуре или др. возмущениям).

1.4.3. Способы цифровой коррекции отклонений взаимного положения ИО многокоординатной машины с ЧПУ

Проведённый анализ в настоящей главе показал, что коррекция первичных и интегральных отклонений взаимного положения исполнительных органов многокоординатной машины может осуществляться четырьмя способами (рис. 1.14).

1. Полная коррекция всех (41) первичных отклонений c вычислением и отработкой приводами корректирующих линейных x, y, z и угловых A, B, C поправок.

2. Коррекция части (14) первичных отклонений механизмов 5 координатных машин последовательной структуры квазипараллельными вычислительными процессами. Способ реализован в современных системах ЧПУ, например, Sinumerik 840.

3. Коррекция по результатам измерения интегральных отклонений взаимного положения ИО многокоординатной координатной машины с ЧПУ в функции координат рабочего пространства. Способ связан с получением, обработкой и хранением большого объёма информации и с разработкой специальных систем коррекции. Способ применяется в КИМ.

4. Внесение коррекции через изменение параметров кинематической модели Ln = F(Pn,Wн), положенной в основу управления машиной (Ln – вектор обобщенных координат многокоординатной машины, Pn – вектор пара-метров, Wн – вектор номинальных декартовых координат выходного звена n – номер итерации). Способ применяется в многокоординатных машинах с ЧПУ со сложной структурой с различными кинематическими парами, включая сферические.

Рис. 1.14. Способы цифровой коррекции отклонений взаимного положения ИО многокоординатной машины с ЧПУ

Характеристики

Список файлов лекций