Мещерякова В.Б. 2015 Металлорежущие станки с ЧПУ (849655), страница 21
Текст из файла (страница 21)
С другой стороны, их проведение приводит к длительным простоям дорогостоящего технологическогооборудования.В настоящее время благодаря разработке и внедрению современных микропроцессорных устройств ЧПУ с большим объемомпамяти и высоким быстродействием, регулируемых быстродействующих приводов подач рабочих органов станка, механизмов для микроперемещений, различных типов ИП получает все более широкоеприменение второе направление повышения точности выходных параметров станков с ЧПУ путем измерения погрешностей станка и ихпоследующей коррекции. В этом случае производится не максимальная изоляция станка с ЧПУ от действия внутренних и внешних воздействий, не стремление к созданию «идеальных» узлов и механизмов станка, а их взаимодействие с окружающей и рабочей средой,учет переменности условий работы станка с ЧПУ.Оба рассмотренных пути повышения точности станков с ЧПУ напрактике должны дополнять друг друга.
Максимально возможноесокращение погрешностей станка с ЧПУ первым путем позволяетзатем повысить эффективность второго пути, когда применяютсясистемы коррекции погрешностей станка.В общем виде возможны два способа коррекции погрешностейстанков с ЧПУ и повышения точности их выходных параметров:1) путем абсолютной стабилизации рабочих органов станка, несущих режущий инструмент и заготовку, относительно заданныхположений;2) путем относительной стабилизации, когда производится изменение пространственного положения одного из рабочих органовстанка относительно другого.Реализация рассмотренных способов коррекции погрешностейстанков с ЧПУ в полной мере с линейными и угловыми смещениямирабочих органов очень сложна и практически пока не применяется.Существующие работы по коррекции погрешностей станков с ЧПУрешают эти задачи частично.
В большинстве случаев рассматриваются и применяются способы коррекции погрешностей станков сЧПУ путем линейных перемещений рабочих органов станка поуправляемым координатам (или поворотом управляемого поворотного стола) с использованием существующих на станке точных123(с дискретностью 0,001 мм) следящих приводов подач этих рабочихорганов. Особую трудность представляет коррекция угловых смещений рабочих органов.Коррекция погрешностей станка с ЧПУ заключается в том, что водном или нескольких составляющих блоках осуществляется суммирование первоначально заданной информации о перемещениирабочих органов станка с информацией о его корректируемых погрешностях.
Поэтому практически коррекция погрешностей станкас ЧПУ может производиться:• воздействием на УП, когда производится ее предыскажение наоснове заранее рассчитанной или экспериментально определенной информации о погрешностях. Этот способ в настоящеевремя применяется редко;• воздействием на управляющие сигналы, формируемые устройством ЧПУ и передаваемые на приводы подач рабочих органовстанка;• введением в станок с ЧПУ специальных корректирующих элементов или исполнительных устройств с микроприводами ипоследующим 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 полученияинформации о них может проводиться (рис 4.9):• на основе использования информации о погрешностях станка сЧПУ, полученной аналитическими расчетами или путем предварительного экспериментального измерения погрешностейстанка.
Полученная информация о погрешностях может учитываться при составлении УП путем ее предыскажения либо вво-Рис. 4.9. Схема возможных вариантов коррекции погрешностей станка124диться в память устройства ЧПУ для последующей коррекцииуправляющих сигналов от устройства ЧПУ на приводы подачстанка. Недостатком данного способа коррекции является то,что в этом случае проводится коррекция только систематической составляющей погрешностей станка;• на основе использования текущей информации о погрешностяхстанка с ЧПУ, получаемой непрерывно или с определеннымиинтервалами с помощью ИП, установленных на станке.
Приэтом информация может быть как о погрешностях станка сЧПУ, так и о возмущениях, действующих на него. Данный способ получения информации позволяет проводить коррекциюсистематической и случайной составляющих погрешностей.Однако необходимость установки на станке ИП (и часто в рабочей зоне) усложняет его конструкцию, затрудняет получениенепосредственной (а не косвенной) информации о погрешностях станка.На практике применяются оба способа коррекции погрешностей.Так, например, на точность перемещения рабочих органов станкаоказывают влияние накопленные погрешности ИП системы обратной связи, ходовых винтов, а также 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 зависимостьнакопленной погрешности по шагу ходового винта от величины перемещения рабочего органа станка (рис.
4.10). Полученную зависимость аппроксимируют и вводят в память устройства ЧПУ в формеконстант станка. При перемещении рабочего органа в процессе работы станка устройство ЧПУ определяет поправки, корректирующиепогрешности ходового винта. Аналогично проводится коррекциямертвого хода в звеньях механических передач привода подачи. Алгоритм коррекции в этом случае предусматривает в точках реверсаперемещения рабочего органа подачу на вход следящего приводадополнительных импульсов.
Их число соответствует величине мертвого хода механизма привода подачи, измеренной заранее в единицах дискретности и находящейся в памяти устройства ЧПУ.Как уже отмечалось, станки с ЧПУ имеют высокую энергонасыщенность, что приводит в процессе их работы к выделению большого количества теплоты и к температурным деформациям деталейи узлов станка. Поэтому в настоящее время интенсивно ведутся работы по разработке и применению различных способов снижениятепловыделений и температурных деформаций, которые можно разделить на две группы:125123Рис.
4.10. Схема коррекции накопленной погрешности по шагу ходовоговинта привода подачи:1 — график накопленной погрешности; 2 — скорректированная погрешность;3 — корректирующие воздействия при перемещении рабочего органа станка• способы без дополнительного отвода или подвода теплоты к узлам станка;• способы, основанные на дополнительном отводе или подводетеплоты к 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 узловстанка и масла в гидросистеме;• способы, основанные на подводе теплоты к узлам станка длябыстрой стабилизации температуры нагрева и температурныхдеформаций;• способы, основанные на стабилизации температуры окружающей среды и, соответственно, стабилизации температурныхдеформаций деталей станка.Как отмечалось выше (см.
раздел 3), температурные деформациимогут быть снижены за счет более рациональной компоновки станка.Конструктивно количество теплоты, выделяемое в станке, можноуменьшить двумя путями:а) выносом тепловыделяющих механизмов (насосных установок,приводных двигателей, масляных баков, гидроаппаратуры и др.) изстанины 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.126Зубчатые и клиноременные передачи рекомендуется размещатьтак, чтобы потоки воздуха уносили часть выделяемой теплоты.Уменьшение «чувствительности» станка к изменению его тепловых полей достигается изготовлением деталей станка из материаловс малым коэффициентом линейного расширения, теплоизоляциейисточников теплоты, созданием термосимметричной конструкциистанка и его механизмов.
Влияние температурных деформаций может быть уменьшено соответствующим взаимным расположениемфиксирующих элементов, например упорных подшипников в шпинделе (в передней или задней опоре), места крепления шпиндельнойбабки на станине и др.Как было сказано выше, снижение влияния температурных деформаций на точность станка в процессе его эксплуатации можетпроизводиться на основе применения систем их коррекции двумяспособами:1) постоянным измерением непосредственно смещений осишпинделя с помощью ИП, однако это не всегда возможно или достаточно сложно;2) измерением смещения оси шпинделя косвенным путем на основе измерения температуры в характерной точке на станке.
В этомслучае предварительно экспериментально устанавливается функциональная зависимость между изменением температуры в характернойточке на станке и смещением оси шпинделя.На рис. 4.11 показан пример коррекции смещения оси шпинделяв многоцелевом станке с вертикальной компоновкой шпинделяфирмы Olivetti (Италия).Примерно на уровне оси шпинделя в кронштейне 1 (рис. 4.11, а)шпиндельной бабки закреплен инваровый стержень 2, упирающийсяв рычаг 3, поджимаемый к стержню 2 пружиной через струну 4, накрученную на вал измерительного преобразователя 5. При работестанка и смещении передней части шпиндельной бабки со шпинделем вправо при нагреве инваровый стержень (имеющий очень малыйкоэффициент линейного расширения) смещается также вправо, рычаг 3 отклоняется и ИП 5 выдает в систему управления сигнал длякоррекции перемещения салазок станка по координате Y.На рис.
4.11, б показаны график 1 смещения оси шпинделя безсистемы коррекции при частоте вращения шпинделя n = 2780 мин−1и график 2 смещения при работе системы коррекции.Значительно меньше разработано практических способов коррекции угловых смещений рабочих органов станка. Разработана и применена система коррекции углового смещения шпинделя с фрезойотносительно рабочего стола применительно к вертикально-фрезерному станку. Здесь применен способ относительной стабилизации.В качестве исполнительных механизмов, осуществляющих поворот1271543212а)б)Рис. 4.11. Схема коррекции смещения шпинделя из-за температурныхдеформаций:а — схема коррекции; б — графики смещенийфрезы, установленной на шаровой опоре на шпинделе станка, применяются электродвигатели постоянного тока с приводом, преобразующим вращательное движение в поступательное перемещение трехтолкателей с роликами.
Последние действуют на силовой диск,жестко связанный с фрезой, и обеспечивают ее необходимое пространственное положение относительно рабочего стола. Данныйспособ коррекции угловых смещений шпинделя был применен такжена 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 колонны станка (неперпендикулярность оси шпинделя поверхностирабочего стола станка) проводится за счет создания направленноготеплового поля колонны станка с помощью закрепляемых на нейнагревательных и охлаждающих элементов.В ряде случаев перспективным способом коррекции угловых смещений рабочих органов станка с ЧПУ является способ, основанныйна применении микроприводов, позволяющих осуществлять с оченьмалой дискретностью линейные и угловые смещения рабочих органов.Учитывая, с одной стороны, постоянное совершенствование ирасширение возможностей микропроцессорных систем ЧПУ, разработку и применение новых измерительных систем, а с другой сто128роны, постоянно растущие требования к точности станков с ЧПУ,повышение их точности путем коррекции погрешностей являетсядостаточно перспективным и эффективным.4.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
