Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Выбор источника информации о ходе обработки на многоцелевых стан-ках с ЧПУ затруднен чередованием в определенной последовательности заданной УП работы инструментов, выполняющих различные виды обра-ботки. На рис. 22 представлен универсальный ДУ для САдУ предваритель-ной обработкой на многоцелевых станках. ДУ позволяет получать инфор-мацию о ходе различных видов обработки (фрезеровании, рассверливании, зенкеровании, растачивании). Универсальность ДУ обеспечена тем, что стандартная часть измерительной схемы размещена одинаковым конструк-тивным способом в корпусе каждой оправки, несущей режущий инст-румент.

 

 

Рис. 22. Конструкция динамометрического у зла для САдУ  обработкой на многоцелевом станке: 1 – источник питания; 2 – точечный источник света; 3 – электрическая схема; 4 – глухое отверстие; 5 – шпиндель станка; 6 – отверстие; 7 – отверстие в оправке; 8 – призма; 9 – резец; 10 – отверстие; 11 – призма; 12 – отверстие; 13 – кольцо; 14 – фотоприемник; 15 – отверстие; 16 – антенна передающая; 17 – антенна приемная; 18 – призма; 19 – призма; 20 – оправка; 21 – корпус шпиндельной коробки; 22 – устройство программного управления;  23 – задающее устройство

 

32

Например, для однорезцового растачивания эта часть, состоящая из призм 8, 11, 18, 19, установлена в корпусе расточной оправки 20 следую-щим образом: призмы 18 и 19 – неподвижно, каждая соответственно в глу-хих отверстиях 15 и 4, выполненных в коническом хвостовике оправки. Призмы 8 и 11 расположены в сквозном отверстии 10, выполненном в кон-соли корпуса, симметрично относительно друг друга и призм 19 и 18. От-верстия под призмы соединены между собой отверстиями 7 малого диа-метра и закрыты резиновыми пробками. Другая часть ДУ неподвижно зак-реплена на выступающей консоли шпинделя 5 станка.

Контроль за процессом, например, однорезцового растачивания отвер-стий посредством ДУ осуществляется следующим образом. Манипулятор станка устанавливает оправку в шпиндель станка, находящийся в опреде-ленном угловом положении, где ее закрепляют. При этом автоматически включается точечный источник света, луч которого через отверстие 6 в шпинделе попадает на призму 19, отражается, идет на призму 8 и после от-ражения от призм 8, 11, 18 падает в центр 0 фотоприемника (начало отсче-та фиксируется электрическим способом).

При врезании резца 9 в заготовку под действием равнодействующей Р_{х y} силы резания консоль оправки прогибается относительно шпинделя (в плоскости I – I). При этом сечение II – II, в плоскости которого расположе-ны призмы 8 и 11, изменяет свое первоначальное положение относительно сечения I – I. Призмы 18 и 19 остаются неподвижными относительно шпинделей, так как они расположены дальше сечения I – I. В результате луч света перемещается по рабочей поверхности фотоприемника на вели-чину Δ_xy относительно точки 0, пропорциональную прогибу y_0xy консоли оправки и силе Р_{х y}. Консоль оправки прогибается на величину y₀ также в плоскости действия силы Р _z.

Вследствие изменения положения сечения II – II луч счета перемещает-ся по марке фотоприемника на величину Δ_z, которая пропорциональна y_0z и Р _z. Таким образом луч света переходит из точки 0 в точку 0₁ на величину Δ_Р, пропорциональную значению возникшего вектора силы резания Р. Фо-топриемник выдает электрические сигналы, пропорциональные Δ_xy, Δ_z, ко-торые поступают на передающую антенну, затем по каналу радиосвязи на приемную антенну и далее в УПУ 22, в котором усливаются и могут сум-мироваться. В УПУ подается также сигнал с ЗУ 23, пропорциональный си-ле Р, которую необходимо поддерживать постоянной в процессе обработки (величина уставки).

 

33

При равенстве значений и знаков сигналов, поступающих с ЗУ и ДУ, обработка ведется с S = const. При отклонении в ту или иную сторону входных данных заготовок, затуплении режущего инструмента изменяют-ся P, y_xy, y_z и соответственно Δ_xy, Δ_z и Δ_Р. Электрические сигналы, пропор-циональные изменениям последних, поступают в УПУ, сравниваются с сигналами ЗУ и УПУ выдает сигнал рассогласования, который подается в блок управления подачей САдУ и в соответствии с которым путем измене-ния S осуществляется корректировка хода обработки.

 

Лекция 5

 Управление точностью обработки

Статическая и динамическая настройка технологической системы

Точность является главным показателем качества деталей. Процесс фор-мирования заданной точности обработки состоит из этапов установки, ста-тической и динамической настроек технологической системы.

При размещении обрабатываемой заготовки в рабочем про­странстве станка (при ее включении в соответствующие кинемати­ческие и размер-ные цепи) нужно обеспечить требуемую точность начальной установки от-носительно баз станка или приспособле­ния. Для этого заготовку опреде-ленным образом ориентируют на столе станка или в приспособлении. Ком-плект технологических баз, определяющий положение заготовки в процес-се обработки, образует координатную систему. Поверхности стола или приспособления, или других компонентов технологической системы, коор-динирующих обрабатываемую заготовку в рабочем пространстве, состав-ляют комплект баз станка, который образует его координатную систему.

 Если известны координаты шести опорных точек контакта комплектов баз заготовки и станка в его координатной системе, то поверхность уста-новки заготовки может быть определена рас­четным путем. Определение опорных точек посредством измеритель­ных головок на станках с ЧПУ за счет использования стан­дартных или подпрограммных измерительных циклов позволяет вводить в память устройства ЧПУ (УЧПУ) погрешности устано­вки заготовки. Таким образом указанные координатные си­стемы со-гласовываются, а УП в системе координат заготовки становится годной для воспроизведения в координатной системе станка.

Статическая настройка – это процесс первоначального установления точности относительного положения и движения испол­нительных поверх-ностей инструмента, приспособления и обо­рудования для обеспечения тре-

 

34

буемой точности обрабатываемых заготовок. Для станков с ЧПУ парамет-ры согласования коор­динатных систем инструмента, детали, станка хранят

обычно в виде коррекций в памяти УЧПУ (под коррекциями понимают таблицы координат исполнительных поверхностей инструмента в системе координат станка). На станках с ЧПУ статическая настройка реализуется следующими методами: установлением координат инструмента в системе координат заготовки (метод пробных проходов); установлением координат инструмента в си­стеме координат станка (абсолютный метод); установле-нием коор­динат инструмента в промежуточной системе координат, поло-же­ние которой определено относительно системы координат станка (отно-сительный метод).

В процессе обработки первоначально установленная точность стати-ческой настройки теряется, что обусловлено действием раз­личных погреш-ностей систематического и случайного характера.

Размерная поднастройка – это процесс восстановления тре­буемой точ-ности относительного положения и движения испол­нительных поверхнос-тей инструмента, приспособления, оборудо­вания, обеспечивающий про-должение процесса изготовления дета­лей заданного качества. На станках с ЧПУ размерную поднастройку для компенсации погрешности системати-ческого характера выполняют путем периодического обращения к таб-лицам коррек­ций соответствующих погрешностей, находящихся в памяти УЧПУ. Погрешности случайного характера компенсируют перио­дическим обновлением соответствующих таблиц в УЧПУ за счет эпизодически пов-торяемых измерительных циклов обследования исполнительных поверх-ностей.

Размерная перенастройка – это процесс установления требуе­мой точ-ности относительного положения и движения исполни­тельных поверхнос-тей инструмента, приспособления, оборудова­ния для обеспечения требуе-мого качества при переходе на обра­ботку заготовки другого типоразмера или при переходе на обра­ботку последующей поверхности данной заго-товки.

Динамическая настройка является этапом формирования модели точ-ности обработки в условиях резания материала заготовки. Этому этапу со-ответствуют многообразные деформационные, тепловые и динамические процессы. Последние характеризуются различными физическими явления-ми: упругими, контактными и тепловыми деформациями, трением, изна-шиванием элементов технологической системы, их собственными и вы-

 

35

нужденными колебаниями. Влияние любых факторов на точность обработ-ки проявляется через размерные связи технологической системы. Действие

этих факторов приводит к изменению размеров относительных поворотов поверхностей деталей, участвующих в образовании размерных связей, оп-ределяющих точность обработки. Результатом является отклонение от за-данной при статической настройке точности относительного положения и движения режущего инструмента и обрабатываемой заготовки. Указанные отклонения являются переменными и изменяются случайно или по опре-деленному закону в функциях времени и координат.

Размер А_Δ, получаемый при обработке деталей, является функцией па-раметров установки А _y, а также статической А_С и динамической А_Д наст-роек технологической системы, т.е.

 

A_Δ = F (А _y , А_С, А_Д).                                  (9)

 

Обеспечение повышенной точности обработки возможно за счет авто-матического управления установкой, статической и динамической наст-ройкой.

 

Управление точностью начальной установки деталей

Погрешности, возникающие на этапе установки заготовок базирования и силового замыкания, могут быть значи­тельно сокращены за счет исполь-зования САдУ. Например, при обработке валов на токарных станках ис-пользуют поводковые устройства с плавающим центром (рис. 23). Такие устройства обеспечивают более высокую точность линейных размеров ва-лов. При установке и закреплении заготовки вала в результате откло­нения от перпендикулярности опорного торца A относительно оси шпинделя, а также базового торца Б заготовки относительно оси центровых отверстий базирование осуществляют таким образом, чтобы опорная точка распола-галась на расстоянии R от оси цен­тров станка. При этом сила закрепления Р_З, приложенная к за­готовке со стороны центра задней бабки, распреде-ляется между торцом А и передним плавающим центром: Р_З = Р₁ + Р₂ , где Р_З = j_Пy_П , где j_П – жесткость пружины; y_П – деформация пружины.

В процессе обработки сила Р₂ вызывает переменные упругие переме-щения переднего и заднего центров. В результате изме­няется положение оси заготовки относительно вершины инстру­мента, что приводит к появле-нию существенных погрешностей формы деталей в поперечном сечении. Сила P_З изменяется не только при смене заготовок, но и при обработке

36

данной заготовки, так как из-за колебания z , H и затупления режущего инс-трумента изменяется составляющая Р_х силы резания. Для сокращения по-

грешностей обработки путем стабилизации на определенном уровне сило-вого замыкания (Р₂ = const) может быть использо­вана САдУ.

 

 

Рис. 23. Схема САдУ силовым замыканием

 

При установке заготовки вала и при ее обработке датчик Д измеряет значение силы Р₂, которое сравнивается с заданным, определяемым ЗУ. Если текущее значение силы R₂ отклоняется от заданного, то СУ выдает сигнал рассогласования, который усиливается усилителем У и подается на исполнительное устрой­ство ИУ. Последнее изменяет давление в цилиндре задней бабки, непрерывно поддерживая таким образом Р₂ = const. Данная САдУ сокращает погрешности обработки при черновом и чистовом обта-чивании.

 

Управление статической настройкой технологической системы

Применение систем управления процессами раз­мерной настройки, под-настройки и перенастройки станков суще­ственно повышает эффективность их эксплуатации. Статическая настройка, например, станков с ЧПУ вклю-чает не только размер­ную настройку режущего инструмента на приборах вне станка, но и этапы установки нуля станка и введение коррекции на сме­щение нуля детали.

Например, размерную настройку однорезцовых консольных оправок многоцелевых станков (МС) на заданный диаметр осу­ществляют на прибо-рах вне станка с использованием контрольных оправок. На каждом этапе настройки оправок и при их установке в шпиндель станка происходит на-

 

37

копление погрешности настройки технологической системы, что обуслов-ливает погрешности обра­ботки.

Система автоматической настройки (САН) расточных оправок МС (рис. 24) позволяет производить диаметральную настройку последних не-посредственно на станке перед растачиванием отвер­стия, что дает возмож-ность учитывать погрешность установки оправки в шпиндель, а также раз-мерный износ расточного резца, что особо важно при чистовой обработке. САН реализует способ управления размерными связями МС, при котором для исключе­ния влияния указанных погрешностей на конечную точность об­работки для каждого диаметрального размера определяется фак­тически достигнутый размер настройки и сравнивается с эталон­ным значением, которое задано картой наладки. По результатам сравнения вносится со-ответствующая коррекция в статическую настройку МС (диаметральный размер).

 

Рис. 24. Структурная схема автоматической настройки расточных оправок

 

САН работает следующим образом. Оправка, внутри которой располо-жена система автоматического регулирования вылета расточного резца, ус-танавливается автооператором станка в шпин­дель. Вследствие влияния ря-

 

 

да факторов (погрешности установки оправки в шпиндель, предваритель-ной настройки технологиче­ской системы) фактически достигнутый настро-ечный размер D_Н.Ф = 2R_Н.Ф отличается от эталонного D_Н.Ф, принятого на этапе разработки УП.

На столе станка установлены два высокоточных датчика Д1, Д2, распо-ложенные по краям на расстоянии А₂ относительно друг друга. Датчики через блок согласования связаны с УЧПУ станка. Для компенсации указан-ных погрешностей измеряются два размера И₁, И₂ с учетом нуля станка. При этом вершина режущей кромки инструмента поочередно касается штоков датчиков Д1, Д2 при перемещении стола станка по координате X. По результатам измерений определяются отклонения ±К значение D_Н.Ф от эталонного D_Н.Э, поскольку размер A₂ измеряется один раз при уста-новке датчиков Д1 и Д2, а размер А₁ равен разности размеров И₁, И₂ (А = = И₁ – И₂).

Датчики Д1, Д2 через блок согласования выдают сигналы в УЧПУ станка (блок управления серводвигателями). По резуль­татам этих управля-ющих воздействий формируется команда на точный останов стола в мо-мент касания вершины резца либо с датчиком Д1, либо с датчиком Д2. Ре-зультат каждого измерения размеров (И₁ и И₂) высвечивается цифровой индикацией УЧПУ станка. Суммируя полученные значения с А₂, D_н.ф, D_н.э определяет отклонение ± K размера статической настройки технологичес-кой системы (диаметральный размер). Полученное отклонение с учетом знака через блок управления исполнительным устройством САН обрабаты-вается механизмом автоматического выдвижения резца (рис. 25) оправки.

Оправка состоит из корпуса 17, соединенного с инструментальным хво-стовиком 10, служащим для установки устройства в шпиндель станка. Кор-пус 17 зафиксирован двумя винтами 13. В кор­пусе выполнены направляю-щие скольжения. В них перемещаются резцедержатель 6 и толкатель 1. Резцедержатель (с расточным резцом 7) удерживается от поворота шпон-кой 8 и пружиной 5, закрепленной в пазу корпуса 17 двумя винтами 4, по-стоянно поджимается к толкателю 1. Резец 7 закреплен в резцедержателе 6 винтами 19.

Толкатель через ходовой винт 18 и штифт 16 соединен с выходным ва-лом электродвигателя 11.

Устройство работает следующим образом. После установки операто-ром оправки в шпиндель станка с помощью специального устройства осу-ществляется автоматически ее ориентация в нужном угловом положении

 

38

и подсоединение ответной части разъема 9. В соответствии с измеритель-ной программой, входящей в УП обработки, отсчетно-измерительной сис-

темой станка определяется необходимая величина выдвижения резца 7. Блок управления САН включает электродвигатель 11, который вращает хо-довой винт 18. Вращательное движение последнего преобразуется в посту-пательное движение толкателя 1 и резцедержателя 6. В результате резец перемещается на требуемую величину. После этого цепь питания электро-двигателя размыкается.

 

Рис. 25. Оправка с системой автоматического регулирования вылета резца:

1 – подшипник; 2 – винт; 3 – крышка; 4 – винт; 5 – фиксатор втулки 6; 7 – резец;

8 – шпонка; 9 – штифт; 10 – хвостовик инструментальный; 11 – микродвигатель;

12, 13, 14, 15, 19 – винты фиксирующие; 16 – муфта; 17 – корпус; 18 – винт

 

Структурная схема САдУ размером А_с представлена на рис. 26. Управ-ляющим воздействием системы является раз­мер А_д, регулируемым пара-метром – размер А_с. Данная САдУ является следящей, так как характер из-менения величины А_д не может быть определен заранее, а проявляется только при обработке. Для управления размером А_с рабочие органы станка, несущие режущий инструмент или заготовку, должны осуще­ствлять малые реверсивные перемещения, которые обеспечиваются исполнительным ме-ханизмом малых перемещений ИМ. В САдУ введена отрицательная обрат-

 

39

ная связь для достижения высокой точности указанных перемещений. В процессе обработки ДУ (динамометрическое устройство) непрерывно из-меряет упругую деформацию А_д. В СУ подается также сигнал от датчика обратной связи (ДОС), который непрерывно измеряет приращение Δ_с раз-мера А_с, получаемое при регулировании. С СУ сигнал рассогласования U₃ = U₁ – U₂ поступает на усилитель У, где сигнал усиливается до значе-ния U₄. С усилителя сигнал U₄ поступает на ИМ, который изменяет поло-жение рабочего органа станка и соответственно размера А_с. Таким обра-зом САдУ, следя за величиной упругого перемещения на замыкающем звене, изменяет размер А_с на ту же величину в противоположном направ-лении.

 

Лекция 6

 

Управление динамической настройкой технологической системы Способы управления размером Ад разнообразны: управление силами резания и их моментами, жесткостью элемен­тов стан-ка, его температурным полем, динамичес-кими характери­стиками звеньев станка и др. Наиболее распространен способ внесе-ния поправки в размер Ад путем измене-ния силы резания. При этом изменяются в той или иной мере упругие перемещения А′д всех составляющих звеньев размер-ной цепи, замыкающим звеном которой

Рис. 26. Структурная схема системы адаптивного управления статической настройкой

является расстояние между режущими кромками инстру­мента и заго-товкой.

Для реализации процесса резания в станке нужно создать натяг, необ-ходимый для съема материала с обрабатываемой заготовки.

 Если действительное значение А_д отличается от заданного, то в него следует внести поправку.

Изменение геометрии резания существенно влияет на А′_д, так как при этом меняются направление и значение вектора силы резания Р. Например, при токарной обработке в процессе резания можно изменить передний угол, угол резания, главный угол в плане и другие параметры резца, что вызывает изменение вектора Р. Таким образом, изменяя геометрию реза-ния, можно управлять динамической настройкой.

40

Управление упругими перемещениями технологической системы путем изменения подачи S выполняют следующим образом. В процессе обработ-ки контролируют какую-либо физическую величину Ω, изменение которой пропорционально изменению А′_д, например относительное упругое пере-мещение y_i звеньев технологической системы, сила резания или ее состав-ляющие, М_кр и др. Измеренное значение Ω, преобразованное в электричес-кий сигнал U₁, подается на СУ (рис. 27), где сравнивается с сигналом U₂, поступающим с ЗУ и пропорциональным заданной величине А_д. Если сиг-налы U₁ и U₂ отличаются, то СУ выдает сигнал рассогласования U₃, кото-рый подается на ИМ. Последний изменяет подачу S до тех пор, пока рас-согласование не уменьшится до допустимого значения.

Рис. 27. Схема САдУ размером динамической настройки:   ИУ – измерительное устройство;   СУ – сравнивающее устройство;   ЗУ – задающее устройство; ИМ – исполнительный механизм

Размер динамической настройки изменяется из-за возникновения ви-браций вследствие потери устойчи-вости замкнутой технологической системы. Вибрации, как правило, недопустимы по требованиям точ-ности обработки и надежности экс­плуатируемого оборудования. Виб-рации устраняют изменением режи-ма резания, стабилизацией динами-ческой настройки путем управления положением инструмента и заготов-ки, путем управле­ния динамическим состоянием технологической систе-мы в целом. Для управления процес-

сом резания, в том числе и с целью повышения виброустойчивости, ис-пользуют многоконтурные САдУ. Каждый контур работает по опреде-ленному алгоритму. Например, САдУ фрезерованием осуществляет ста-билизацию подачи на зуб фрезы путем регулирования частоты вращения фрезы в функции минутной подачи. Первый контур с помощью регулятора мощности стабилизирует мощность. Второй контур гасит возникающие на резонансных частотах колебания путем регулирования частоты враще-ния инструмента. Третий контур начинает работу после устранения вибра-ций; он стабилизирует подачу за счет регулирования частоты вращения шпинделя.

41

На рис. 28 приведена схема устранения вибраций. Пьезовибратор имеет силовой элемент, набранный из поляризованных пьезокерамических дис-ков (диаметром 30 мм, толщиной 2 мм). Одноименные полюса двух сосед-них дисков обращены друг к другу. Между дисками установлены электро-ды из медной фольги. При подаче переменного напряжения столбик дис-ков совершает колебания и работает как вибратор. Устранение вибраций происходит за счет управления относительным положением инструмента и заготовки. Относительные колебания преобразуются в соответствующий электрический сигнал. Последний после фазового сдвига и усиления пода-ется на пьезовибратор, который преобразует электрическое напряжение в перемещения.

 

а)

8

7

6

5

4

б)

1

2

3

Рис. 28. Устранение вибраций путем управления размером динамической настройки:

а – структурная схема гашения колебаний; б – пьезовибратор; 1, 2, 3 – элементы

настройки предварительного сжатия; 4 – пьезоэлектрический силовой элемент;

5 – жесткая пружина; 6 – корпус; 7 – составная мембрана; 8 – резец

42

Контрольные вопросы

 

1. В чем принципиальное отличие контурного управления от пози-ционного?

2. С чем связана необходимость использования в процессе программи-рования нескольких координатных систем?

3. Как вырабатываются управляющие воздействия в системах ЧПУ?

4. Какие виды управляющих сигналов используются в системах ЧПУ?

5. В какой системе координат записывается управляющая программа?

6. Как управляющая программа связана с простановкой размеров на чертежах обрабатываемых деталей?

7. В чем состоит основное назначение спутников как технологических приспособлений?

8. Как кодируют в процессе программирования режущий инструмент, значения подачи, частоты вращения шпинделя и т.д.?

9. Какая информация содержится в карте наладки станка?

10. Какие преимущества по сравнению с перфолентами обеспечивает программирование с использованием компьютерных систем?

11. Какие требования следует предъявлять к первичным преобразова-телям, используемым с цепи обратной связи систем адаптивного управ-ления?

12. В чем состоит принцип работы динамометрического узла как источ-ника информации в САдУ?

13. Какие причины могут повлиять на точность статической и динами-ческой настройки технологической системы?

14. Каково назначение датчиков Д1 и Д2 в системе статической настрой-ки расточных оправок?

15. Какие причины вызывают появление вибраций в процессе резания?