Выбор источника информации о ходе обработки на многоцелевых станках с ЧПУ затруднен чередованием в определенной последовательности заданной УП работы инструментов, выполняющих различные виды обработки. На рис. 54 представлен универсальный ДУ для САдУ предварительной обработкой на многоцелевых станках. ДУ позволяет получать информацию о ходе различных видов обработки (фрезеровании, рассверливании, зенкеровании, растачивании). Универсальность ДУ обеспечена тем, что стандартная часть измерительной схемы размещена одинаковым конструктивным способом в корпусе каждой оправки, несущей режущий инструмент.

Рис. 54. 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

Например, для однорезцового растачивания эта часть, состоящая из призм 8, 11, 18, 19, установлена в корпусе расточной оправки 20 следующим образом: призмы 18 и 19 – неподвижно, каждая соответственно в глухих отверстиях 15 и 4, выполненных в коническом хвостовике оправки. Призмы 8 и 11 расположены в сквозном отверстии 10, выполненном в консоли корпуса, симметрично относительно друг друга и призм 19 и 18. Отверстия под призмы соединены между собой отверстиями 7 малого диаметра и закрыты резиновыми пробками. Другая часть ДУ неподвижно закреплена на выступающей консоли шпинделя 5 станка.

Контроль за процессом, например, однорезцового растачивания отверстий посредством ДУ осуществляется следующим образом. Манипулятор станка устанавливает оправку в шпиндель станка, находящийся в определенном 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 отражения от призм 8, 11, 18 падает в центр 0 фотоприемника (начало отсчета 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 расположены 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 величину 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 перемещается 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. Фотоприемник выдает электрические сигналы, пропорциональные Δ_xy, Δ_z, которые поступают на передающую антенну, затем по каналу радиосвязи на приемную антенну и далее в УПУ 22, в котором усиливаются и могут суммироваться. В УПУ подается также сигнал с ЗУ 23, пропорциональный силе Р, которую необходимо поддерживать постоянной в процессе обработки (величина уставки).

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 изменяются P, y_xy, y_z и соответственно Δ_xy, Δ_z и Δ_Р. Электрические сигналы, пропорциональные 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 изменения S осуществляется корректировка хода обработки.

3.4. Управление точностью обработки

Статическая и динамическая настройка технологической системы

Точность является главным показателем качества деталей. Процесс формирования заданной точности обработки состоит из этапов установки, статической и динамической настроек технологической системы.

При размещении обрабатываемой заготовки в рабочем про­странстве станка (при ее включении в соответствующие кинемати­ческие и размерные цепи) нужно обеспечить требуемую точность начальной установки относительно баз станка или приспособле­ния. Для этого заготовку определенным образом ориентируют на столе станка или в приспособлении. Комплект технологических баз, определяющий положение заготовки в процессе обработки, образует координатную систему. Поверхности стола или приспособления, или других компонентов технологической системы, координирующих обрабатываемую заготовку в рабочем пространстве, составляют 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 установки 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 согласовываются, 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 поверхностей инструмента, приспособления и обо­рудования для обеспечения требуемой точности обрабатываемых заготовок. Для станков с ЧПУ параметры 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); установлением координат инструмента в промежуточной системе координат, положе­ние которой определено относительно системы координат станка (относительный метод).

В процессе обработки первоначально установленная точность статической настройки теряется, что обусловлено действием раз­личных погрешностей систематического и случайного характера.

Размерная поднастройка – это процесс восстановления тре­буемой точности относительного положения и движения испол­нительных поверхностей инструмента, приспособления, оборудо­вания, обеспечивающий продолжение процесса изготовления дета­лей заданного качества. На станках с ЧПУ размерную поднастройку для компенсации погрешности систематического характера выполняют путем периодического обращения к таблицам коррек­ций соответствующих погрешностей, находящихся в памяти УЧПУ. Погрешности случайного характера компенсируют перио­дическим обновлением соответствующих таблиц в УЧПУ за счет эпизодически повторяемых измерительных циклов обследования исполнительных поверхностей.

Размерная перенастройка – это процесс установления требуе­мой точности относительного положения и движения исполни­тельных поверхностей инструмента, приспособления, оборудова­ния для обеспечения требуемого качества при переходе на обра­ботку заготовки другого типоразмера или при переходе на обра­ботку последующей поверхности данной заготовки.

Динамическая настройка является этапом формирования модели точности обработки в условиях резания материала заготовки. Этому этапу соответствуют многообразные деформационные, тепловые и динамические процессы. Последние характеризуются различными физическими явлениями: упругими, контактными и тепловыми деформациями, трением, изнашиванием элементов технологической системы, их собственными и вынужденными колебаниями. Влияние любых факторов на точность обработки проявляется через размерные связи технологической системы. Действие

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

Размер А_Δ, получаемый при обработке деталей, является функцией параметров установки А _y, а также статической А_С и динамической А_Д настроек технологической системы, т.е.

A_Δ = F (А _y , А_С, А_Д). (17)

Обеспечение повышенной точности обработки возможно за счет автоматического управления установкой, статической и динамической настройкой.

Управление точностью начальной установки деталей

Погрешности, возникающие на этапе установки заготовок базирования и силового замыкания, могут быть значи­тельно сокращены за счет использования САдУ. Например, при обработке валов на токарных станках используют поводковые устройства с плавающим центром (рис. 55). Такие устройства обеспечивают более высокую точность линейных размеров валов. При установке и закреплении заготовки вала в результате откло­нения от перпендикулярности опорного торца A относительно оси шпинделя, а также базового торца Бзаготовки относительно оси центровых отверстий базирование осуществляют таким образом, чтобы опорная точка располагалась на расстоянии R от оси цен­тров станка. При этом сила закрепления Р_З, приложенная к за­готовке со стороны центра задней бабки, распределяется 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 перемещения переднего и заднего центров. В результате изме­няется положение оси заготовки относительно вершины инстру­мента, что приводит к появлению существенных погрешностей формы деталей в поперечном сечении. Сила P_З изменяется не только при смене заготовок, но и при обработкеданной заготовки, так как из-за колебания z , H и затупления режущего инструмента изменяется составляющая Р_х силы резания. Для сокращения по-

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

Рис. 55. 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 обтачивании.

Управление статической настройкой технологической системы

Применение систем управления процессами раз­мерной настройки, поднастройки и перенастройки станков суще­ственно повышает эффективность их эксплуатации. Статическая настройка, например, станков с ЧПУ включает 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 приборах вне станка с использованием контрольных оправок. На каждом этапе настройки оправок и при их установке в шпиндель станка происходит накопление погрешности настройки технологической системы, что обусловливает погрешности обра­ботки.

Система автоматической настройки (САН) расточных оправок МС (рис. 56)позволяет производить диаметральную настройку последних непосредственно на станке перед растачиванием отверстия, что дает возможность учитывать погрешность установки оправки в шпиндель, а также размерный 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 соответствующая коррекция в статическую настройку МС (диаметральный размер).

Рис. 56. Структурная схема автоматической настройки расточных оправок

САН работает следующим образом. Оправка, внутри которой расположена система автоматического регулирования вылета расточного резца, устанавливается автооператором станка в шпин­дель. Вследствие влияния ряда факторов (погрешности установки оправки в шпиндель, предварительной настройки технологиче­ской системы) фактически достигнутый настроечный 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,расположенные по краям на расстоянии А₂ относительно друг друга. Датчики через блок согласования связаны с УЧПУ станка. Для компенсации указанных 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 установке датчиков Д1 и Д2, а размер А₁равен разности размеров И₁, И₂ (А = = И₁ – И₂).

Датчики Д1, Д2 через блок согласования выдают сигналы в УЧПУ станка (блок управления серводвигателями). По резуль­татам этих управляющих воздействий формируется команда на точный останов стола в момент касания вершины резца либо с датчиком Д1, либо с датчиком Д2. Результат 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 технологической системы (диаметральный размер). Полученное отклонение с учетом знака через блок управления исполнительным устройством САН обрабатывается механизмом автоматического выдвижения резца (рис. 57) оправки.

Оправка состоит из корпуса 17, соединенного с инструментальным хвостовиком 10, служащим для установки устройства в шпиндель станка. Корпус 17 зафиксирован двумя винтами 13. В кор­пусе выполнены направляющие скольжения. В них перемещаются резцедержатель 6 и толкатель 1. Резцедержатель (с расточным резцом 7) удерживается от поворота шпонкой 8 и пружиной 5, закрепленной в пазу корпуса 17 двумя винтами 4, постоянно поджимается к толкателю 1. Резец 7 закреплен в резцедержателе 6 винтами 19.

Толкатель через ходовой винт 18 и штифт 16 соединен с выходным валом электродвигателя 11.

Устройство работает следующим образом. После установки оператором оправки в шпиндель станка с помощью специального устройства осуществляется автоматически ее ориентация в нужном угловом положении и подсоединение ответной части разъема 9. В соответствии с измерительной программой, входящей в УП обработки, отсчетно-измерительной системой станка определяется необходимая величина выдвижения резца 7. Блок управления САН включает электродвигатель 11, который вращает ходовой винт 18. Вращательное движение последнего преобразуется в поступательное движение толкателя 1 и резцедержателя 6. В результате резец перемещается на требуемую величину. После этого цепь питания электродвигателя размыкается.

Рис. 57. 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. 58. Управляющим воздействием системы является раз­мер А_д, регулируемым параметром – размер А_с. Данная САдУ является следящей, так как характер изменения 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 механизмом малых перемещений ИМ. В САдУ введена отрицательная обратная связь для достижения высокой точности указанных перемещений. В процессе обработки ДУ (динамометрическое устройство) непрерывно измеряет упругую деформацию А_д. В СУ подается также сигнал от датчика обратной связи (ДОС), который непрерывно измеряет приращение Δ_с размера А_с, получаемое при регулировании. С СУ сигнал рассогласования U₃ = U₁ – U₂ поступает на усилитель У, где сигнал усиливается до значения U₄. С усилителя сигнал U₄ поступает на ИМ, который изменяет положение рабочего органа станка и соответственно размера А_с. Таким образом САдУ, следя за величиной упругого перемещения на замыкающем звене, изменяет размер А_с на ту же величину в противоположном направлении.

Управление динамической