Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Технологическая задача ЧПУ




 

 

Технологическая задача ЧПУ состоит в достижении требуемого качества деталей с наименьшими затратами. Главным показателем качества деталей является их точность.

Под точностью детали понимают степень ее приближения к геометрически правильному прототипу, включая учет макрогеометрии, а также волнистость и шероховатость. К другим показателям качества можно отнести, например, состояние поверхностного слоя обрабатываемой детали.

Рассмотрим механизм формирования заданной точности обработки в связи с особенностями начальной установки, статической и динамической настроек детали.

При размещении обрабатываемой детали в рабочем пространстве станка (т.е. при включении детали в кинематические и размерные цепи станочной системы) необходимо обеспечить начальную установку, т.е. управление точностью начального положения относительно баз станка или приспособления. Заготовку закрепляют на столе станка или в приспособлении. Комплект технологических баз, определяющих положение детали в процессе ее обработки, образует координатную систему детали. Поверхности стола, или приспособления, или других компонентов, с помощью которых деталь координируют в рабочем пространстве, составляют комплект баз станка, формирующих его координатную систему.

Погрешность установки детали, как правило, не может быть определена расчетным путем, поэтому после установки обследуют поверхности детали с помощью измерительных головок в рамках специальных автоматических измерительных циклов (обследуют и деталь, и инструмент).

По результатам измерений погрешности установки детали вводятся в память устройства ЧПУ, и таким образом координатные системы станка и детали оказываются согласованными, а управляющая программа ЧПУ в системе координат детали — пригодной для своего воспроизведения в координатной системе станка.

Статическая настройка детали есть процесс управления пер­воначальным установлением точности относительного движения и положения (без резания) инструмента, оборудования и приспособления. Другими словами, статическая настройка состоит в согласовании на уровне управления уже трех координатных систем: станка, детали, инструмента. Параметры согласования хранят обычно в виде корректур инструмента в памяти устройства ЧПУ (под корректурами понимают координаты исполнительных поверхностей инструмента в системе координат станка).

Установленная первоначально точность относительного движения и положения снижается при обработке вследствие различного рода погрешностей, носящих систематический или случайный характер. Примером систематической погрешности может послужить переменная в координатах рабочего пространства станка погрешность шариковой пары винт — гайка. Примером случайной погрешности может послужить размерное изнаши­вание многократно используемого в различных операциях инструмента.



Размерная поднастройка (как компонент статической настройки) — это управление восстановлением (при обработке) точности относительного движения и положения инструмента, оборудования и приспособления для продолжения рабочего процесса с заданным качеством. Размерную поднастройку с целью компенсации систематических погрешностей осуществляют путем периодического обращения к таблицам коррекций соответствующих погрешностей, хранимым в памяти устройства ЧПУ (например, к таблицам систематических погрешностей шариковых пар винт - гайка). Случайные погрешности можно компенсировать путем периодического обновления соответствующих таблиц коррекций, хранимых в памяти устройства ЧПУ на основе эпизодических измерительных циклов (например, циклов обследования исполнительных поверхностей инструмента).

Для осуществления статической настройки на станке с ЧПУ используют в принципе три метода:

метод, связанный с установлением координат инструмента в системе координат детали (метод пробных проходов);

метод, связанный с установлением координат инструмента в системе координат станка (абсолютный метод);

метод, связанный с установлением координат инструмента в про­межуточной системе координат, положение которой относительно координатной системы станка известно (относительный метод).

В станках с ЧПУ получили распространение два последних метода, которые реализуют обычно с помощью измерительных головок.



Динамическая настройка представляет собой этап управления точностью обработки непосредственно в условиях резания, когда искажению точности способствуют деформационные, тепловые и динамические процессы. В основе указанных процессов лежат различные физические эффекты (упругие и контактные деформации, температурные деформации, трение, изнашивание, вынужденные колебания, автоколебания); однако влияние любых факторов на точность обработки проявляется в конечном счете через размерные связи станочной системы. Под действием этих факторов происходят изменения размеров и относительных поворотов поверхностей. В результате возникают отклонения от заданной при статической настройке точности относительного положения и движения инструмента, баз станка и обрабатываемой заготовки. Эти отклонения носят переменный характер и изменяются случайно или по определенному закону в функции времени, в функции координат.

Итак, размеры деталей являются функциями начальной установки, а также статической и динамической настроек. Исходя из этого, достижение повышенной точности возможно путем автоматического управления в рамках начальной установки, статической настройки, динамической настройки, одновременного привлечения нескольких видов управления. Очевидно, что управление какого-то одного вида может устранить как собственные погрешности, так и погрешности управлений других видов. Таким образом, качество обработки (а сейчас мы конкретно говорим о точности) становится управляемым показателем технологического процесса, а достижение качества — компонентом технологической задачи ЧПУ.

Из сказанного вытекает способ решения той части технологической задачи, которая относится к управлению качеством (рис. 5.1).

 
 

 


Рис. 5.1. Способ решения технологической задачи, связанный с управлением

качеством обработки

 

Управляющая программа должна иметь в своем составе кадры с описаниями измерительных циклов. Измерительные циклы формируют массивы коррекций разнообразного назначения, что и обеспечивает в конечном счете статическую настройку. В процессе резания измеряют параметры динамической настройки с помощью датчиков силовых параметров резания (силы резания, вращающего момента на шпинделе); датчиков температуры, вибраций, виброакустического спектра; датчиков деформаций и смещений и др. Подобная информация позволяет при соответствующей ее обработке управлять динамической настройкой. Поскольку управление точностью осуществляется через приводы подачи, технологическая задача на каком-то этапе своего выполнения сливается с геометрической задачей ЧПУ.

Перейдем к характеристике другой части технологической задачи, связанной с управлением эффективностью обработки.

Обычно под экономическим режимом резания понимают такой период стойкости и соответствующие ему параметры режима резания (при заданной стоимости единиц машинного времени, вспомогательного времени, накладных расходов), при которых стоимость операции будет наименьшей. Запись критериев оптимальности основана на известных зависимостях между скоростью резания, подачей, глубиной и периодом стойкости.

Для чистовых операций период стойкости может быть менее важным, чем точность достигаемого размера и чистоты поверхности; однако для черновых операций необходимо снимать наибольшее количество материала в единицу времени. Таким образом, проблема управления с целью установления экономических режимов резания актуальна именно в отношении черновых режимов. Математическая формулировка этой проблемы может выглядев различным образом, например так: оптимизация процесса резания путем максимизирования отношения объема снимаемого металла к износу инструмента; оптимизация процесса резания путем минимизирования отношения затрат к объему снимаемого металла за период стойкости инструмента, а также и др. Несмотря на различные формы по сути в любом критерии оптимизации рассматривают сумму затрат, связанных с машинным временем, временем на смену режущего инструмента, с эксплуатацией инструмента. Отсюда можно сделать вывод относительно связи и непротиворечивости критериев максимума производительности и минимума затрат.

Проблему оптимизации чаще всего сводят к определению оптимальных режимов резания (скорости резания, подачи). Однако сходные методы могут быть привлечены к оптимизации переходных процессов, допусков, последовательности переходов. В общем виде принцип оптимальности можно сформулировать так: для конкретного варианта технологического процесса необходимо определить такие значения искомых технологических параметров, которые обеспечили бы небольшую эффективность процесса при соблюдении ограничений по качеству обработки, производительности, расходу оборотных средств, техническим, технологическим и организационно-техническим возможностям станка.

Системы управления станками, обеспечивающие поиск и поддержание технологических параметров рабочего процесса, удовлетворяющих критерию оптимизации и действующим ограничениям, получили наименование адаптивных. Это наименование сохраняют обычно и в тех случаях, когда конкретная техническая реализация не вполне отвечает классу систем адаптивного управления в терминах теории автоматического управления; это связано с существующими в станкостроении традициями. Обобщенная структурная схема адаптивного управления показана на рис.5.2

 
 

 

 


Рис. 5.2. Обобщенная структурная схема адаптивного управления

 

Блок (модуль) адаптивного управления может быть частью устройства ЧПУ, а может быть и автономным устройством. Из рисунка понятно, что устройство ЧПУ управляет технологическим процессом лишь косвенно: через приводы подачи, главного движения, автоматики. Таким образом, только адаптивное управление способно снизить отрицательное влияние действующих на технологический процесс возмущений, а также отрицательные последствия несовершенной управляющей программы ЧПУ.

Измеряемые параметры зависят от искомых технологических; обычно измеряют силу резания, мощность, износ инструмента и т.д. К параметрам настройки относятся коэффициенты уравнений, определяющих математическую модель. Ограничения составляют систему неравенств, каждое из которых устанавливает пределы варьирования измеряемых и искомых параметров. Математическая модель связывает критерий оптимальности с искомыми технологическими и измеряемыми параметрами.

Блок оптимизации, действуя в соответствии с некоторым постоянным или выбираемым алгоритмом, находит такие значения искомых технологических параметров, которые обеспечивают критерию оптимальности максимум или минимум. При этом учитываются необходимые ограничения.

Несколько слов о математической модели (рис.5.2). Получить такую модель чисто теоретическим путем удается далеко не всегда. По этой причине при разработке модели эффективны методы теории планирования эксперимента. Следует заметить также, что информационно-измерительная система сама является непрерывно работающим экспериментатором, а вычислительный блок оптимизации способен сам выполнять расчеты, требуемые при построении модели методами планирования эксперимента. В связи с этим блок оптимизации может автоматически вносить необходимые коррекции в математическую модель, а в принципе и синтезировать такую модель.

В заключение можно отметить, что структурная схема системы адаптивного управления станка с ЧПУ вырисовывается по мере выбора критерия эффективности процесса обработки (экономического, точностного или критерия, характеризующего степень совершенства механизмов станка), а также ограничений, в пределах которых использование критерия имеет смысл, конкретных методов разработки математической модели (аналитических, экс­периментальных, аналитико-экспериментальных), алгоритмов оптимизации работы станка в соответствии с принятым критерием и наложенными на него ограничениями, технических средств адаптивного управления и их размещения в системе ЧПУ.

 

 


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.006 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал