39690

Поднастройка станков. Автоматическое управление точностью в процессе обработки

Лекция

Производство и промышленные технологии

Автоматическое управление точностью в процессе обработки Для обеспечения требуемой точности обработки партии заготовок недостаточно правильно осуществить настройку станка. Под влиянием погрешностей в процессе обработки происходит смещение поля рассеивания размеров деталей к границе допуска. Задача состоит в том чтобы обеспечить необходимую точность обработки в пределах поля допуска и иметь наименьшее количество поднастроек. Для повышения точности и производительности обработки необходимо или уменьшать составляющие погрешности обработки т.

Русский

2013-10-08

134 KB

39 чел.

Поднастройка станков. Автоматическое управление точностью в процессе обработки

Для обеспечения требуемой точности обработки партии заготовок недостаточно правильно осуществить настройку станка. Под влиянием погрешностей в процессе обработки происходит смещение поля рассеивания размеров деталей к границе допуска. Для предотвращения получения брака через определенное время необходимо произвести поднастройку (подналадку) станка.

Поднастройка (подналадка) - это процесс восстановления первоначального взаимного положения инструмента и обрабатываемой заготовки.

Задача состоит в том, чтобы обеспечить необходимую точность обработки (в пределах поля допуска) и иметь наименьшее количество поднастроек.

Для повышения точности и производительности обработки необходимо или уменьшать составляющие погрешности обработки, т.е повышать точность станка и инструмента, стойкость инструмента, жесткость системы, точность настройки и т.д. или уменьшать время между поднастройками.

Однако в первом случае значительно удорожается процесс, а во втором -увеличиваются простои станка из-за увеличения количества поднастроек, те снижается производительность обработки.

С целью уменьшения времени поднастройки применяют различные взаимозаменяемые инструменты: мерные по длине резцы, чашечные резцы, многогранные неперетачиваемые пластинки, наладки, настраиваемые вне станка, сменные суппорты и столы. Применяется также ручная регулировка суппортов, регулируемых державок и т.д.

Для устранения противоречий между требованиями повышения точности и производительности в настоящее время стали широко применяться различные устройства активного контроля, а также самоподнастройка станков с помощью систем автоматического регулирования (CAP), т.е. адаптивных систем управления ходом технологического процесса.

Как известно, качество продукции может обеспечиваться двумя принципиально различными методами:

• посредством разбраковки или сортировки изготовленных деталей и изделий;

• путем повышения технологической точности.

Первый метод основан на использовании послеоперационного контроля, в том числе контрольных и сортировочных автоматов.

Одним из эффективных путей повышения технологической точности является применение активного контроля. Повышение точности при этом достигается компенсацией большинства технологических погрешностей.

К активному контролю относится любой метод контроля, по результатам которого вручную или автоматически осуществляется воздействие на технологический процесс. Любая разновидность технологического контроля (за исклю

чением разбраковки и сортировки) носит активный характер, но не все разновидности технологического контроля можно отнести к регулированию.

Различие между понятиями «активный контроль» и «автоматическое регулирование» заключается в следующем [4].

1. Активный контроль может быть без обратных связей, в то время как системы автоматического регулирования (CAP) всегда замкнуты.

2. При активном контроле управлять процессом можно как автоматически, так и вручную.

3. В случае активного контроля процессы контроля и управления могут происходить не одновременно.

4 Системы автоматического регулирования приходят в действие при рассогласовании текущего значения контролируемого параметра с заданным значением.

Средства активного контроля (САК) размеров по выполняемым ими функциям могут быть разделены на четыре группы:

1. Устройства, контролирующие детали непосредственно в процессе их обработки.

2. Подналадчики.

3. Блокирующие устройства (измерительные «заслоны»).

4. Устройства, осуществляющие контроль до процесса обработки. Все САК могут быть как визуальными, так и автоматическими. К устройствам первой группы относят приборы, контролирующие размеры деталей (прямой метод измерения); положение режущей кромки инструмента или исполнительных органов станка (косвенный метод измерения) непосредственно в процессе обработки детали и через цепь обратной связи (рабочим или автоматически) подающие команду на прекращение обработки или переключение станка на другой режим. Так при шлифовании детали (рис. 4.1,а) на кругло-шлифовальном станке ведется постоянное ее измерение измерительным устройством ИУ. Получаемые данные поступают в сравнивающее устройство СУ, куда также поступают данные о заданном размере с задающего устройства ЗУ По достижении заданного размера сигнал отсутствия рассогласования этих данных усиливается через усиливающее устройство УУ и станок автоматически выключается. Такие САК управляют циклом работы металлорежущего оборудования. Областью их применения являются в основном операции, осуществляемые методом врезания. Недостатками этих САК являются сложность и недостаточная надежность измерительных устройств, сложность измерения поверхностей с отклонениями по форме, прерывность процесса обработки.

К подналадчикам относятся измерительные приборы, которые через цепь прямой или обратной связи изменяют настройку станка, когда значение контролируемого параметра выходит за допустимые границы или отклоняются от его заданного значения.

Подналадчики могут получать команды по результатам измерения одной или нескольких деталей, а также на основе статистических характеристик.

На автоматических линиях применяют суммирующие устройства для получения импульсов не по одному, а по нескольким качествам обрабатываемой детали (например, размер заготовки и ее твердость).

Автоподналадчики строятся с прямой связью (рис. 4.1, б), когда по поступающему на станок после измерения заготовки сигналу он поднастраивается с учетом зафиксированных отклонений, и с обратной связью (рис. 4.1, в), когда отклонения обработанной детали служат сигналом для поднастройки станка. На рис 4.1, б, в: 1 - станок; 2 - измерительное устройство; 3 - регулирующее устройство.

Основными трудностями при использовании подналадчиков, ограничивающими применение этих систем на производстве, являются:

• осуществление малых перемещений при поднастройке (из-за сил трения, инерционных сил, недостаточной точности существующих передач, и др.);

• дискретность технологических систем при лезвийной обработке (ограничение минимальной толщины снимаемой стружки).

Блокировка является простейшей формой активного контроля. К блокирующим относятся устройства, разбраковывающие заготовки до обработки или контролирующие детали после обработки с подачей команды на прекращение процесса обработки, когда значения контролируемых параметров выходят за допустимые пределы. Блокировка может осуществляться в процессе обработки (например, остановка станка или движения подачи при превышении допустимых значений сил или мощности резания). Примером применения блокировки до обработки является контроль размеров деталей на автоматических линиях между станками токарной и шлифовальной групп, чтобы на шлифовальные станки не попадали заготовки с завышенными припусками.

Блокирующие устройства могут применяться также для регистрации правильного базирования деталей при обработке или измерении.

Устройства, контролирующие детали до процесса обработки делят на две группы:

• контролирующие параметры заготовок;

• фиксирующие момент соприкосновения режущего инструмента с заготовкой.

Устройства первой группы производят измерения параметров заготовки и по их результатам или осуществляется стабилизация сил резания или поддерживается постоянной длительность цикла обработки.

Устройства второй группы характерны для шлифовальных станков, когда важно, чтобы переключение с холостого перемещения шлифовальной бабки на рабочую подачу происходило в момент прикосновения шлифовального круга к заготовке. Если это переключение произойдет раньше, то круг не сразу начнет шлифовать деталь, что приведет к снижению производительности обработки. Запоздалое переключение может привести к повреждению детали и круга.

Применение средств активного контроля повышает точность обработки на один-два квалитета, создает возможность многостаночного обслуживания и использования рабочих более низкой квалификации.

При применении средств автоматического регулирования (CAP) управление технологическим процессом может производиться или по результатам измерения размера (отклонения) обрабатываемой детали или по результатам измерения возмущающих факторов, влияющих на точность обработки. Поэтому существующие CAP можно классифицировать:

• по отклонению;

• по возмущению.

Системы автоматического регулирования по возмущению имеют довольно широкое разнообразие конструкций, зависящих от того, какие доминирующие погрешности (возмущающие факторы) стремятся устранить. Довольно часто это упругие отжатая в системе.

Различают два метода автоматической поднастройки (регулирования) технологической системы: путем изменения размера статической и динамической настройки.

Размер детали после обработки может быть представлен векторной или алгебраической суммой.

Аycд ,                        (4.1)

где Аy - размер установки;

Аc - размер статической настройки;

Ад - размер динамической настройки, .

Величину Аy можно принять постоянной для случая обработки данной партии.

Первый путь - внесение изменений c, в размер статической настройки для компенсации возникающих изменений д размера динамической настройки, так как в ходе обработки  Аc должен оставаться постоянным, т.е. Аy+(Ас±с)+(Адд) при с =д  

Схема системы такого регулирования с обратной связью показана на рис 4.1, г. Колебание припуска и твердости у детали 1 вызывает упругое смещение д инструмента 3 и детали, которое фиксируется датчиками измерительных устройств (ИУ) и сигнал подается в сравнивающее устройство (СУ). Здесь происходит сравнение с заданной задающим устройством (ЗУ) величиной их упругих перемещений и определяются величина и знак рассогласования.

Пройдя усиливающее устройство (УУ), сигнал идет в исполнительное устройство - привод подач (ПП) и стол 2 с деталью 1 перемещаются на величину с=д.

Такое регулирование повышает точность обработки и уменьшает размах колебаний размеров деталей в 2...2.5 раза, сокращает число рабочих ходов.

Схема CAP, изменяющая размер статической настройки на токарном копировальном станке, приведена на рис. 4.1, д.

Первоначально производится настройка резца 1 на требуемый размер методом пробных ходов, после чего следящий щуп 2 гидросуппорта выводится на специальную эталонную плоскость копира 3, а вершина резца 1 вводится в соприкосновение с датчиком положения измерительного устройства ИУ. При этом измерительное устройство фиксирует нулевое положение резца. После обработки настроечной партии заготовок 4 (10... 15 шт.) повторяется контроль положения вершины резца и фиксируется отклонение от первоначального нулевого положения. При наличии отклонения сигнал рассогласования через усиливающее УУ и преобразующее ПУ устройства приводит в действие привод подач ПП, который изменяет положение резца, восстанавливая первоначальную настройку.

Второй путь - управление упругими перемещениями путем изменения размера динамической настройки. В этом случае Аc, остается постоянным. Упругие отжатия компенсируются как бы упругими перемещениями системы д в обратном направлении, т.е. А = Аy + Аc +(Ад ±д'д) при д =д

Таким образом, размер динамической настройки Ад стараются сохранить постоянным. Он зависит от силы резания и жесткости системы.

Известно, что сила резания

                               (4.2)

где  - коэффициент, зависящий от скорости резания, геометрии режущего инструмента и т.д.;

- соответственно глубина резания, подача, твердость заготовки.

При определенной жесткости системы для устранения влияния случайных факторов (колебания припуска, твердости заготовки) постоянство Рy, может быть достигнуто варьированием величин Сy, t, s. Наиболее эффективно управление изменением подачи s. На рис. 4.1, е показана схема системы регулирования подачи, которая производится следующим образом. Сигналы о фактической и заданной величинах Ру поступают в сравнивающее устройство СУ При несовпадении этих величин, пройдя через усиливающее УУ и преобразующее ПУ устройства, сигнал рассогласования приводит в действие привод подач ПП, который увеличивает или уменьшает подачу s, обеспечивая постоянство силы резания Рy , а, следовательно, и размера динамической настройки.

Управление упругими перемещениями за счет изменения подачи способствует увеличению точности обработки в 3...4 раза, повышению производительности, сокращению числа рабочих ходов, увеличению размерной стойкости инструмента в 2...4 раза, организации многостаночного обслуживания.

Однако эта система не предусматривает изменения жесткости по длине обработки, не обеспечивает постоянства шероховатости поверхности, не учитывает размерного износа инструмента.

Рис. 4.1. Схемы систем автоматического регулирования точности обработки: а - активного контроля; б - с прямой связью; в - с обратной связью; г, д - за счёт изменения размера статической настройки;

е - за счёт изменения размера динамической настройки

Известны CAP, в которых постоянство силы резания /', достигается за счет изменения в процессе обработки углов резания: угла в плане или угла наклона режущей кромки. Это достигается путем целенаправленного поворота резца относительно его вершины в соответствующем направлении.

Оригинальная CAP токарного станка для изменения размера статической настройки за счет изменения динамической настройки предложена авторами Мурашкиным С.Л. и Абдуловым В.Н. (рис. 4.2, а, б). При точении заготовок с неравномерными припусками и твердостью соответственно изменяются силы резания и, следовательно, упругое отжатие резца. При увеличении силы резания Px и Рz происходит упругий поворот резца в соответствующем направлении, уменьшается глубина резания и возрастает получаемый размер. Компенсацию упругих отжатий предлагается производить путем введения в конструкцию резца упругого элемента между головкой (режущей частью) и телом (стержнем) При этом центр поворота режущей части резца рассчитывается таким образом, что при увеличении сил Рx, и Рz происходит поворот головки резца в вертикальной плоскости (от силы Рz) или в горизонтальной (от силы Px) в тело заготовки, чем увеличивается глубина резания, то есть восстанавливается размер статической настройки.

Системы автоматического регулирования по отклонению производят управление технологическим процессом по результатам измерения размера обрабатываемой детали. В зависимости от метода измерения эти CAP разделяются на устройства, основанные на прямом методе измерения и устройства, основанные на косвенном методе измерения.

При прямом методе контролируется непосредственно размер изготовляемой или изготовленной детали с помощью включения его в размерную цепь измерительного прибора.

При косвенном методе контролируется не размер изготовляемой (или изготовленной) детали, а положение поверхности измеряемой детали или положение режущей кромки инструмента и исполнительных органов станка по отношению к базе установки прибора. При этом в измерительную цепь, кроме размера контролируемой детали, включаются также размерные параметры самого станка. Ввиду этого косвенный метод является менее точным, чем прямой, т к на его точность в большей степени влияют тепловые и силовые деформации технологической системы.

Наибольшую техническую сложность в CAP по отклонению и в САК представляет измерение обрабатываемой заготовки непосредственно в процессе обработки. Известны многочисленные конструкции как контактных, так и бесконтактных измерительных устройств [4].

На рис. 4.2, в показана система регулирования по отклонению с обратной связью, применяемая при обработке валов, разработанная на кафедре технологии машиностроения в ЛПИ под руководством профессора В А. Скрагана.

В процессе обтачивания производится измерение фактического размера диаметра d с помощью датчиков ИУ, установленных после резца на расстоянии x0. После сравнения этого размера с заданным, усиления сигнала рассогласования, его преобразования ПУ, через привод подач суппорт дополнительно перемещается, т.е. обеспечивается постоянство размера d.

Такие недостатки этой системы, как сложность измерения, наличие «транспортного» запаздывания, характеризуемого величиной х„, компенсируются ее важными достоинствами, а именно: высокой точностью обработки (до 0.02 мм на длине 2000 мм), возможностью замены в связи с этим финишных операций токарной обработкой, получением рациональной поверхности детали, устранением большинства погрешностей, возникающих в процессе обработки.

Широкое распространение получили различные CAP на станках с ЧПУ. Наличие микропроцессоров и микро ЭВМ в системах ЧПУ станков позволяет компенсировать погрешности станка путем использования постоянно действующих программ коррекции, заключенных в памяти системы управления Информация о погрешностях может быть получена как аналитическими расчетами, так и экспериментальными исследованиями. Управляющая программа пре-дискажается на этапе программирования или в процессе эксплуатации.

Станки с ЧПУ характеризуются достаточно высокой точностью позиционирования рабочих органов. Поэтому широкое применение получили CAP, работающие по результатам контроля размеров обрабатываемых деталей непосредственно на станке. Такие CAP состоят из измерительного щупа, установленного в шпинделе станка типа обрабатывающего центра (ОЦ), в револьверной головке или на столе станка, и системы обработки полученной информации и выдачи сигнала на подналадку технологической системы. Подналадка положения заготовки осуществляется соответствующей коррекцией управляющей программы. Положение резца на станке токарной группы изменяют, смещая суппорт.

Более сложно регулирование положения расточного инструмента, закрепленного во вращающемся шпинделе. В этом случае применяют специальные плансуппортные головки или расточные оправки с приводом, обеспечивающим радиальное смещение инструмента. Варианты конструкций специальных оправок приведены в [13].

Схема CAP для станка с ЧПУ типа ОЦ, изменяющей размер статической настройки, приведена на рис. 4.2, г.

После обработки отверстия в детали 1 с помощью измерительного щупа 2 и измерительного устройства ИУ измеряется диаметр отверстия. Полученная информация поступает в сравнивающее устройство СУ, куда поступает также сигнал о требуемом диаметре от задающего устройства ЗУ. В блоке СУ при рассогласовании действительного и требуемого размеров вырабатывается сигнал управления, который через усиливающее устройство УУ и преобразующее устройство ПУ поступает на механизм привода радиальной подачи регулируе-мой оправки 3. Происходит автоматическая поднастройка радиального положения резца 4.

На рис. 4.2, д приведена схема САР автоматической компенсации износа инструмента для станка с ЧПУ. После обработки детали щупы 1 и 2 измерительных устройств ИУ подводятся к резцу 3 и специальному эталонному упору на оправке 4. Полученная разность размеров, характеризующая износ резца, используется для введения необходимой коррекции в его положение.

Методы автоматического управления точностью обработки в настоящее время получают свое дальнейшее развитие и будут широко внедряться в производство.

Рис. 4.2. Схемы систем автоматического регулирования точности обработки


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14502. EU enlargement 35.5 KB
  EU enlargement The story of the European Union begins in 1951 with the formation of the European Coal and Steel Community. France Italy West Germany and 3 Benelux countries agreed to unify their coal and steel markets. The idea of being economically interdependent make a return to war in the words of French foreign minister Robert Shrooman materially impossible. The GDP of the 6 members rose steadily as the effect of the Community rules on the industrial production and trade began kick...
14503. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОРГОВОГО ОБОРОТА 2.04 MB
  Право Европейского Союза: ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОРГОВОГО ОБОРОТА Подготовленное учеными юридического факультета Российского Университета дружбы народов учебное пособие имеет целью раскрытие исходных положений определяющих основы функционирования общеевр
14504. СИСТЕМЫ БАЗ ЗНАНИЙ 66.5 KB
  СИСТЕМЫ БАЗ ЗНАНИЙ Существует область информационной индустрии в которой превалирующими являются интеллектуальные системы – системы которые проектируются на основе моделей экспертных систем и нейронных сетей. В отличие от традиционных ИС эти системы предназначен...
14505. Экспертные системы. Имитация решения 103.5 KB
  Экспертные системы Экспертная система разработана для имитации процесса принятия решения экспертом человеком. Для создания такой системы специалисты опрашивают эксперта в специализированной предметной области и пытаются на основе их логики принятия решения сформ...
14506. База знаний экспертных систем 83.5 KB
  База знаний экспертных систем Обязательной составляющей любой экспертной системы является база знаний. Как уже говорилось ранее под знанием можно понимать обобщенную и формализованную информацию о свойствах и законах предметной области с помощью которой реализую
14507. МЕТОДЫ ПРИБРЕТЕНИЯ ЗНАНИЙ 84.5 KB
  МЕТОДЫ ПРИБРЕТЕНИЯ ЗНАНИЙ Приобретение знаний это процесс передачи знаний и опыта по решению определенного класса задач от источника информации в базу знаний ЭС. В настоящее время существует абсолютное большинство баз знаний БЗн основывается на опыте экспертов. ...
14508. Системы автоматизации принятия решений. САПР 866 KB
  Случайные события. Определение вероятности. Определить вероятность достоверного и невозможного события Случайное событие это любой факт который может появиться или не появиться при проведении данного опыта. При многократном повтор
14509. Базы данных. Основы современных баз данных 463.5 KB
  Основы современных баз данных Предметом курса являются системы управления базами данных СУБД. Основное назначение данного курса систематическое введение в идеи и методы используемые в современных реляционных системах управления базами данных. С начала развития вы
14510. Системы представления знаний 230.64 KB
  Лекция 2: Системы представления знаний Традиционно системы представления знаний СПЗ для ИС используют следующие основные виды моделей: фреймы сценарии исчисления предикатов системы продукций семантические сети нечеткие множества. Рассмотрим эти модели подробно. ...