Технологическая задача

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 и 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.

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 – 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).

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). 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 становится управляемым показателем технологи­ческого процесса, а достижение качества - компонентом техно­логической задачи ЧПУ.

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.

Способ решения технологической задачи, связанной с управлением качеством обработки

Терминальная задача

Устройство ЧПУ первоначально было создано как проблемно-ориентированная вычислительная машина реального времени. Однако затем, по мере возрастания активной роли опера­тора в управлении, все более увеличивался удельный вес интер­активных (диалоговых) процедур и связанных с ними процессов машинного масштаба времени. Постепенно сформировался доста­точно автономный круг задач, решение которых не требовало специальной и даже специализированной аппаратуры ЧПУ, но вполне могло быть выполнено универсальными вычислитель­ными средствами на основе взаимодействия оператора с термина­лом (пассивным или активным). Так оформилась терминальная задача ЧПУ.

К терминальной задаче ЧПУ отнесем все проявления взаимо­действия устройства ЧПУ с окружающей средой: прежде всего это диалог с оператором, кроме того, диалог с другими системами управления. Техническими средствами поддержания диалога являются, прежде всего, пассивный терминал (панель оператора) или активный терминал (персональный компьютер), а, кроме того, интерфейс с управляющими устройствами внешней среды.

Одним из видов взаимодействия УЧПУ с окружающей средой является ввод информации (программы обработки). Для этого используются различные считывающие устройства.

Раздел 2. Системы числового программного управления станками и станочными комплексами.

Тема. 2.1. Принцип работы станков с ЧПУ

В общем виде структуру комплекса «Станок с ЧПУ» можно пред­ставить в виде трех блоков, каждый из которых выполняет свою зада­чу: управляющая программа (УП), устройство ЧПУ (УЧПУ) и собст­венно станок, все это образует систему числового программного управления.