ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ токарні верстати ШЛЯХОМ НАЛАШТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ УЧПУ [1]
Запропоновано метод настройки верстатних параметрів, що дозволяє визначити точність всієї технологічної системи, ідентифікувати вплив кожного з факторів на точність відпрацювання траєкторії переміщення ріжучим інструментом.
Ключові слова: точність, траєкторія інструменту, оптимізація, верстатні параметри, система діагностики, токарний верстат з ЧПУ, контур положення.
Технологічне забезпечення експлуатаційних властивостей деталей машин і їх з'єднань нерозривно пов'язане із забезпеченням геометричної точності деталей.
На формування геометрії поверхні деталі впливають такі фактори, як похибка установки заготовки (сюди входять похибки базування, закріплення, а також похибка пристосування), похибка настройки верстата, розмірний знос ріжучих інструментів, пружні переміщення вузлів верстата, теплові деформації технологічної системи, залишкові напруги в деталях, геометрична неточність верстата, обумовлена похибками виготовлення, установки верстата, зносом його вузлів (напрямних, кулько-гвинтової пари (ШВП)), також кінематичними похибками, що включають похибки позиціонування супортів верстата.
Частка кожної з похибок, що входять в допуск на розмір, при обробці деталей машин на токарних верстатах різна. На чистових операціях основною похибкою, яка визначає сумарну похибка обробки, є похибка, обумовлена геометричній неточністю верстата. Розрахунок сумарної похибки, проведений відповідно до методики, представленої в роботі [1], показав, що при обробці по 11-му квалітету частка похибки, обумовленої геометричній неточністю верстата, становить%, при обробці по 9-му квалітету -%, а по 7-му -%.
Зменшення величини цієї похибки дозволить значно підвищити точність деталей машин, оброблюваних на токарних верстатах з ЧПУ.
Вирішення такого завдання, як підвищення геометричної точності верстата, обумовленої кінематикою верстата, присвячена досить велика кількість робіт. У роботах [2, 3] геометрична точність верстата досягається за допомогою контролю процесу різання. Необхідна точність досягається за допомогою адаптивних систем, що дозволяють змінювати структуру системи управління верстатом при зміні динамічних процесів під час різання, а також формування коригуючих дій, що управляють.
Проте базова кінематична точність верстата визначається точністю системи управління токарного верстата з ЧПУ (рис. 1), до складу якої входять приводи подач, і залежить від точності їх налаштування. Способи синтезу системи управління приводом подачі представлені в роботах [4, 5]. Вважається, що привід задовольняє заданій точності, якщо логарифмічна амплітудно-частотна характеристика (ЛАЧХ) розімкнутого контуру положення цього приводу лежить вище забороненої зони, обмеженої деякою бажаної ЛАЧХ (рис.2).
Мал. 1. Структурна схема системи управління
Даний метод не дозволяє оцінити вплив на точність верстата коефіцієнтів посилення ПІД-регулятора контуру положення, похибки, обумовленої частотою задає впливу на привід, сухого тертя, люфту в ШВП, накопиченої похибки ходового гвинта і ін.
Сучасні системи числового програмного керування дозволяють компенсувати вплив більшості з перерахованих факторів шляхом настройки відповідних верстатних параметрів [6]. Пропонований метод дозволить визначити точність відпрацювання траєкторії переміщення ріжучим інструментом, а також вплив на неї кожного з зазначених факторів. Компенсуючи відповідні похибки, можна домогтися необхідної точності відпрацювання траєкторії інструменту (рис.6).
Як траєкторії переміщення досліджується дуга окружності, так як саме при відпрацюванні кругової траєкторії проявляється дія всіх перерахованих факторів.
Для визначення траєкторії переміщення різального інструменту, а також ідентифікації факторів, що впливають на цю траєкторію, на токарно-револьверний верстаті з ЧПУ мод. 1У340Ф30 з приводами подач TNP була змонтована система діагностики. Привід виконаний по одноконтурній схемі з ПІ-регулятором швидкості і блоком нелінійного струмообмеження. На рис. 3 і 4 представлені відповідно кінематична і структурна схеми приводу [7].
В результаті при відпрацюванні приводом траєкторій з прискоренням (обробка сферичних або сплайнів поверхонь) зміна завдання на ЦАП при певних швидкостях відбувається під час перехідного процесу (рис.7а). При відпрацюванні першого завдання на ЦАП виникає перехідний процес (крива 1). При наступному завданні виникає новий перехідний процес (крива 2). Цей перехідний процес накладається на перехідний процес від попереднього завдання. Процес повторюється при наступних задають впливах на ЦАП. В результаті виникає накопичена похибка, викликана динамікою приводу. Це підтверджується експериментально при відпрацюванні одиничного впливу на ЦАП системи ЧПУ NC201M
токарно-револьверного верстата (рис.7б). Час регулювання значно перевищує тик УЧПУ, рівний 2 мс, і змінюється в залежності від налаштування ПІД-регулятора.
Для компенсації накопиченої похибки слід домогтися певних параметрів якості перехідного процесу, таких, як час регулювання, перерегулювання, статична помилка, число коливань (рис.8). В ідеальному випадку час перехідного процесу має бути зведено до мінімуму. Однак існують певні обмеження: некомпенсируемое постійна часу приводу, граничний коефіцієнт посилення пропорційної складової, від якого залежить стійкість приводу, коефіцієнти посилення диференціює і інтегрує складових, які визначають величину перерегулювання і час регулювання.
Для завдання коефіцієнтів цифрового ПІД-регулятора положення системи ЧПУ NC201M в файлі характеризації осей AXCFIL в секції 2 програмуються дві інструкції: GMnn і FRC.
Інструкція GMnn визначає параметри швидкості швидкого ходу і коефіцієнт посилення пропорційною складовою для поточної характеризується осі. Інструкція FRC призначена для визначення коефіцієнтів посилення диференціює і інтегрує складових ПІД-регулятора інтерпольованої осі. Крім цього, є верстатні параметри, що дозволяють компенсувати сухе тертя, люфт в ШВП, накопичену похибка ходового гвинта і ін. [8].
Метод вимірювання верстатних параметрів може широко застосовуватися як при налагодженні нових токарних верстатів з ЧПУ, так і при модернізації застарілих, проведенні планового і капітального ремонтів верстатного обладнання. Метод дає можливість прийняти рішення про необхідність проведення капітального ремонту і модернізації верстатного обладнання, а також про ступінь модернізації (модернізувати весь верстат або тільки систему управління).
1. Довідник технолога-машинобудівника. У 2 т. Т.1 / під ред. -М. Машинобудування, 19с.
3. Базров, основи проектування самоподнастраівающіхся верстатів /. - М. Машинобудування, 19с.
4. Каган, електромеханічні системи /. [та ін.]. - М. Вища школа, 1985. - 208 с.
5. Коровін, програмного управління промисловими установками і робототехнічними комплексами: навч. посібник для вузів /. -Л. Вища школа, Ленингр. отд-ня, 19с.
6. Пристрій числового програмного керування NC201-M. Керівництво по характерізаціі.-СПб. Балт-Систем, 20с.
7. Чернов, подач верстатів з ЧПУ: довід. допомога/. - Горький: Волго-Вят. кн. вид-во, 1986. - 271 с.
Матеріал надійшов до редколегії 26.09.11.
[1] Дослідження виконано в рамках ФЦП «Наукові та науково-педагогічні кадри інноваційної Росії» на рр.