Оперативное регулирование статической настройки технологических систем

В цикловых системах управление качеством обработки осу­ществляется при ТПП. Точность обработки зависит от того, на­сколько при известных входных переменных точно определены условия выполнения операции и все это учтено в задающем воз­действии управляющего устройства и наладке технологической системы.

Задачу обеспечения заданной точности решают в два этапа:

1) определяют условия выполнения операции, при которых сум­марная погрешность обработки ∆ не превышает поле допуска Т;

2) устанавливают расположение поля погрешности в поле до­пуска. Последнее обеспечивают размерной наладкой технологи­ческой системы, выполняемой в сфере производства, однако спо­соб наладки и условия ее проведения выбирают при технологи­ческом проектировании (в процессе ТПП).

Размерную наладку выполняют на назначенные (рассчитан­ные) при проектировании наладочные размеры. Рассмотрим со­ображения, в соответствии с которыми выбирают наладочные размеры в цикловых системах.

Если Т = , то заданная точность будет выдержана только в том случае (рис. 3.5, а), если в процессе наладки будут совме­щены нижние и верхние границы заданных и фак­тических размеров:

, .

 

Во всех остальных случаях поле погрешности выйдет за пределы поля допуска, а следовательно, возможно получение брака. В данном случае может быть только один наладочный размер, ко­торый обеспечивает заданную точность обработки.

Рис. 3.5. Схемы к выбору наладочных размеров в цикловых систе­мах при равенстве допуска и поля суммарной погрешности обра­ботки (а) и при превышении допуском поля суммарной погреш­ности обработки (б)

При Т >  (рис. 3.5, б) поле погрешности может занимать множество положений относительно поля допуска, обеспечива­ющих заданную точность обработки. Указанное множество по­ложений поля погрешности относительно поля допуска ограни­чивается неравенствами

;

Значение Т —  можно трактовать, например, как допуск на размерный износ инструмента. В рассматриваемом случае мо­жет быть множество наладочных размеров, при которых выдер­живается заданная точность обработки. Однако эффективность обработки при их использовании различна. В частности, чем больше допуск на износ инструмента Т_и, тем меньше требуется подналадок инструмента за период его стойкости, а следователь­но, уменьшаются непроизводительные простои станка и трудо­емкость обработки. Нетрудно видеть (см. рис. 3.5, б), что до­пуск Т_и будет наибольшим при совмещении нижних предель­ных и фактически получаемых размеров: . Исходя из изложенного наладочные размеры следует выбирать таким об­разом, чтобы фактические размеры первых обработанных деталей были максимально смещены к нижней (для вала) или верхней (для отверстия) границе поля допуска. Это требование обеспечи­вает минимальное число подналадок технологической системы.

На рис. 3.6 показана точностная диаграмма деталей, обрабо­танных при размерной наладке, выполненной в соответствии с изложенным требованием. Из этой диаграммы можно опреде­лить наладочный размер L _н.дет для наладки по пробным деталям (случай наружной токарной обработки):

где — погрешность измерения готовых деталей; — поле рассеяния размеров вследствие действия случайных составляю­щих погрешности обработки; — систематическая закономер­но изменяющаяся погрешность, обусловленная суммарным дей­ствием размерного износа и тепловых деформаций инструмента.

Уменьшение размеров в начальный момент связано с преоб­ладающим влиянием тепловых деформаций. По мере их стаби­лизации начинается увеличение размеров, вызванное размерным износом инструмента.

Рис. 3.6. Точностная диаграмма деталей, обработанных при постоянной размерной наладке

 

При наладке по эталону силы резания отсутствуют (рис. 3.7, а). После выполнения такой наладки размер обработанных деталей будет больше наладочного размера на значение у средней упругой деформации технологической системы:

где — средние упругие деформации элементов технологи­ческой системы, связанных с заготовкой; — средние упру­гие деформации элементов технологической системы, связанных с инструментом.

Рис. 3.7. Схема размерной наладки по эталону:

— диаметр заготовки

 

При наладке по эталону наладочный размер измеряют от фор­мообразующей вершины инструмента (рис. 3.7, б). После обра­ботки измеряемый наладочный размер отличается от наладоч­ного размера по эталону на параметр Rz высоты микронеровно­стей. Наладочный размер при наладке по эталону определяют по формуле

Изложенный подход и методика определения наладочного размера справедливы не только для цикловых систем, но и для случаев обработки с использованием автоматически подналадочных (наладочных) устройств, когда отсутствует систематический контроль и компенсация размерного износа инструмента (на­пример, статистический контроль). Если износ контролируется и компенсируется при обработке каждой заготовки партии, то в качестве наладочного размера рекомендуется принимать середи­ну поля допуска.

Наладочные размеры как составляющие вектора задающего воздействия непосредственно определяют статическую настройку технологической системы. Если же формой реализации цикло­вой системы управления является ЧПУ, их вносят в управляю­щие программы. Наиболее часто обеспечение качества при об­работке на станках с ЧПУ связано с компенсацией погрешнос­тей, вызываемых упругими деформациями технологической системы при изменении условий резания. Такие изменения мо­гут происходить, например, при обработке участков заготовок, требующих резкого изменения траектории относительного дви­жения инструмента и заготовки.

При контурном фрезеровании на станке с ЧПУ участка заготовки, по­казанного на рис. 3.8, радиус R со­пряжения плоских участков конту­ра равен радиусу фрезы. Припуск на обработку считается распределен­ным эквидистантно обработанному контуру. При обработке плоского участка с прямолинейной образую­щей глубина резания постоянна и равна припуску , а угол контакта  и сила резания постоянны.

Фрезерование участка сопряжения связано с возрастанием глубины ре­зания до . Как следствие, растет сила резания (рис. 3.9). В зависимо­сти от формы сопряжения возмож­но увеличение окружной силы реза­ния, причем

Рис. 3.8. Схема контурного фрезерования участка заго­товки:

1 — заданный контур после об­работки; 2 — контур исходной заготовки; 3, 4 — положения концевой фрезы; 5 — заданная (номинальная) траектория центра фрезы

Длина участка L_K, на котором наблюдают рост сил резания, зависит от формы и размеров сопряжения. Максимальных зна­чений глубина и сила резания достигают в точке изменения направления движения (точка O '), после чего происходит прак­тически мгновенное изменение силы, действующей на фрезу, до значения, соответствующего плоскому участку. Изменение силы резания вызывает из­менение упругих деформаций техно­логической системы при фрезерова­нии участка сопряжений.

Фактическая траектория центра фрезы и вид обработанного контура не совпадают с заданными (рис. 3.10). Проявление максимальной погрешно­сти ∆_у обработки контура таково, что при встречном фрезеровании возрас­тает риск появления неисправимого брака. При попутном фрезеровании брак может быть исправлен введени­ем, например, дополнительного рабочего хода по той же управ­ляющей программе, что, однако, резко снижает производитель­ность и увеличивает затраты. К тому же, в связи с некоторыми особенностями процесса применение попутного фрезерования не всегда возможно.

Для обеспечения заданного качества обработки часто прибе­гают к предварительному искажению (геометрической коррек­ции) номинальной траектории движения инструмента и заданию ее в управляющей программе.

Рис. 3.9. Изменение окруж­ной силы резания при контурном фрезеровании участка заготовки

Рис. 3.10. Фактические траектории центра фрезы и вид обработанного контура заготовки при встречном (о) и попутном (б) фрезеровании:

1,2 — заданный и фактический контуры после обработки соответственно; 3, 4 — заданная (номинальная) и факти­ческая траектории центра фрезы соответственно; ∆_утах — максимальная погрешность обработки контура

 

При движении центра инструмента по предыскаженной траектории, являющейся зеркальным отображением фактической траектории относительно но­минальной, происходит существенная компенсация указанной по­грешности. Траектория центра инструмента при этом приближается к номинальной. В отмеченных случаях полного расчета суммар­ной погрешности обработки контура, как правило, не делают и ограничиваются расчетом отклонений, вызываемых упругими де­формациями технологической системы, которые используют для расчетов, связанных с предыскажением траектории.

Расчет предыскажения выполняют в определенной последо­вательности, которую поясним на примере фрезерования участ­ка заготовки (см. рис. 3.8, 3.9).

1. В зависимости от формы и геометрических параметров со­пряжения определяют длину L_K участка траектории, на котором ожидается рост силы резания, и в пределах этой длины выбира­ют 9—12 точек коррекции контура.

2. Для каждой i -й точки определяют угол θ _i, контакта фрезы с заготовкой и погрешность контура ∆ _{i у}.

3. Найденное значение ∆ _{i у ;} сравнивают с допуском Т на вы­держиваемый размер контура. Если ∆ _{i у} < Т, то предыскажение траектории не делают, а в управляющую программу вводят но­минальные координаты центра фрезы. При ∆ _{i у} > Т выполняют расчет предыскажения по соответствующей координате (в рас­сматриваемом случае по у) (рис. 3.11):

где y_Ki — скорректированная ордината i -й точки контура. Сум­мирование осуществляется с учетом изменения знака , на противоположный. Для точек, соответствующих нестационарному участку фактической траектории, промежуточные скорректированные координаты определяют экстраполированием.

Рис. 3.11. Схема формиро­вания предыскажения тра­ектории центра фрезы:

1 — заданная (номинальная) траектория центра фрезы;

2 — фактическая траектория центра фрезы; 3 — предыскаженная траектория центра фрезы

 

Расчеты предыскажения траектории можно легко формализовать. Как правило, они выполняются автоматически при подготовке управляющих программ с использованием специализированных программно-аппаратных комплексов.

В самонастраивающихся системах контроль условий обработки и управление, обеспечивающее компенсацию влияния возмущающих факторов на качество обработки, возможен до начала ав­томатического цикла обработки. В этом случае управление качеством сводится к регулированию статической настройки.