Повышение точности обработки

Помимо рассмотренных ранее погрешностей при обработке на станках с ЧПУ имеют место специфические погрешности об­работки, к которым прежде всего относятся погрешности ап­проксимации и интерполяции. Они возникают на стадии подго­товки управляющей программы при обработке криволинейных контуров.

Погрешность аппроксимации возникает в результате замены криволинейного контура между опорными точками обрабатыва­емого профиля близким к нему прямолинейным или криволи­нейным контуром, имеющимся в устройстве ЧПУ. Такая замена необходима в связи с наличием в устройстве ЧПУ определенно­го математического обеспечения в системе управления контур­ными перемещениями. Современные устройства ЧПУ имеют ли­нейную и круговую интерполяцию, обеспечивающую перемеще­ние исполнительного органа по прямой или дуге окружности. На рис. 5.19, а показан пример замены криволинейной поверх­ности на участке АВ отрезками прямой 1 (линейная аппрокси­мация) и дугой окружности 2 (круговая аппроксимация). На ри­сунке видно, что погрешность аппроксимации а — чисто гео­метрическая величина. Ее можно сколь угодно уменьшить, сближая точки А и В, т. е. увеличивая число опорных точек на программируемой поверхности. При обработке цилиндрических, конических, торцевых, сферических и тороидальных поверхнос­тей эта погрешность равна нулю.

Рис. 5.19. Погрешности аппроксимации (а) и интерполяции (б)

Погрешность интерполяции возникает в результате замены ап­проксимирующих прямых и криволинейных отрезков ступенча­той линией. Это обусловлено спецификой работы приводов стан­ка с ЧПУ, которые работают в строгой последовательности и не могут функционировать одновременно. На рис. 5.19, б показаны схемы замены наклонного и криволинейного участков ступен­чатой линией, образуемой поочередным включением продоль­ной и поперечной подач. В результате возникает погрешность индикации . Поскольку в современных станках разрешение си­стемы ЧПУ приближается к 0,001 мм, то возникающую при этом погрешность  можно не учитывать.

При воспроизведении управляющей программы на станке с ЧПУ возникает погрешность позиционирования исполнительных органов, которая зависит от многих факторов: перемещающейся массы (стола с заготовкой), скорости перемещения, типа обрат­ной связи, способа подхода исполнительного органа в заданное положение, точности работы и изготовления привода подач и т. д. Погрешность позиционирования имеет систематическую и случайную составляющие. На рис. 5.20, а эти составляющие показаны при многократном п перемещении исполнительного органа из одной точки в другую, а на рис. 5.20, б — в зависимо­сти от перемещения L исполнительного органа. Видно (см. рис. 5.20, б), что случайная составляющая погрешности позицио­нирования почти не зависит от перемещения, тогда как система­тическая составляющая может изменяться достаточно заметно.

Рис. 5.20. Составляющие погрешности позиционирования

Современные системы ЧПУ позволяют по результатам экс­перимента (см. рис. 5.20, б) определить закон изменения = f (L) и ввести его в устройство ЧПУ. Система ЧПУ в этом случае обеспечит полную компенсацию этой погрешности при перемещении исполнительного органа. Для уменьшения систе­матической и случайной составляющих погрешности позицио­нирования в станках с ЧПУ предусматривают обратную связь по перемещению исполнительного органа (замкнутые системы ЧПУ), применяют гидро- и пневмостатические направляющие, винтовые пары качения, вибрационные устройства в приводе подач и другие решения, уменьшающие вредное влияние сил трения.

Станки с ЧПУ обеспечивают возможность компенсации по­грешности формы, а в ряде случаев и взаимного расположения путем целенаправленного ввода предыскажений в управляющую программу одним из следующих способов:

1) предыскажением траектории перемещения инструмента при выполнении последнего для данной поверхности перехода;

2) изменением рабочей подачи при обработке;

3) изменением глубины резания или предыскажением траек­тории перемещения инструмента при выполнении предпослед­него для данной поверхности перехода.

Рассмотрим сущность первого способа на примере токарной обработки. Предположим, что форма образующей поверхности, которую нам нужно получить, соответствует цилиндрической по­верхности 1 (рис. 5.21). При обработке имеет место погрешность

формы, текущие значения которой описываются функцией A(Z).

Рис.5.21. Предыскажение траектории перемещения инструмента

Поэтому фактическая форма образующей поверхности, обрабо­танной без предыска-жения, соответствует кривой 2. Сущность метода состоит в том, что траекторию 3 перемещения инстру­мента предыскажают в процессе под­готовки управляющей программы на величину текущих значений погреш­ности формы, т. е. форма должна быть зеркальным отображением кривой 2.

Рассмотренный метод компенса­ции погрешности формы весьма прост. Его расчет основан на геометрических соотношениях и адекватен реально выполняемому предыскажению. Ис­каженную траекторию записывают в нескольких кадрах програм­мы для каждой опорной точки (при обработке без предыскаже­ния ее записывают в одном кадре), поэтому в момент перехода из одной опорной точки в другую подача инструмента на ка­кой-то момент времени прекращается, сила резания уменьша­ется и происходит упругое восстановление системы. Это обус­ловливает появление кольцевых рисок. Кроме того, ввиду сту­пенчатого характера перемещения инструмента образующая поверхность после обработки не является прямолинейной. По­этому данный способ целесообразно применять для предвари­тельной обработки поверхности.

Помимо токарной обработки предыскажение траектории пе­ремещения инструмента весьма эффективно для компенсации погрешности формы при фрезеровании концевыми фрезами уг­ловых сопряжений.