Методы наладки стащсов с ЧПУ сверлильно-фрезерно-расточной группы

Достижение заданной точности расположе­ния обработанных на станке с ЧПУ поверхно­стей относительно баз заготовки, даже с допу­стимым отклонением +0,05 мм, связано с необходимостью точной выверки положения системы координат детали (СКД) (т. е. поло­жения установочных элементов приспособле­ния или баз заготовки) относительно системы координат станка (СКС). Осуществляют на­ладку нулевого положения. Комплекс приемов наладки учитывает способ установки заготов­ки для обработки, вид применяемого при на­ладке инструмента, конструктивные особенно­сти станка, устройства ЧПУ (УЧПУ) и усло­вия использования станка. Ориентацию заго­товки на столе станка или в приспособлении проводят по трем плоскостям; по плоскости и двум установочным пальцам (один из ко­торых срезанный); по цилиндрической поверх­ности и угловому упору.

Заготовка для обработки может непосред­ственно устанавливаться на стол станка (рис. 49, а), причем положение ее определяется на­правляющими и упорными планками. При ис­пользовании точных станков на стол станка

Рис. 49. Схемы установки заготовок для обра­ботки на станке с ЧПУ: а — на столе станка; б - на переходной координатной плите; в — в специальном при­способлении; г — в универсальном трехкулачковом патроне; 1 — заготовка; 2 — прихваты; 3 — установочные планки; 4 — плита; 5 — приспособление

1 3

~EtS----- Щ

J 4

Ф Ф -$

 

Рис. 51. Способы наладки нулевого положения: а — по боковой поверхности с помощью центра; б — по боковой поверхности с помощью контрольной оправки; в — по пальцу с помощью центро- искателя: / — заготовка; 2-центр; 3 — мерная плитка; ^ — контрольная оправка; 5 - установочный палец; 6 — центроискатель

устанавливают координатную плиту (рис. 49, б) или специальные призмы (рис. 50) с точными Т-образными пазами или отверстиями. Поло­жение заготовки на плите (см. рис. 49, б) или в призме (рис. 50) определяется упорами или планками.

Применение унифицированных элементов позволяет установить для обработки одновре­менно несколько заготовок. Кроме унифици­рованных элементов используют специальные (см. рис. 49, в) и универсальные приспособле­ния (например, трехкулачковый патрон, рис. 49,4

Наладку нулевого положения осущест­вляют по цилиндрической поверхности (паль­цу или отверстию в плите, пальце) и по бо­ковым поверхностям. При этом в зависимости от требуемой точности используют центр (рис. 51, я), оптическое устройство для установки по боковой поверхности (рис. 52, а), контрольную оправку (рис. 51,6 и 52,6), центроискатель (рис. 51,в и 52, в).

В комплекс приемов по наладке нулевого положения по боковым поверхностям входит: установка органов управления станком и УЧПУ в положение для осуществления налад­ки; установка центроискателя или контроль­ной оправки, оптического устройства в шпин­дель станка; совмещение оси шпинделя с базой заготовки или приспособления или определение расстояния между боковой по­верхностью и шпинделем или контрольной оправкой с помощью мерных плиток; набор с помощью переключателей установки нуля фактического положения исполнительных ор­ганов станка; снятие контрольных приспосо­блений. Наладку нулевого положения по от­верстию осуществляют в такой же последова­тельности, только в этом случае с необходи­мой точностью ось шпинделя совмещают с осью отверстия.

Затраты времени на наладку нулевого по­ ложения учитывают в комплексе T_D-31.

В качестве примера рассмотрим методику наладки пятикоординатного станка типа ОЦ с горизонтально расположенным шпинделем, оснащенного двумя поворотными столами. Проанализируем случай, когда база детали перпендикулярна установочной плоской по­верхности вертикального поворотного стола (рис. 53). Заготовка установлена в приспосо­блении по двум пальцам и плоской поверхно­сти. Все остальные случаи могут быть сведены к указанному с соответствующим исключе­нием отдельных этапов наладки. Первоначаль­но осуществляется угловая ориентация гори-

Рис. 52. Устройства, используемые при наладке нулевого положения: а — оптическое устройство; б — контрольная оправка; в — центроискатель

 

зонтального поворотного стола (координата B), которую удобно проводить по одной из плоскостей приспособления (рис. 54, а). Пово­ротный стол устанавливают в такое положе­ние, чтобы плоская поверхность приспособле­ния была параллельна направлению переме­щения рабочего органа вдоль оси X. Угловая

Рис. 53. Схема расположения систем координат станка (СКС) и детали (СКД) на пятикоординатном станке типа L ОЦ

 

ориентация вертикального поворотного стола (координата А) проводится по базе приспосо­бления. Вертикальный поворотный стол уста­навливают в такое положение, чтобы база приспособления была параллельна направле­нию перемещения рабочего органа вдоль оси

Рис. 54. Схемы установки поворотных столов в исходное положение: а — горизонтального стола; б — вертикального стола

Рис. 55. Схемы для определения смещения при­способления относительно оси вращения вертикаль­ного стола в направлении оси X

 

X (рис. 54, б). Необходимо совместить теорети­ческую (принятую при программировании) ось вращения приспособления и ось вращения вер­тикального поворотного стола. Для проверки смещения осей вращения по координате X не-

Рис. 56. Схемы для определения смещения при­способления относительно оси вращения вертикаль­ного поворотного стола в направлении оси Y

 

обходимо коснуться щупом индикаторного устройства цилиндрического установочного элемента приспособления, после чего повер­нуть вертикальный поворотный стол на 180° и переместить рабочий орган вдоль оси X (рис. 55) на расстояние, равное удвоенному запрограммированному расстоянию от теоре-

ложения СКД по координате Y

 

тической оси вращения приспособления до оси установочного элемента приспособления. Кос­нувшись щупом индикатора этого элемента (для чего его изготовляют сквозным), опреде­ляют смещение оси вращения приспособления относительно оси вращения вертикального по­воротного стола по координате X. Для про­верки смещения осей вращения по координате У необходимо коснуться щупом индикаторно­го устройства базы приспособления (рис. 56), повернуть вертикальный поворотный стол на 180° и переместить рабочий орган станка вдоль оси Y на расстояние, равное удвоенному запрограммированному расстоянию от оси вращения приспособления до его базы. Кос­нувшись щупом индикатора базы, определяют смещение оси вращения приспособления отно­сительно оси вращения вертикального пово­ротного стола по координате У При наличии смещения регулируют положение приспосо­бления на столе. После этого необходимо про­верить размер, характеризующий положение оси эталонного элемента относительно оси вращения горизонтального поворотного сто­ла. Для этой цели необходимо повернуть го­ризонтальный и вертикальный поворотные столы на 90° и совместить оси шпинделя и эталонного элемента с помощью индикатор­ного устройства. По показаниям отсчетной си­стемы надо определить необходимый размер, а в случае необходимости отрегулировать по­ложение приспособления.

Линейная ориентация приспособления по осям X, Y, Z проводится от эталонного эле­мента. Для определения исходного положения СКД относительно СКС по координате X с помощью индикаторного устройства опреде­ляют положение оси эталонного элемента и перемещают рабочий орган по оси X на рас­стояние, равное запрограммированному раз­меру Х₀ от СКД до СКС; при этом фикси­руют показания отсчетной системы.

Для определения исходного положения СКД относительно СКС по координате У ис­пользуют специальный шаблон 1 (рис. 57), ко­торый устанавливают на базу приспособления 2. На шаблоне выгравирован фактический раз­мер от его установочной плоскости до оси па­за. При наладке с помощью индикаторного устройства 3 необходимо определить положе­ние оси паза по координате У и затем переме­стить рабочий орган станка по оси У на рас­стояние, равное (у₀ - /ф) мм, что соответствует расстоянию между СКД и СКС по координате У При этом необходимо зафиксировать пока­зания отсчетной системы.

Q

Рис. 58. Оправка для определения исходного положения СКД по координате Z

Для определения исходного положения СКД относительно СКС по координате Z ис­пользуют специальную индикаторную оправку (рис. 58). На оправку навернут съемный колпа­чок 1, который внутренним торцом нажимает на щуп индикатора с небольшим натягом. Перед установкой оправки в шпиндель станка на приборе для наладки инструмента изме­ряют его фактическую длину L, после чего колпачок свертывают с оправки. Для наладки исходного положения необходимо переме­стить рабочий орган станка по координате Z до соприкосновения щупа индикаторной оправки с эталонным элементом с заданным натягом. Рабочий орган станка перемещают по оси Z на расстояние (Z₀ — L + 5) мм, и фик­сируют показание отсчетной системы. Таким образом, как линейная, гак и угловая ориен­тация СКД завершена.

В процессе наладки при регулировании по­ложения приспособления необходимо возвра­щаться к уже выполненным проверкам, так как при регулировании одного параметра мо­жет измениться другой. Например, после со­вмещения осей вращения приспособления и столов необходимо проверить угловую ориентацию приспособления и т. д. Это опре­деляет высокую трудоемкость процесса налад­ки. Например, трудоемкость наладки для пя- тикоординатного станка составляет 3 — 5 ч в зависимости от способа установки детали и требований, предъявляемых к точности на­ ладки.

Для ГПС с несколькими налетами в памя­ти УЧПУ необходимо зафиксировать погреш­ности наладки нулевого положения всех при­меняемых палет.

Кроме рассмотренных методов наладки на станках с ЧПУ начинают использовать метод наладки, используемый для координатно-изме- рительных машин. В этом случае в шпиндель станка устанавливают специальный измери­тельный щуп. По программе с помощью щупа определяют положение фиксированных точек на заготовке или приспособлении. ЭВМ си- схемы ЧПУ вычисляет фактическое положение заготовки или приспособления и вносит со­ответствующие коррективы в управляющую программу. Этот метод перспективен, так как позволяет автоматизировать процесс наладки. Кроме того, он менее трудоемок. Более под­робно этот метод рассмотрен ниже.

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРА­БОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ И В ГИБКИХ ПРОИЗВОД­СТВЕННЫХ СИСТЕМАХ

Основные требования к точности станков, применяемых в гибких производственных систе­мах. В ГПС механической обработки деталей входят станки с ЧПУ токарной, сверлильной, расточной, фрезерной групп и станки типа «обрабатывающий центр» (сверлильно-фрезер- но-расточные и токарно-сверлильно-фрезерно- расточные станки). Все элементы технологиче­ской системы, входящие в ГПМ или ГАЗ, должны обеспечить высокое качество выпу­скаемых изделий при работе в автоматиче­ском режиме с ограниченным участием обслу­живающего персонала в течение 18 — 24 ч. В связи с этим к станкам, входящим в ГПС, предъявляют повышенные требования по точ­ности. При этом необходимо учитывать воз­можность использования этих станков в ГПС более высокого уровня для обработки деталей с точностью выше планируемой на данном этапе.

Станки должны обеспечивать требуемую траекторию взаимного перемещения обра­батываемой заготовки и инструмента. Однако вследствие элементарных погрешностей реаль­ная траектория отличается от требуемой. В не­которых случаях (при рассмотрении отклоне­ний формы, расположения поверхностей дета­ли) погрешности станка являются доминирую­щими. Необходимо уменьшить погрешности станка до величин, в 3 — 5 раз меньше по срав­нению с наименьшими допустимыми погреш­ностями деталей, обрабатываемых на этом станке.

В общем случае при создании ГПС стре­ мятся полностью обрабатывать детали на одном станке (в результе чего исключаются точные станки для окончательной обработки); иметь в составе ГПС однотипное оборудова­ние, желательно с малым разнообразием си­стем управления. В то же время ГПС не дол­жна быть очень дорогой, иначе трудно обеспе­чить ее высокую экономическую эффектив-

/----------
с с	З4		] 3

1» (Г^		] 3

б)

	■?h	X	" ШЦ0Ш—|
ъ С5	с	X		Щг
!	[	-L	1 Ч v

 

v

Рис. 59. Схемы управления приводами подач станков с ЧПУ: а — разомкнутого типа; б — за­мкнутого типа с круговым ИП на ходовом винте; «— с круговым ИП с реечной передачей; г — с линейным ИП

 

ность. Поэтому ГПС, состоящая из несколь­ких модулей, должна включать по экономиче­ским соображениям различные по точности и стоимости станки.

Необходимая точность станков обусловле­на совершенством их конструкции, погрешно­стями, возникающими при изготовлении дета­лей и сборке станка, и погрешностями, допу­стимыми при наладке и регулировании техно­логической системы. В наибольшей степени на точность обработки влияют погрешности станка (включая кинематическую-точность ме­ханизмов, погрешность позиционирования ра­бочих органов станка и т. п.). Кроме этого, важным является уменьшение чувствительно­сти станка к внешним и внутренним воздей­ствиям (силовым, тепловым и т. п.). По мере изнашивания начальная точность станка ме­няется. Поэтому следует осуществлять кон­троль, осмотры, проверку точности и периоди­ческое регулирование узлов станка, обеспечи­вающие длительное сохранение требуемой точности.

Кинематическая точность механизмов при­водов подач имеет особое значение при при­менении разомкнутой схемы управления при­водом подач, в качестве которого применяется шаговый электродвигатель (рис. 59, а). Мень­шее значение кинематическая точность имеет в приводах подач с замкнутой схемой управле­ния (рис. 59,6 и в) при применении линейных измерительных преобразователей (ИП). В этом случае большое влияние имеет погреш­ность позиционирования рабочих органов станка. При применении схемы с круговыми ИП погрешности передачи винт — гайка могут различно влиять на точность обработки.

Точность позиционирования рабочих орга­нов определяется не только точностью само­го станка, но и зависит от типа системы ЧПУ (конструкции, места установки ИП, точ­ностных параметров ИП и т. д.). Так, при при­менении шагового привода погрешность пере­мещения рабочих органов станка 1 (рис. 59, а определяется погрешностью отработки ша­говым двигателем командных импульсов, по­грешностями гидроусилителя, зубчатой пере­дачи 2 и передачи винт — гайка 3, а также погрешностями рабочего органа станка.

При применении следящего привода пода­чи с замкнутой схемой управления наблюдает­ся два вида погрешностей, снижающих точ­ность перемещений рабочих органов: 1) по­грешности элементов привода подачи и рабо­чего органа, не охватываемые системой обрат­ной связи; 2) погрешности результатов изме­рения перемещения или угла поворота рабоче­го органа станка измерительным преобразова­телем. Первая группа погрешностей появляет­ся в основном при применении систем обрат­ной связи с круговым ИП. Преобразователе устанавливают на ходовом винте (рис. 59, б или измеряют перемещение рабочего органа через реечную передачу (рис. 59, в). В первом случае система обратной связи не учитывая погрешности передачи винт — гайка (накоплен­ную погрешность по шагу ходового винта; за­зоры в соединении винт — гайка и в опорам винта; упругие деформации ходового винта его опор и соединения винт - гайка; тепловые деформации ходового винта и др.), а также по­грешности рабочего органа (отклонения oт прямолинейности и параллельности перемеще­ний; зазоры в направляющих; упругие дефор­
мации рабочего органа и др.). Во втором слу­чае на точность измерений влияют погрешно­сти реечной передачи (накопленная погреш­ность по шагу рейки, ее тепловые деформации, зазоры в зацеплении и др.).

Погрешность результатов измерения угла поворота или перемещения рабочего органа станка обусловливается погрешностью ИП, вызванной погрешностями его изготовления и установки на станке, погрешностями, ко­торые появляются в процессе эксплуатации ИП и станка. Так, при эксплуатации линейных ИП (рис. 59, г) может изменяться зазор между его подвижными и неподвижными элемен­тами.

В общем балансе погрешностей обработки на станках с ЧПУ значительную долю зани­мают погрешности, обусловленные тепловыми деформациями механизмов станка, приводя­щими к изменению относительного положения инструмента и заготовки в направлениях осей координат X, У, Z и угловых поворотов во­круг этих осей. Их значение и направление действия в значительной степени определяется компоновкой и конструкцией базовых деталей и механизмов станка и размещением тепловы­деляющих элементов относительно базовых деталей и механизмов станка, а также зависят от качества изготовления и сборки станка и условий его эксплуатации.

Наибольшее влияние на температурные де­формации оказывают собственные источники тепла станка и устройства ЧПУ, выделяющие тепло вследствие: а) превращения электриче­ской энергии; б) превращения механической энергии (потери на трение в подшипниках шпинделя, в зубчатых и червячных передачах, в передаче винт - гайка, в фрикционных му­фтах и тормозах, в направляющих, в местах уплотнения валов и др.); в) потери энергии в гидроустройствах станка.

Электрические и механические потери в станке могут достигать 50% мощности, под­водимой к станку. Значительными внутренни­ми источниками тепла в станке являются опоры шпинделя. Температурные деформации подшипников шпинделей изменяют предвари­тельный натяг в них и могут привести к повы­шенному изнашиванию подшипников.

При работе станка с ЧПУ происходит не­равномерный нагрев его механизмов и дета­лей, вызывающий изменение их размеров, формы и относительного положения в про­странстве, что приводит к изменению положе­ния оси шпинделя относительно стола и координат нулевой точки; отклонению от прямолинейности перемещения подвижных ор­ганов станка; нарушению стабильности ра­боты систем обратной связи и др.

Рис. 60. Компоновка многооперационнъго станка с ЧПУ с арочной конструкцией колонны с централь­ным (а) и смещенным (б) расположением ходо­вого винта привода поперечной подачи стола

Точность станков с ЧПУ повышается пу­тем рациональной компоновки и конструиро­вания основных базовых деталей и механиз­мов, применения в приводах подач высокомо- ментных электродвигателей постоянного тока, беззазорных механизмов и механизмов, имею­щих высокий КПД, направляющих с малыми потерями на трение, стабилизации или ком­пенсации отдельных погрешностей станка предыскажением программы управления, вве­дением корректирующей программы в память системы ЧПУ при применении дополни­тельных обратных связей. На рис. 60 приведен пример повышения точности при использова­нии более рациональной компоновки станка.

Рис. 61. Виды компоновок шпиндельной бабки: а — консольная; б — с центральным расположением в колонне

 

Применение арочной конструкции ко­лонны, в центральном проеме которой переме­щается шпиндельная бабка с горизонтальным шпинделем (рис. 61,6), предотвращает скручи­вание колонны силой, действующей вдоль оси шпинделя, что наблюдается при консольном расположении шпиндельной бабки (рис. 61, а). Кроме того, такая термосимметричная компо­новка позволяет снизить влияние темпера­турных деформаций колонны путем равномер­ного нагрева ее левой и правой сторон (рис. 61,6). При консольном расположении шпин­дельной бабки неравномерные температурные деформации могут привести к значительным отклонениям оси шпинделя по координате X (см. рис. 61, а).

На схеме (см. рис. 60, а) ходовой винт при­вода салазок занимает центральное положение среди направляющих. Его ось находится в одной плоскости с осью шпинделя, что по­зволяет исключить поворот стола с деталью под действием сил резания. При другой ком­поновке, когда ось ходового винта стола и ось шпинделя находятся в разных плоскостях (рис. 60,6), деформации весьма большие.

Перемещения шпиндельной бабки могут быть уменьшены путем увеличения ее высоты Я (см. рис. 60, а) по сравнению с шириной В.

Жесткость станков с ЧПУ увеличивают в результате того, что основные несущие ба­зовые детали станка с ЧПУ (колонну, станину и др.) делают литыми, а в последнее время ча­ще сварными, с большим числом ребер, ко­робчатой формы.

Жесткость и нагрузочную способность шпинделей увеличивают, создавая не только более рациональные конструкции, но и приме­няя в качестве опор шпинделей новые типы подшипников качения. Например, для вос­приятия осевых сил, действующих на шпин­дель в станках с ЧПУ, применяют преци­зионные двухрядные упорно-радиальные ша­риковые подшипники взамен упорных и ра- диально-упорных шариковых подшипников, которые обладают достаточной осевой жест­костью и имеют пониженную быстроходность, либо, наоборот, при высокой быстроходности имеют недостаточную осевую и радиальную жесткости.

Применение в приводах подач новых высо­комерных малоинерционных электродвигате­лей постоянного тока, устанавливаемых непос­редственно на ходовом винте, позволяет значи­тельно упростить и сократить длину кинема­тической цепи привода подачи, увеличить ее крутильную жесткость и уменьшить число за­зоров, влияющих на точность передачи движе­ния.

Большое внимание уделяется повышению осевой жесткости передачи винт — гайка и опор ходового винта. В качестве опор ходо­вого винта применяют роликовые упорные и комбинированные подшипники вместо ранее применяемых шариковых упорных подшипни­ков, что позволяет значительно увеличить их осевую жесткость.

Для повышения жесткости рабочих орга­нов станка с ЧПУ в рабочем состоянии их за­жимают после позиционирования в заданную позицию (рис. 62).

На рис. 63 приведены схемы устранения упругих деформаций в тяжелых станках с ЧПУ. В первом случае (рис. 63, а) с помощью гидроцилиндра с поршнем 3 и тяги 4 устра­няются упругие деформации опор шпиндель­ной бабки 1 при выдвижении вперед ползуна со шпинделем 2. Во втором случае (рис. 63,6) также с помощью гидроцилиндра с поршнем 3 и тяги 2 устраняются упругие деформации консольной части ползуна 1.

1 2

4 J Рис. 62. Конструкция механизма зажима стола: 7 —стол; 2 — направляющая; 3 — зажимная план­ка; 4 — тарельчатые пружины; 5 — гидравлический поршень

 

Точность передачи движений достигается сокращением длины кинематической цепи при­вода подачи и более точным изготовлением ее элементов, применением беззазорных зуб­чатых передач и редукторов, беззазорных ша­риковых винтовых пар. В последнем случае обеспечивается также динамическая устойчи­вость следящего привода подачи станка, его надежная и стабильная работа.

Принцип построения большинства безза­зорных зубчатых и червячных редукторов (или отдельных передач) заключается в том, что ре­дуктор (передача) составляют из двух кинема­тически идентичных цепей, образующих замк­нутый кинематический контур (рис. 64). В единичной зубчатой или червячной передаче одно зубчатое (червячное) колесо делают раз­резным. Зазор устраняется взаимным разворо­том половинок пружинами (рис. 64, а) или по­следующим жестким закреплением половинок болтами. Устранение зазоров и создание пред­варительного натяга в редукторе достигается взаимным разворотом его кинематических це­пей специальным нагружающим устройством. В результате в каждой кинематической цепи получается однопрофильное зацепление, кото­рое не нарушается и при реверсе движения (рис. 64. б). Нагрузка замкнутого контура часто осуществляется осевым смещением вала с ко- созубыми колесами пружиной или поршнем гидроцилиндра.

В шариковых винтовых парах (ШВП) (рис. 65) в отличие от обычных винтовых пар с тре- нИем скольжения коэффициент трения почти не зависит от скорости перемещения. Поэтому их применение обеспечивает снижение пуско­вого момента, легкость хода и высокую плав­ность движения на малых скоростях. Малые потери на трение уменьшают износ деталей ШВП, а закалка рабочих поверхностей гайки,

Ч) 6) Рис. 63. Схемы устранения упругих деформаций в тяжелых станках с ЧПУ: а — опоры ползуна в шпиндельной бабке; в — опоры ползуна со шпин­делем

 

 

S)

Рис. 64. Схемы беззазорных зубчатых передач:

а — цилиндрическая передача с пружинами растя­жения; 6 — зубчатый редуктор

ходового винта и шариков до твердости HRC 58 — 60 с последующим шлифованием обеспе­чивает повышенную долговечность этих пере­дач. Малые потери на трение позволили со­здать беззазорные ШВП с двумя полугайками, собранными с предварительным натягом, что устраняет зазоры в передаче, увеличивает жесткость и тем самым значительно повышает точность передаваемого движения при нали­чии реверсирования. На фланцах полугаек на­резаны зубья z_t и z₂, причем z₂ + 1 =z_t. При выводе полугаек 1 и 3 из зацепления с корпу­сом 2 и повороте каждой полугайки в одну сторону на один зуб происходит условное ми­нимальное относительное смещение полугаек

( ^{1 1} \

на величину Д_ос =-------------- Р_{х в}. При регули-

V^Z2 /

ровании натяга необходимо учитывать, что его чрезмерная величина снижает долговеч­ность ШВП, а малый натяг снижает жесткость ШВП.

Уменьшения вибрации на станках с ЧПУ достигают повышением жесткости, примене­нием различных демпфирующих средств, сни­жением уровня возмущающих воздействий

Рис. 65. Конструкция без­зазорной шариковой вин­товой пары

1 2

 

 

«3

£ £? * ^ ^

is

Ю

Рис. 66. Система охлаждения узла шпинделя (а) и схема ее управления (б)

динамической балансировкой быстровращаю- щихся частей, применением электродвигателей с малой амплитудой колебаний или вынесе­нием их за пределы несущей системы станка, стабилизацией силы резания и др.

Точность перемещения и стабильность по­ложения рабочих органов повышаются сниже­нием сил трения в направляющих, устране­нием в них зазоров и увеличением их жестко­сти. Уменьшение сил трения в направляющих достигается применением специальных синте­тических материалов, антифрикционных ме­таллов, сплавов и мастик.

Задатчик температуры

Указатель отклонения

I i* Is г

В * i!

Сз ^ * £ Ч

Коэффициент трения покоя в чугунных на­правляющих смешанного трения в случае, ког­да не принято специальных мер для снижения трения, составляет в среднем 0,25. Применение специальных антискачковых масел позволяет снизить коэффициент трения покоя в чугунных направляющих до 0,075-0,09. Коэффициент трения покоя направляющих, армированных специальными антискачковыми пластмассами на основе фторопласта, составляет 0,04 - 0,06, у направляющих качения - 0,002-0,003, а у гидростатических и аэростатических напра­вляющих он еще меньше.

Влияние температурных деформаций на точность станков с ЧПУ снижается путем их компенсации (предварительным нагревом до стабилизации теплового поля и темпера­турных деформаций); уменьшением количе­ства тепла, выделяющегося при работе станка; снижением чувствительности станка к измене­нию температуры деталей и узлов станка.

Количество тепла, выделяемое в станке, можно уменьшить двумя путями: 1) выносом тепловыделяющих механизмов (насосных ус­тановок, приводных двигателей, масляных ба­ков, гидроаппаратуры и др.) из станины или других базовых деталей станка; 2) использова­нием конструкций с небольшим тепловыделе­нием, что достигается применением шпин­дельных подшипников с меньшим тепловыде­лением, использованием соответствующего смазочного материала, сокращением длины кинематических цепей. Зубчатые и клино- ременные передачи рекомендуется размещать так, чтобы потоки воздуха уносили часть вы­деляемого тепла.

Уменьшение «чувствительности» станка к изменению его тепловых полей достигается изготовлением деталей станка из материалов с малым коэффициентом линейного расшире­ния, теплоизоляцией источников тепла, созда­нием термосимметричной конструкции станка и его механизмов. Влияние температурных де­формаций может быть уменьшено соответ­ствующим взаимным расположением фикси­рующих элементов, например упорных под­шипников в шпинделе (в передней или задней опоре), места крепления шпиндельной бабки на станине и др.

Эффективным методом снижения темпера­турных деформаций является охлаждение станка, включая его активные элементы (под­шипники шпинделя, муфты, тормоза, электро­двигатели и др.), и пассивные элементы, пере­носящие тепло (масла и охлаждающие жидко­сти), путем создания естественного или искус­ственного потока воздуха, отвода тепла с помощью охлаждающих устройств и др.

На рис. 66, а показана система охлаждения узла шпинделя 1 станка с ЧПУ путем при­нудительной прокачки охлаждаемого в резер­вуаре 2 масла. В случае превышения заданной температуры масла от термопары поступает команда на включение системы охлаждения масла в резервуаре 2.

Кроме рассмотренных методов снижения погрешностей механизмов станка с ЧПУ, для повышения точности его работы широко при­меняют методы, основанные на измерении по-

грешностей и их компенсации или стабилиза­ции.

Первый метод заключается в компенсации систематической составляющей погрешностей на основе информации, полученной аналитиче­скими расчетами или экспериментальными ис­следованиями. Управляющая программа пред- искажается на этапе программирования или в процессе эксплуатации при редактировании программы вводом коррекций с пульта уст­ройства ЧПУ

Применение микропроцессоров и ми- кроЭВМ в системах ЧПУ станка позволило реализовать функции управления приводами подач станка программными средствами, ком­пенсировать погрешности станка путем ис­пользования постоянно действующих про­грамм коррекции, заложенных в памяти си­стемы управления (рис. 67). Система компенси­рует упругие деформации, вызываемые не только силами резания, но и массами тра­версы и шпиндельной головки. Система содер­жит блоки i, закрепленные на колонне и осно­вании, трос 2 и устройство управления 3. Компенсирующее входное воздействие Ер за­дается от устройства ЧПУ станка. Оно вычис­ляет это воздействие в зависимости от положе­ния рабочих органов по координатам X, W, Z и действующих сил резания. Получая сигнал о величине компенсации, устройство компенса­ции формирует на выходе соответствующее механическое воздействие (силу или момент) на упругую систему станка.

При компенсации температурных деформа­ций на основе применения специальных обратных связей в качестве контролируемых параметров можно использовать: частоту вра­щения шпинделя; темп генерирования тепла в станке; изменение температурных харак­терных точек станка; смещение шпинделя станка; погрешность обработки детали.

Наиболее удобным является способ изме­рения температуры характерных точек станка. В этом случае достигается полное соответ­ствие измеренной температуры и смещения шпинделя станка. Эти точки определяют пу­тем анализа температурных полей станка, из­меренных при различных режимах его работы. Термопары, установленные в характерных точ­ках, посылают сигналы через устройство ком­пенсации (рис. 68) в сравнивающее устройство для коррекции перемещения рабочего стола станка.

гт		fn

а

/2

и

хт

Рис. 68. Схема компенсации температурных дефор­маций шпиндельной бабки путем измерения темпе­ратуры в характерной точке; 1 — усилитель; 2 — термопара; 3 — устройство ЧПУ; 4 — устройство компенсации

а)

Л, мкм Рис. 69. Схема компенсации смещения шпинделя по координате Y вследствие температурных дефор­маций

На рис. 69, а показано устройство компен­сации температурных деформаций шпиндель­ной бабки станка с ЧПУ, а на рис. 69, б - гра-

Рис. 67. Схема компен­сации упругих деформа­ций тяжелого фрезерного станка с ЧПУ

станке с ЧПУ

 

фики смещения шпинделя этого станка по координате У без устройства компенсации (кривая 1) и с устройством (кривая 2) при ча­стоте вращения шпинделя 2780 об/мин.

Примерно на уровне оси шпинделя в кронштейне 1 (рис. 69, а) шпиндельной бабки закреплен инваровый стержень 2, упирающий­ся в рычаг 3, поджимаемый к стержню 2 пру­жиной через струну 4, накрученную на вал датчика 5. При работе станка и смещении передней части шпиндельной бабки со шпин­делем вправо при нагреве инваровый стержень (имеющий очень малый коэффициент линейно­го расширения) смещается также вправо, ры­чаг 3 отклоняется, и датчик 5 выдает в систе­му управления сигнал для коррекции упра­вляющей программы.

Описанные методы компенсации позво­ляют