CC BY
18
УДК 621.9.066-52
АРХИТЕКТУРА НАСТРАИВАЕМЫХ РАЗМЕРНЫХ СВЯЗЕЙ В МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКАХ С УСТРОЙСТВОМ ЧПУ
А.Ф. Проскуряков, О.В. Никитина
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Бул мак,алада сандьщ багдарламалы квпмацсатты станокта влшемдт байланысын келгтру цурылымы карастырылгаи Бул цурылым графикальщ жене математикальщ модельдердщ анализ втшзу, влшемдт байланысын Kenmipy долг) in шектерш щурама т1збектерШц есебш шыгаруга мумкшдж 6epedi.
В статье рассматривается структура настраиваемых размерных связей в многоцелевых станках с устройством ЧПУ, позволяющая в дальнейшем подойти к анализу графической и математической моделей, к расчету допусков на составляющие звенья настраиваемых размерных связей.
The structure of tune dimension connections in multifunction machines with the apparatus of digital program control is shown in this article. This structure will allow in the future to get to the analysis of graphic and mathematical models, to the calculation of passes on component links of tune dimension connections.
Появление и последующее развитие станков с устройством ЧПУ в орне изменило архитектуру настраиваемых размерных связей в станах автоматах и полуавтоматах. Эти изменения в целом характеризуйся следующими тремя факторами.
1 Настраиваемые размерные связи в станках с УЧПУ обогатились ринципиально новой терминологией. Здесь прочно закрепились и полу-или законодательную базу понятия систем координат- станка (СКС), нструмента (СКИ), детали (СКД) и характерных точек станка, к кото-ым относятся: ноль станка, ноль рабочего органа, фиксированное и ис-5Дное положения рабочего органа и др. Между этими системами и ха-1ктерными точками на этапе разработки технологического процесса и травляющих программ (УП) нормируются строго определенные раз-грные связи, которые настраиваются в процессе наладки станка.
2. Изменилось материальное представление звеньев размерных зей. Вместо размеров профиля кулачка, копира, плеч рычагов и т.п с дое звено размерных связей в станке с УЧПУ представлено в вид: -ловой информации, которая вводятся и постоянно хранится в ш , устройства ЧПУ
3. И наконец, изменились источники погрешностей, влияющих н. ность настройки размерных связей. Главенствующую роль здесь : играть факторы, оказывающие влияние на точность автомати-::: « измерительной системы станка, на точность позиционирования рг" органов, погрешности конечных элементов кинематических цепе редачи винт-гайка, шестерня-рейка) и др.
Несмотря на более чем полувековой период развития станков с У - Щ анализу общей архитектуры настраиваемых размерных связей, к сам оптимизации их структуры и методов настройки, изучению а низма формирования погрешности замыкающих звеньев, источник;з погрешностей, представлению погрешности каждого звена разметя связей в виде графических и математических моделей, целенапр _ 1 ному системному планированию последующих экспериментальна бог и, наконец, количественной оценке этих погрешностей до нас:: го времени не уделено должного внимания. От указанных факте- ; висят не только последующие показатели точности выполнения :: логической операции, их стабильность, но и эффективность испо.з ния дорогостоящего оборудования за счет сокращения потерь р. ; времени на его наладку, переналадку и подналадку Поэтому усоа решение всех выше перечисленных задач на теоретическом, кона альном и практическом уровнях представляет собой определенная учную и практическую ценность.
В работах [1, 2] рассмотрены общая архитектура и вопросы фор* вания погрешностей настраиваемых размерных связей в токарн-ках с устройством ЧПУ Анализ настраиваемых размерных езсяш других типах станков с устройством ЧПУ показывает, что их я архитектура не претерпевает существенных изменений. Поэте т смотренную архитектуру настраиваемых размерных связей в :: • станке [3] можно принять в качестве базовой. С этой позиции пт
зируем настраиваемые размерные связи в типовой компоновке свез.......
но-фрезерно-расточного станка модели 2206ВМФ4 с устройств; * 2С42. Станок имеет два подвижных рабочих органа, шпиндель::у»: ку с движением по координате У и стол с движениями по коордива
X и поворотом по координате В (рисунок 1). Верхнее крайнее положение шпиндельной бабки и левое переднее положение стола приняты конструктором за нулевые. Рабочая зона станка имеет вид прямоугольного параллелепипеда, размеры сторон которого определяются станочными параметрами Р+х, Р. Рпостоянно хранящимися в памяти устройства ЧПУ Так как в многоцелевом станке оба рабочих органа являются подвижными, то необходимо в первую очередь уточнить положение нуля станка, с которым увязывается автоматическая измерительная система и соответственно начало СКС.
Привяжем к характерной точке шпиндельной бабки, лежащей на пересечении торцовой поверхности шпинделя и его оси СКИ, а к характерной точке стола, лежащей на пересечении его оси с зеркалом - систему координат стола (СКСт), как промежуточную систему между СКС и СКД Так как положение нуля станка (нуля СКС) определяют нулевые положения рабочих органов, то с учетом этих положений воспользуемся правилом параллельного переноса СКИ и СКСт по неподвижным координатам до их совмещения. Так СКСт будем перемещать по оси У вверх, а СКИ по координатам У^ъЪ соответственно влево и вперед. Совмещение этих систем координат произойдет в точке Ос, лежащей в вершине 7
Рис. 1. К определению положения нуля СКС
рабочей зоны станка. Эта точка и будет соответствовать положе нуля СКС, т.к. является единственной общей точкой, к которой осу ствляется привязка измерительной системы и от которой ведется от перемещений рабочих органов при начале их движения из нулевых жений.
Три размера Р+х, Р и Р 2, определяющие рабочую зону станка, ются исходными звеньями, с которых, как и в токарном станке на-ется настройка размерных связей. Дополнительно к ним следует »■ зать еще два размера, являющихся техническими характеристиками ка: минимальное расстояние от торца шпинделя до оси стола (или ватно до боковой грани рабочей зоны станка) гтЫ и минимальное яние от оси шпинделя до зеркала стола утт. Последний параметр теризует величину зависания рабочей зоны над зеркалом стола. Т. как и в токарном станке, все указанные параметры в технической ментации приводятся в приближенном виде, т.е. не подвергаются аттестации на заводе-изготовителе.
В многоцелевых станках, как правило, нулевое и исходное ния рабочих органов совмещены. Это связано с тем, что на мно : вых станках трудоемкость обработки детали исчисляется де минут, а при снижении частоты замены заготовок, разделять нул исходное положения становится не целесообразным. Начало рабе; ка по командам управляющей программы начинается непосрет из нулевых положений рабочих органов. Нулевое положение стсл* 1 ется достаточно удобным для замены заготовки и с эксплуата точки зрения.
В многоцелевых станках значительно расширена номенк.ь ночных параметров, создающих вариантность в выборе исхс_ чений некоторых звеньев настраиваемых размерных связей, ляет в определенной степени оптимизировать сам процесс н; связанные непосредственно с ним вопросы последующей эк:-, оборудования.
К такого рода параметрам в первую очередь следует о: можность оцифровки накопителей координат в нулевом по:: бочих органов любым числом со знаком в пределах допустим щений. Практическую значимость этих параметров можно на основе анализа текущих положений рабочих органов, мых автоматической измерительной системой станка и е: мых на экране дисплея (рисунок 2).
нулевое положение
текущее положение
Рис. 2. Изменение физического смысла звеньев размерных связей от способа оцифровки накопителей координат
Пусть в нулевом положении стола оцифровка координаты 2 изводится и на экране дисплея высвечивается значение Ъ - С началом единственно возможного направления движения схсп ординате -Ъ отсчет перемещения будет производиться от ну.: чения этой координаты. На экране дисплея текущее положеши будет представлено значением координаты г в соответс сунком 2.а, а расстояние между текущим положением стола вой поверхностью шпинделя (в конечном итоге и вершиной та) в этом случае можно определить как остаток пути метен:« та по формуле
2 ост = ~ 2 тек + 2тт • Но при разработке УП предпочтительным является исп: размера гост, а его расчет лишь усложняет подготовку исходвэа мации к кодированию. К тому же в процессе наладки станка легче поддается измерению при необходимости и желательн: был представлен на дисплее. Этот недостаток легко устраняв нулевом положении стола координату Ъ оцифровать значение к т.е. равным соответствующему параметру рабочей зоны с. с началом движения стола в направлении координаты -Т. : мещения начинается с его исходного значения +630 мм и бузя но уменьшаться. На экране дисплея будет визуализировать;I гтек, как расстояние от торца шпинделя с учетом размера г_ стола в соответствии с рисунком 2.6, а пройденный столом определяться по формуле
2пр = ~ 2тек • На основе аналогичных рассуждений можно показать, ч. -рационально накопитель координаты У в нулевом положенной бабки оцифровать значением У=+630 мм, а накопиге::. X— 400 мм, т.е. значением 0,5Р+х. Тогда при положении с:: я части рабочей зоны, когда ось стола и ось шпинделя буду: одной плоскости, на экране дисплея высветиться значена: Х = 0.
Оцифровку накопителей координат в нулевом по.тоже ганов следует считать как один из возможных вариантов . СКС по отдельным координатам, что соответствует в а значений «плавающего нуля». Рассмотренный вариант ко при наладке станка, а именно: в процессе настройки р,.;
Областью рационального применения этого варианта с учетом вышеизложенного следует считать случаи, когда смещение нуля по отдельным координатам производится из вершины 7 в другие какие-либо вершины рабочей зоны по координатам X, Z или из точки 5 в точку б по координате Y (рисунок 1).
В многоцелевых станках кроме описанного варианта оцифровки накопителей координат в нулевом положении существует еще два метода смещения нуля СКС по отдельным координатам с помощью программного обеспечения устройства ЧПУ
По второму варианту планируемые значения смещений нуля СКС по отдельным координатам при обработке деталей вводятся в специально отведенную область памяти устройства ЧПУ (функции G71 - G75) при наладке станка. Для этого выделяется специальный массив D - корректоров.
По третьему варианту смещение нуля СКС производится чисто про-раммируемым способом, при котором и команда на смещение нуля (фун-■ аия G92) и планируемые величины смещений по отдельным координату вводятся в соответствующий кадр УП.
С помощью процедур ввода станочных параметров в память устрой-тва ЧПУ, оцифровки накопителей координат в нулевом положении ра-г тчих органов и с учетом технических характеристик станка z ., у .
г J г sr mmi .'min
: танавливается односторонняя связь между СКС, СКИ и промежуточ-: й системой координат стола СКСт, т.е. настраивается одна ветвь зам-«угой размерной цепи по отдельным координатам X, Y, Z. Без учета возможной оцифровки накопителей координат в нулевом южении рабочих органов, настройка односторонней размерной связи многоцелевом станке практически не отличается от настройки этой :вязи в токарном станке. Однако дальнейшее окончательное форми-ние настраиваемых размерных связей в многоцелевом станке име-тринципиальное отличие от токарного станка, которое заключается : дующем 3 токарном станке: настройка размерных связей производится полностью в процессе :и станка,
действие этих связей проявляется при смене режущего инструмента чей позиции, при перемещении рабочего органа в режиме ручного тения.
многоцелевом станке:
- вторая ветвь размерных связей (замкнутой размерной цепи) в процессе наладки настраивается частично, т.е. в память устройства ЧГ вводятся лишь значения отдельных звеньев: вылеты режущих инстр> ментов и планируемые при обработке УП смещения нуля по отдельш * координатам;
- в режиме ручного управления рабочими органами действие втор с I ветви размерных связей не проявляется;
- окончательно вторая ветвь размерных связей формируется и нач-И нает действовать по командам УП в процессе ее отработки.
Указанные принципиальные различия в настройке второй ветви рг -мерных связей обусловлены тем, что количество используемых ре а щих инструментов в наладке многоцелевого станка на порядок -выше, чем в токарном станке и применение в этом случае метода ных проходов при аттестации их вылетов становится крайне неэфс тивным из-за значительных затрат времени и соответственно снижг производительности станка.
С учетом указанных особенностей окончательной настройке раз ных связей в многоцелевом станке и требований обеспечения их вь кой точности возникает объективная необходимость точной аттестг параметров Рх, Р, Р, и технических характеристик станка гтЫ, у _ этапе настройки формирования односторонней размерной связи мг СКС, СКИ и СКСт. Точная аттестация параметров Рх, Ру и Р. м; быть выполнена с помощью измерительной системы станка. Аттг цию технических характеристик станка гтЫ утЫ можно выполнить с мощью оправок, блоков концевых мер, универсальных измерител средств, что касается звеньев второй ветви размерных связей, то ты режущих инструментов определяются с помощью специальных ных измерительных приборов вне станка, а значения смещения точностью заданных размеров, указанных на чертеже детали.
Таким образом, общая архитектура настраиваемых размерю : зей в многоцелевом станке может быть представлена тремя зам к ми размерными цепями (рисунок 3):
по координате Р -г . -г -г -г ;
г -2 тт и пл т'
по координате У: Р_у-утЫ УтУт~У
по координате X: Р х/2-хт-хт.
На основе выполненного анализа общей архитектуры размерных зей в станках с устройством ЧПУ можно сделать следующие вьз .
Рис. 3. Настраиваемые размерные связи в многоцелевом станке
1. Размерные связи могут быть представлены в виде замкнутых р_:-мерных цепей по каждой управляемой координате;
2. С целью обеспечения точности настраиваемых размерных связе • уменьшения трудоемкости процессом настройки необходимо произэ:: ти предварительную точную аттестацию параметров Рх, Ру, Р_. ;, ^ % 2тЫ односторонней размерной связи;
3. Во второй ветви размерных связей в процессе наладки станка генной аттестации подлежат звенья: вылет режущего инструмента г. и ащ личины планируемых смещений нуля 2т при обработке детали.
ЛИТЕРАТУРА
1. Проскуряков А. Ф. Анализ размерных связей в станках с устройством Ч ТТЛ Наука и техника Казахстана- 2001. -№1.-С.60-69.
2. Проскуряков А. Ф., Варфоломеева Ю.А. Прогнозирование точности обраш на станках с ЧПУ по динамическому положению настраиваемыхразмерных Материалы научной конференции молодых ученых и школьников «И Сатш; чтения». - 2002. - С.96.
3. Проскуряков А. Ф„ Варфоломеева Ю.А. Графическая модель погрешнос: ш : страиваемых размерных связей в станках с устройством ЧПУ // Наука и та: Казахстана.- 2003. - №3. - С.56-65.
