CC BY
6
II УДК 621.9-114-529
И О ПРОГРАММНО-МАТЕМАТИЧЕСКОМ || ОБЕСПЕЧЕНИИ НАСТРОЙКИ РАЗМЕРНЫХ Ц СВЯЗЕЙ В МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКАХ
А.Ф. Проскуряков, О.В. Никитина
Павлодарский государственный университет им. С. Торайеырова
Мацалада дэлглденген оптималды нускмны цолдану мак^сатымен HÜ токарълъщ станокта молшерл1к байланыстыц куйге кел/nipy edicmepi IIH кррастырылады.
- ' Рассматриваются методы настройки размерных связей на
|||§ многоцелевых станках с целью реализации обоснованного оптимального llfl варианта.
The article shows the methods of installation-specific setting of dimensions ties on the lathes to realize the well-founded optimum alternative.
Архитектура настраиваемых размерных связей и методы их настройки определяются непосредственно программно-математическим обеспечением устройства ЧПУ, создаваемым на этапе его стыковки с технологическим оборудованием. Отсюда следует, что и архитектура настраиваемых размерных связей , и предлагаемые методы их настройки в силу их первичности и приоритетности должны подвергаться всестороннему анализу с использованием методики решения многовариантных задач. А последующее программно-математическое обеспечение устройства ЧПУ должно быть нацелено на реализацию обоснованного оптимального варианта.
С этой позиции проанализируем настраиваемые размерные связи в типовой компоновке многоцелевого станка, к которой относится сверлильно-фрезерно-расточной станок модели 2206ВМФ4 с устройством ЧПУ 2С42. Станок имеет два подвижных рабочих органа: шпиндельную бабку с движением по координате Y и стол с движениями по координатам X, Z 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-у; P_z постоянно 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 системы координат станка (СКС).
Привяжем начало системы координат инструмента (СКИ) к базовой точке шпиндельной бабки, лежащей на пересечении торцовой поверхности шпинделя и его оси, а к базовой точке стола, лежащей на пересечении его оси с зеркалом - систему координат стола (СКСт), как промежуточную систему между СКС и системой координат детали (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 X и г соответственно влево и вперед. Совмещение этих систем координат произойдет в точке Ос, лежащей в вершине 7 рабочей зоны станка. Эта точка и будет соответствовать положению нуля СКС, т.к. является единственной общей точкой, к которой осуществляется привязка измерительной системы и от которой ведется отсчет перемещений рабочих органов при начале их движения из нулевых положений.
Три размера Р+х, Р-у и Р_2 определяющие рабочую зону станка, являются исходными звеньями с которых начинается настройка размерных связей. Дополнительно к ним следует указать еще два размера, входящих в перечень технических характеристик станка. Это минимальное расстояние от торца шпинделя до оси стола (или адекватно до боковой грани рабочей зоны) гтш и минимальное расстояние от оси шпинделя до зеркала стола утиг. Последний пара-
Ж
Рисунок! К определению положения нуля СКС
метр характеризует величину зависания рабочей зоны над зеркалом стола. Все указанные параметры в технической документации приводятся в приближенном виде, т.е. не подвергаются точной аттестации на заводе-изготовителе.
В многоцелевых станках, как правило, нулевое и исходное положения рабочих органов совмещены. Это связано с тем, что на многоцелевых станках трудоемкость обработки детали исчисляется десятками минут, а при снижении частоты замены заготовок, разделять нулевое и исходное положения становится нецелесообразным. Начало работы станка по командам У П начинается непосредственно из нулевых положений рабочих органов. Нулевое положение стола является достаточно удобным для замены заготовки и с эксплуатационной точки зрения.
В многоцелевых станках значительно расширена номенклатура станочных параметров, создающих вариантность в выборе исходных значений некоторых звеньев настраиваемых размерных связей, что позволяет в определенной степени оптимизировать сам процесс настройки и связанные непосредственно с ним вопросы последующей эксплуатации оборудования.
К такого рода параметрам в первую очередь следует отнести возможность оцифровки накопителей координат в нулевом положении рабочих органов любым числом со знаком в пределах допустимых перемещений. Практическую значимость этих параметров можно установить на основе анализа текущих положений рабочих органов, регистрируемых автоматической измерительной системой станка и визуализируемых на экране дисплея (рисунок 2).
Пусть в нулевом положении стола оцифровка координаты Ъ не производится и на экране дисплея высвечивается значение 2=0. Тогда с началом единственно возможного направления движения стола по координате «-2» отсчет перемещения будет производиться от нулевого значения этой координаты. На экране дисплея текущее положение стола будет представлено значением координаты %тек в соответствии с рисунком 2,а, а расстояние между текущим положением стола и торцовой поверхностью шпинделя (в конечном итоге и вершиной инструмента) в этом случае можно определить как остаток пути методом расчета по формуле
2ост ~ + 2тт ~ %тек ■
Но при разработке УП предпочтительным является использование размера
2ост ■ а ег0 Расчет лишь усложняет подготовку исходной информации к кодированию. К тому же в процессе наладки станка размер гост легче поддается измерению при необходимости и желательно, чтобы он был представлен на дисплее. Этот недостаток легко устраняется, если в нулевом положении стола координату X оцифровать значением +630 мм, т.е. равном соответствующему параметру рабочей зоны станка. Тогда с началом движения стола в направле-
нии координаты "-2" отсчет перемещения начинается с его исходного значения +630 мм, и будет постоянно уменьшаться. На экране дисплея будет визуализироваться значением 1тек, как расстояние от торца шпинделя с учетом размера 2пцп до центра стола в соответствии с рисунком 2,6. А пройденный столом путь будет определяться по формуле
2пр = ^х + гтт ~ гтек '
нулевое 5 текущее
положение положение ■
Рисунок 2 Изменение физического смысла звеньев размерных евшей от способа оцифровки накопителей координат
На основе аналогичных рассуждений можно показать, что наиболее рационально накопитель координаты У в нулевом положении шпиндельной бабки оцифровать значением У=+630 мм, а накопитель координаты X—400 мм, т.е. значением 0,5 Р+х. Тогда при положении стола в средней части рабочей зоны, когда ось стола и ось шпинделя будут находиться в одной плоскости, на экране дисплея высветиться значение координаты Х=0.
Оцифровку накопителей координат в нулевом положении рабочих органов следует считать как один из возможных вариантов смещения нуля СКС по от-
дельным координатам, что соответствует варианту выбора значений «плавающего нуля». Этот вариант реализуется только при наладке станка, а именно в процессе настройки размерных связей.
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, 2 или из точки 5 в точку б по координате У (рисунок 1).
Обозначим величины смещений нуля СКС по отдельным координатам в соответствии с принятыми значениями оцифровки накопителей координат в нулевом положении рабочих органов через Хо см , У0.см. и го.см. • Тогда модальное равенство этих смещений и значений параметров Рх, Ру и Р2
определит их одинаковое функциональное назначение, а значит и их взаимозаменяемость в настраиваемых размерных связях.
С помощью процедур ввода станочных параметров в память устройства ЧПУ оцифровки накопителей координат в нулевом положении рабочих органов и с учетом технических характеристик станка zmin, ут,л устанавливается односторонняя связь между СКС, СКИ и промежуточной системой координат стола СКСт, т.е. настраивается одна ветвь замкнутой размерной цепи по отдельным координатам X, У, Z.
При настройке второй ветви размерных связей в многоцелевых станках в память устройства ЧПУ вводятся аттестованные значения вылетов режущих инструментов и данные для организации многократных, в том числе и повторяющихся смещений нуля СКС по отдельным координатам при автоматической отработке управляющей программы, т.е. непосредственно в процессе обработки детали. Необходимость многократных и повторяющихся смещений нуля в многоцелевых станках возникает в первую очередь при взаимоувязке СКСт и СКД. Кроме этого, с учетом специфики простановки размеров на чертежах деталей корпусного типа и с целью уменьшения трудоемкости перерасчета размеров, необходимость которого возникает в случае привязке их к единым базовым поверхностям, смещение нуля СКС можно увязывать не только с этими базовыми, но и с любыми другими поверхностями детали, например, с осью основного отверстия, от которого заданы размеры вспомогательных (крепежных) отверстий.
По этим причинам и с учетом варианта оцифровки накопителей координат в нулевом положении рабочих органов в многоцелевых станках с помощью программного обеспечения устройства ЧПУ предусматривается еще два вариан-
та организации смещения нуля по отдельным координатам: наладочно-програм-мируемый и собственно программируемый. При наладочно-программируемом способе смещение нуля СКС осуществляется вводом в управляющую программу функций 071...075. а величины смещений вводятся в специально отведенную память устройства ЧПУ при наладке станка. При программируемом способе смещение нуля осуществляется вводом функции 092 и непосредственно величин смещения по отдельным координатам.
Манипулирование вылетами режущих инструментов при формировании второй ветви размерных связей осуществляется по аналогии со смещением нуля с помощью функций 071... 075. В многоцелевых станках безусловной аттестации подлежит вылет режущего элемента по оси I. Вылет инструмента по оси X или У, который соответствует диаметру режущего инструмента, необходимо учитывать лишь в отдельных случаях; например, при обработке различных контуров концевыми фрезами, т.е. в тех случаях, когда траектория движения оси инструмента осуществляется по эквидистантному контуру.
Вылеты режущих инструментов или инструментальных блоков с учетом инструментальной оснастки, настраиваются и аттестовываются обычно на специальных приборах и установках вне станка. В процессе наладки аттестованные вылеты режущих инструментов вводятся в специально отведенную область памяти устройства ЧПУ - массив £>-корректоров.
В УП учет вылетов режущих инструментов осуществляется вводом соответствующих <7-функций (например, 047, 048) в сочетании слов
047012, 048 023,
где 047 - соответствует коррекции на вылет инструмента со своим знаком (т.е. с учетом знака вылета режущего инструмента, занесенного в память устройства ЧПУ);
048 - соответствует коррекции на вылет инструмента с противоположным знаком;
Т)12 - числовая информация после адреса Б соответствует коду режущего инструмента.
В многоцелевых станках предусматривается ряд групп станочных параметров, вводимых в память устройства ЧПУ при наладке станка, предназначенных для повышения точности настройки размерных связей. С помощью такого рода параметров может осуществляться коррекция люфтов, коррекция накопленной погрешности перемещений, коррекция нулевого положения, ограничение скорости позиционирования, скорости выхода в нулевое положение и т.п. Значимость этих параметров относится уже к области анализа точности настраиваемых размерных связей.
С учетом рассмотренных особенностей общая архитектура настраиваемых размерных связей в многоцелевом станке может быть представлена тремя замкнутыми размерными цепями (рисунок 3)
по координате Z: P_z - Zmin ~ zu — Zm - Zm, по координате У: f-y ~ У min ~ Упл ~ Ут ~ У1, по координате X: % ~ Xtvi ~ Хуп.
Представление размерных связей в виде замкнутых размерных цепей не является единственным и достаточным условием для чисто механического переноса существующей теории анализа и расчета этих цепей в рассматриваемом их практическом применении. Дело в том, что до настоящего времени практически отсутствует информационная база, раскрывающая механизм образования погрешности каждого отдельно взятого звена размерных связей, количественной оценки этих погрешностей, и как следствие отсутствует база по нормированию допусков на отдельные звенья размерных связей. В тоже время не следует стремиться «обогатить» размерные связи в рассматриваемом аспекте некоторой новой терминологией взамен уже общепринятой, узаконенной соответствующими стандартами. С этой точки зрения можно провести аналогию между известными методами расчета размерных цепей и общей укрупненной классификацией методов настройки размерных связей в целом, без дифференциации их по отдельным звеньям.
В этом случае настройка размерных связей по методу полной взаимозаменяемости будет соответствовать случаю, когда на этапе технологической подготовки производства все составляющие звенья этих связей предварительно аттестованы и представлены в эскизе наладки станка. При этом точность аттестации должна быть выполнена не только с учетом погрешностей статического состояния размерных связей, но и с прогнозированием их деформации под действием динамических процессов в период непосредственно технологического воздействия на заготовку. Другими словами, точность настройки размерных связей должна гарантировать с высокой доверительной вероятностью выполнение требований чертежа по показателям точности обрабатываемых поверхностей. Сам же метод настройки размерных связей в этом случае будет сведен к ввод}' размерной информации с эскиза наладки станка в память устройства ЧПУ.
При уменьшении доверительной вероятности выполнения требований чертежа детали, что - связано со снижением точности аттестации отдельных звеньев настраиваемых размерных связей, возможен переход к настройке по методу неполной взаимозаменяемости. В этом случае выход отдельных показателей точности выполнения технологической операции за нормируемые пределы, обнаруженные по результатам обработки первой детали, устраняются вводом коррекций на раз-
мерные перемещения, корректировкой отдельных звеньев размерных связей.
Возможен случай, когда по результатам точной аттестации группы звеньев, подбирается (ются) размер (ы) не аттестованного звена (ьев).
Рисунок 3 Настраиваемые размерные связи в многоцелевом станке
При гарантированном обеспечении качества выполнения технологической операции этот метод настройки размерных связей будет реализовывать принцип групповой взаимозаменяемости, при сохранении того же принципа ввода размерной информации с эскиза наладки станка в память устройства ЧПУ.
Таким образом, рассмотренные три метода настройки размерных связей будут отличаться друг от друга методами и точностью аттестации отдельных звеньев на этапе технологической подготовки производства.
Следующие два метода предполагают аттестацию отдельных звеньев с использованием метода пробных проходов непосредственно в процессе наладки станка. Если по результатам пробных проходов выполняется регулировка огдель-
ных звеньев, то будет иметь место настройка размерных связей по методу регулировки. Регулировке могут подвергаться вылеты режущих инструментов, базовые элементы приспособлений для установки и закрепления заготовки и др.
И, наконец, преимущественно используемый в настоящее время метод настройки размерных связей на многоцелевых станках, следует отнести к настройке с использованием метода пригонки. Здесь по результатам пробных проходов вылет инструмента или значение плавающего нуля подгоняются под значение, компенсирующее все виды статических и динамических погрешностей.
Дальнейшая классификация методов настройки размерных связей может быть дифференцирована относительно отдельных звеньев. Так, аттестация вылетов режущих элементов может быть: внестаночной с использованием специальных приборов, приспособлений, выполнена с использованием метода пробных проходов, специальных измерительных циклов, вводимых в УП. Такими же методами и дополнительно с помощью выверки приспособления можно аттестовать положение нуля СКД и значение плавающего нуля по отдельным координатам. С использованием автоматической измерительной системы станка можно выполнить аттестацию станочных параметров, характеризующих размеры рабочей зоны станка, значение параметров гтш и ут{п ■
На основе выполненного анализа общей архитектуры и методов настройки размерных связей в станках с устройством ЧПУ можно сделать следующие выводы:
- настраиваемые размерные связи могут быть представлены в виде замкнутых размерных цепей по каждой управляемой координате;
- в обобщенном виде методы настройки размерных связей могут быть сведены к известным методам решения размерных цепей; вариантность настройки значительно расширяется с учетом использования различных методов аттестации отдельных звеньев размерных связей;
- для придания каждому варианту настройки признака конкурентоспособности необходимо создать информационную базу для анализа точности настройки, временных затрат на настройку размерных связей и наладку станка в целом.
