4.2. Логическая задача

На современных станках с ЧПУ автоматизированы многочисленные вспомогательные операции, называемые также технологическими. К их числу относятся: смена инструмента, зажим/разжим инструмента, переключение в коробке подач, управление зажимными приспособлениями, охлаждением, ограждением, смазкой и т.д. Все эти функции выполняются системой цикловой электроавтоматики – системой автоматического управления механизмами и группами механизмов, поведение которых определяется множеством дискретных операций с отношениями следования и параллелизма. Причем отдельные операции инициируются электрическими управляющими сигналами, а условия их смены формируются под влиянием осведомительных сигналов, поступающих со стороны объекта управления. Все сложные циклические процессы, выполняемые на станке с ЧПУ, можно представить в виде циклов автоматики и операций. Циклом автоматики станка с ЧПУ называют последовательность действий, вызываемых по имени одним из трех следующих информационных слов управляющей программы: «Скорость главного движения», «Функция инструмента», «Вспомогательная функция». Цикл автоматики состоит из операций, причем под операцией можно понимать любое независимое действие дискретного механизма, выполняемое одним двигателем, открываемое самостоятельным управляющим сигналом, подтверждаемое или не подтверждаемое при закрытии осведомительным сигналом.

Информационное слово «Скорость главного движения» начинается с адреса S, за которым следует комбинация цифр, определяющая в разных случаях либо скорость резания, либо частоту вращения шпинделя. Для кодирования скорости главного движения применяют методы прямого обозначения, геометрической и арифметической прогрессий, символьный метод.

Метод прямого обозначения наиболее нагляден: слово S800 означает, например, вызов цикла, устанавливающего частоту вращения 800 мин^-1. При кодировании методом геометрической прогрессии частоту вращения обозначают условным кодом 00, .... 98, а истинные значения образуют геометрическую прогрессию: 0; 1,12; 1,25; 1,40; ...; 80 000.

Информационное слово «Функция инструмента» начинается с адреса Т, за которым следуют одна или две группы цифр. В первом случае слово указывает только номер вызываемого инструмента, а номер корректора для этого инструмента определяется другим словом с адресом D. Во втором случае вторая группа цифр определяет номер корректора длины, положения или диаметра инструмента. Например, в слове Т1218: Т – адрес, 12 – номер инструмента; 18 – номер корректора.

Информационное слово «Вспомогательная функция» определяет разнообразные команды цикловым механизмам станка и самому устройству ЧПУ. Вспомогательные функции задают словами с адресом М и условной двухзначной кодовой комбинацией 00, ..., 99. Некоторые общепринятые вспомогательные функции приведены в табл. 1.2. Другие вспомогательные функции вводят при создании конкретного станка и конкретного устройства ЧПУ.

4.3. Технологическая задача

Технологическая задача ЧПУ состоит в достижении требуемого качества деталей с наименьшими затратами. Главным показателем качества деталей является их точность. Под точностью детали понимают степень ее приближения к геометрически правильному прототипу, включая учет макрогеометрии, а также волнистость и шероховатость. К другим показателям качества можно отнести, например, состояние поверхностного слоя обрабатываемой детали.

Рассмотрим механизм формирования заданной точности обработки в связи с особенностями начальной установки и настроек детали.

При размещении обрабатываемой детали в рабочем пространстве станка (т.е. при включении детали в кинематические и размерные цепи станочной системы) необходимо обеспечить начальную установку, т.е. управление точностью начального положения относительно баз станка или приспособления. Заготовку закрепляют на столе станка или в приспособлении. Комплект технологических баз, определяющих положение детали в процессе ее обработки, образует координатную систему детали. Поверхности стола, или приспособления, или других компонентов, с помощью которых деталь координируют в рабочем пространстве, составляют комплект баз станка, формирующих его координатную систему.

Статическая настройка детали есть процесс управления первоначальным установлением точности относительного движения и положения (без резания) инструмента, оборудования и приспособления. Другими словами, статическая настройка состоит в согласовании на уровне управления уже трех координатных систем: станка, детали, инструмента. Параметры согласования хранят обычно в виде корректур инструмента в памяти устройства ЧПУ (под корректурами понимают координаты исполнительных поверхностей инструмента в системе координат станка).

Установленная первоначально точность относительного движения и положения снижается при обработке вследствиеразличного рода погрешностей, носящих систематический или случайный характер. Примером систематической погрешности может послужить переменная в координатах рабочего пространства станка погрешность шариковой пары винт – гайка. Примером случайной погрешности может послужить размерное изнашивание многократно используемого в различных операциях инструмента.

Размерная поднастройка – это управление восстановлением (при обработке) точности относительного движения и положения инструмента, оборудования и приспособления для продолжения рабочего процесса с заданным качеством. Размерную поднастройку с целью компенсации систематических погрешностей осуществляют путем периодического обращения к таблицам коррекций соответствующих погрешностей, хранимым в памяти устройства ЧПУ (например, к таблицам систематических погрешностей шариковых пар винт – гайка). Случайные погрешности можно компенсировать путем периодического обновления соответствующих таблиц: коррекций, хранимых в памяти устройства ЧПУ на основе эпизодических измерительных циклов (например, циклов обследования исполнительных поверхностей инструмента).

Для осуществления статической настройки на станке с ЧПУ используют в принципе три метода: метод, связанный с установлением координат инструмента в системе координат детали (метод пробных проходов); метод, связанный с установлением координат инструмента в системе координат станка (абсолютный метод); метод, связанный с установлением координат инструмента в промежуточной системе координат, положение которой относительно координатной системы станка известно (относительный метод).

Динамическая настройка представляет собой этап управления точностью обработки непосредственно в условиях резания, когда искажению точности способствуют деформационные, тепловые и динамические процессы. В основе указанных процессов лежат различные физические эффекты (упругие и контактные деформации, температурные деформации, трение, изнашивание, вынужденные колебания, автоколебания). Под действием этих факторов происходят изменения размеров и относительных поворотов поверхностей. В результате возникают отклонения от заданной при статической настройке точности относительного положения и движения инструмента, баз станка и обрабатываемой заготовки. Эти отклонения носят переменный характер и изменяются случайно или по определенному закону в функции времени, в функции координат.

Итак, размеры деталей являются функциями начальной установки, а также статической и динамической настроек. Исходя из этого, достижение повышенной точности возможно путем автоматического управления в рамках начальной установки, статической настройки, динамической настройки, одновременного привлечения нескольких видов управления. Очевидно, что управление какого-то одного вида может устранить как собственные погрешности, так и погрешности управлений других видов. Таким образом, качество обработки становится управляемым показателем технологического процесса, а достижение качества - компонентом технологической задачи ЧПУ.

Управляющая программа должна иметь в своем составе кадры с описаниями измерительных циклов. Измерительные циклы формируют массивы коррекций разнообразного назначения, что и обеспечивает в конечном счете статическую настройку. В процессе резания измеряют параметры динамической настройки с помощью датчиков силовых параметров резания (силы резания, вращающего момента на шпинделе); датчиков температуры, вибраций, виброакустического спектра; датчиков деформаций и смещений и др. Подобная информация позволяет при соответствующей ее обработке управлять динамической настройкой. Поскольку управление точностью осуществляется через приводы подачи, технологическая задача на каком-то этапе своего выполнения сливается с геометрической задачей ЧПУ.

Управляющая программа, включая

измерительные циклы

Устройство ЧПУ

Массивы коррекций разного вида