Файл: Сергиевский, Л. В. Наладка, регулировка и испытание станков с программным управлением учебное пособие.pdf

По выражению (14) можно судить, что на фазовую характеристику каскада с конденсатором в цепи эмит­ тера при настройке этих цепей будут влиять емкость Сэ и входное сопротивление каскада. Примерная частотная зависимость для этой цепи изображена на рис. 64, б.

При изготовлении усилителей переменного тока и их настройке в фазовых следящих системах ЧПУ наиболее важен анализ цепей настройки в области низких частот, так как эти усилители предназначены для работы на частоте 250 Гц, при отклонениях от этой частоты не более чем на десятки герц.

§ 8. ВЛИЯНИЕ ЗАЗОРОВ В СИЛОВЫХ ПЕРЕДАЧАХ И ДАТЧИКАХ НА КАЧЕСТВО РАБОТЫ СТАНКА С ЧПУ

При эксплуатации станков с ЧПУ происходит постепен­ ное ухудшение их качественных показателей. Одной из причин ухудшения качества и точности работы станка является появление мертвого хода в кинематических цепях. Мертвый ход (люфт) в механических передачах станков с ЧПУ вызывается зазорами в винтовых переда­ чах, зубчатых зацеплениях, муфтах и т. п., которые появляются в результате износа или разрегулировок. Количественно мертвый ход представляет собой угол поворота ведущего звена, в пределах которого при ре­ версе ведомое звено остается неподвижным.

Определение люфта в механических цепях станков

сЧПУ необходимо для выявления наибольших ошибок

иопределения максимальных суммарных погрешностей при обработке деталей. Результаты определения суммар­ ного зазора в кинематической цепи используются и при анализе работы следящей системы станка с ЧПУ. Мерт­ вый ход, пересчитанный на угол поворота ведущего звена кинематической цепи, является одним из критериев каче­ ства работы следящей системы. Существует расчетный метод определения мертвого хода. Сравнивая зазор, полу­ ченный расчетным методом, и величину реального зазора и зная допустимые отклонения этих величин, можно судить о качестве механической передачи.

Расчет мертвых ходов производится по всем кинема­ тическим цепям, соединяющим источник движения с ра­ бочим органом станка. Для облегчения расчета рекомен­ дуется заранее определить цены оборотов всех валиков (величину перемещения исполнительного узла при одном

134

обороте ведущего вала) и рассчитать мертвый ход для всех отдельных передач, составляющих кинематическую цепь системы станка.

Мертвый ход цилиндрической или конической зубча­ тых передач можно определить по формуле

соотношения

где А — цена оборота винта в мм; а — число заходов;

t —- шаг резьбы в мм;

z = 0,0065 У at — гарантированный зазор. Рассчитаем мертвый ход для зубчатой передачи дат­

чика обратной связи по положению на продольной подаче станка 6М13-ГН1, т — 1, г =* 56, межцентровое расстоя­ ние 63 мм, класс точности —■7, коэффициент &х = 0,005,

135

При измерении реального мертвого хода в этой же передаче зазор составил 0,00008 мм, что вызывает фазовую ошибку при слежении примерно 0,08°. Такая ошибка по углу может в фазовой системе ЧПУ изменять скачком скорость движения рабочего органа станка.

После того как будет проведен расчет мертвого хода, необходимо найти предельно допустимую величину за­ зора, которая определяется в зависимости от точности и надежности работы узла или системы станка. Допусти­ мая величина для разных узлов системы станка будет различной. Например, для зубчатого зацепления датчика обратной связи эта величина будет одна, и она влияет на систему управления, для передачи винт—гайка вели­ чина этого зазора другая, но в сумме эти мертвые хода влияют на точность обработки детали.

Для многих механизмов станка предельно допустимые величины износа кинематических пар определяются из условия обеспечения заданного положения ведомого звена. При этом для большинства случаев характерна следую­ щая зависимость между износом отдельных кинемати­ ческих пар 6А, допустимой величиной отклонения А ве­ домого звена от заданного положения и величиной воз­ можной компенсации износа механизма

S= А 4~ е,

к= 1

где 86 — величина реального износа в мм;

ik — передаточное отношение отдельного звена;

А — допустимая величина отклонения ведомого звена в мм;

е— величина регулировки выбора зазора отдельного звена в мм.

Если ведомым звеном является узел, несущий инстру­ мент или заготовку, то отклонение А от заданного поло­ жения непосредственно связано с заданной точностью станка.

Мертвый ход приводит к двум недостаткам в системе слежения станков с ЧПУ: 1) форма выходного сигнала становится искаженной; 2) выходной сигнал отстает по времени от входного. С точки зрения устойчивости фазо­ вой системы ЧПУ опасным является второе обстоятель­ ство, так как всякое отставание в замкнутой системе управления ухудшает ее устойчивость.

136

Пользуясь методом осциллографирования работы при­ вода подачи, можно определить характер поведения си­ стемы при наличии в ней зазора, но место появления его можно определить только при исследовании всех звеньев кинематической цепи и здесь нужны другие методы.

Для обеспечения нормальной работы станка точность механических узлов и деталей в процессе эксплуатации должна постоянно контролироваться и, в случае откло­ нений за допустимые пределы, узлы и детали должны заменяться.

Точность ответственных зубчатых колес станка с ЧПУ может быть проверена несколькими способами. Одним из наиболее точных способов контроля формы зубьев зубчатых колес, колебания толщины и ошибки профиля зубьев является сравнение реального профиля с теоре­ тическим с помощью проекционного аппарата. Этим мето­ дом можно обнаружить также ошибку нормального шага, которая является максимальной разностью измерений между двумя смежными зубцами, т. е. физическое сме­ щение зубьев от их точного теоретического расположения.

Наиболее простым способом измерения ошибки (зазора) положения валов является проверка ее с помощью изме­ рительных шкал. Хотя измерение с помощью шкал воз­ можно только при статических условиях, можно поль­ зоваться им и при динамических условиях, прибегая к фотографированию. Например, если требуется опреде­ лить относительное угловое положение валов во время их движения, можно укрепить на них шкалы и стрелки и сфотографировать их. Применение строботрона обеспе­ чивает вспышку яркого света в точно заданное время. Угловая ошибка может быть получена преобразованием ее в электрическое напряжение с последующим измере­ нием обычными измерительными приборами или записью этого напряжения на осциллограмму. Вследствие неточ­ ности преобразовательных средств этот метод контроля является более грубым, чем проверка с помощью измери­ тельных шкал.

Одним из способов повышения точности станков с ЧПУ

влияет^на точность обрабатываемой детали, поэтому им должно быть уделено особое внимание. Недостатки напра­ вляющих особенно сказываются на точности при обра­ ботке деталей на станках с незамкнутой системой упра­

137

вления, к которым относятся станки типа 6Н13-ГЭ2, ГФ-770, ФП-4 и др. Увеличение трения в направляющих этих станков вследствие наклепа металлической стружки (особенно из алюминиевых сплавов), загрязнения смазы­ вающей жидкости и эксплуатационного износа приводит к искажению программы и точности обработки детали.

Рассмотрим влияние трения по одной из координат на поведение двухкоординатной системы при обработке угла прямоугольника. Характер движения рабочих органов показан на рис. 65. На рисунке представлен момент вре­ мени, когда инструмент из-за наличия трения (нагрузки) и нежесткости системы имеет скоростную ошибку. Точка / центра инструмента (фрезы) должна представлять задан­ ное положение инструмента, но из-за наличия трения она находится в точке II, т. е. отстает от точки / на величину скоростной ошибки бтр, а так как в этот момент времени системы движения точки I по оси Y, заданные в программе, прекратились, то движение по оси Y начинает замед­ ляться. В этот же момент времени изменяется направление движения инструмента, т. е. начинает разгоняться ин­ струмент по оси X. В результате сложения двух движе­ ний — замедленного по оси Y и ускоренного по оси X — инструмент опишет какую-то кривую, изображенную на рис. 65, в виде дуги с радиусом R, сопряженную со сторо­ нами прямоугольника. Таким образом, центр фрезы в случае наличия трения в одном из приводов подач фре­ зерного станка с ЧПУ вместо прямого угла опишет кривую, что приведет к погрешности обработки детали.

Постоянства силы трения в диапазоне скоростей по­ дачи и значительного снижения трения покоя, а следо­ вательно, и равномерности движения на малых скорос­ тях в случае направляющих смешанного трения можно достичь путем приме­ нения антискачковых масел, например масла ВНИИНП-401, которое выпускается нашей про­

мышленностью.

Для того чтобы су­ дить о состоянии на­ правляющих и винтовых передач, необходимо знать момент холостого хода таких передач,

138

Г ла ва IV

Комплексные испытания станков с системами ЧПУ

§1. ПРОВЕРКА СИСТЕМЫ СТАНКА

СЧ П У ТЕСТ-ПРОГРАММАМИ

Проблема обеспечения надежности станков с систе­ мами ЧПУ тесно связана с вопросами их проверки и испы­ тания в процессе эксплуатации. Как известно из теории автоматического регулирования, в зависимости от вида контрольного сигнала изменяется и характер реакции системы, т. е. контрольному сигналу определенной формы, если система работоспособна, должна соответствовать вполне определенная по характеру реакция. Анализируя характер реакции системы на воздействующие контроль­

осуществить оценку работоспособности системы по пока­ зателям качества переходного процесса, т. е. параметрам переходной характеристики, таким как крутизна, макси­

Оригинальный метод проверки системы на работоспо­ собность и определение неисправности в системе предло­ жен А. В. Мозгалевским и др. [26]. Он основан на анализе деформации тест-сигнала (или тест-программы) при про­ хождении его через контролируемый узел, блок или систему. Этот же метод может быть применен и при про­ верке системы ЧПУ станками. При воздействии испыта­ тельной программы на систему ЧПУ при прохождении ее через проверяемый участок системы сигнал будет изме­ няться, а степень его изменения будет зависеть от струк­ туры участка системы и значения параметров отдельных его узлов и блоков. В связи с этим всякое изменение ха­ рактеристики узла или блока системы скажется на ха­ рактере изменения сигнала. Деформацию контрольного

140

сигнала при прохождении, например, по электронному блоку системы ЧПУ можно обнаружить по изменению формы и амплитуды электрического сигнала с помощью световых или электронных осциллографов, причем если в блоке имеется неисправность, то характер изменения формы и амплитуды сигнала будет отличен от сигналов в исправном блоке. Так как при прохождении истытательного сигнала в системе ЧПУ величины электриче­ ских параметров в различных точках системы будут различны, то обнаружение работоспособности или неис­ правности, возникающей в системе ЧПУ, можно проверить только по тем параметрам, которые обладают достаточ­ ной чувствительностью ко всем изменениям, происходя­ щим в системе. Выбор точек и параметров, контролируе­ мых при прохождении испытательного сигнала, зависит от конкретной системы ЧПУ и определяется ее структур­ ной схемой.

Важным вопросом при проверке работоспособности и определении неисправностей в системах ЧПУ, является выбор тест-сигнала или тест-программы. Обычно для опре­ деления характеристик следящей системы, каковой является система станка с ЧПУ, используется ступен­ чатый или скачкообразный сигнал. Использование для определения работоспособности ступенчатого сигнала наиболее целесообразно, поскольку можно проконтроли­ ровать реакцию системы и проанализировать деформацию контрольного сигнала.

Использование ступенчатого сигнала для испытания и проверки систем ЧПУ целесообразно, так как при его воздействии на следящий привод станка с системой ЧПУ по реакции привода можно судить о переходной характе­ ристике системы.

Так как системы ЧПУ выполняются в двух вариан­ тах: незамкнутая и замкнутая, то в зависимости от типа системы применяют и различные методы их проверки.

Если проверяется незамкнутая система, то на ее вход подают контрольные сигналы, а на выходе проверяют пере­ мещение рабочих органов станка и правильность выпол­ нения вспомогательных и технологических команд. Под проверкой перемещения рабочих органов здесь понимается точность перемещения в соответствии с заданной про­ граммой, скорость и ускорение перемещения, которые также заданы в программе, в соответствии с паспортными данными станка.

141