Файл: Адаптивное управление металлорежущими станками..pdf

Окончание обработки, как уже указывалось, определяется в конце программы ОЧК при условии, что {К—і ) —0 и не было команд на отход от ОЧК.

Таким образом алгоритм III позволяет обеспечить многопро­ ходную черновую обработку большинства деталей из любых заго­ товок.

Рис 117. Схема алгоритма системы СПТ ЭНИМСа (вариант III) для произвольной заготовки

К о р р е к ц и я т р а е к т о р и и по у р о в н ю в и б р а ц и й . В рассмотренных выше алгоритмах ОПТ уменьшение глубины реза­ ния в-процессе прохода осуществлялось по сигналам ^>^Пред, при­ чем величина Іпред выбирается равной оптимальной. Однако на вы­ бор ее существенно влияет виброустойчивость системы СПИД, ко­ торая в реальном диапазоне режимов черновой обработки зависит от глубины резания в значительно большей степени, чем, напри­ мер, от подачи. При этом, как правило, невозможно предугадать момент возникновения недопустимых вибраций, которые зависят от многих параметров детали и заготовки, способов закрепления детали на станке и других условий.

В связи с этим на основе опыта эксплуатации каждого конкрет­ ного станка величина (пред обычно искусственно занижается по сравнению с той, которая могла бы быть выбрана по параметру инструмента или мощности станка, что приводит к снижению про­ изводительности обработки.

Учитывая, что в системе СПТ уже предусмотрен контур управ­ ления изменением глубины резания по параметру силы резания, появляется возможность исключения недопустимых вибраций, воз­ никающих при большой глубине резания, за счет введения в адап­ тивную систему дополнительного устройства для измерения неко­ торого параметра вибраций (A f ).

В ЭНИМСе создан прибор, работающий совместно с датчикомакселерометром, который устанавливается на станке. Прибор поз­ воляет либо определить момент, предшествующий возникновению автоколебаний, либо определить превышение заданной амплитуды вибраций и имеет релейные выходы в схему управления. С приме­ нением этого прибора управление изменением глубины резания

может осуществляться при помощи тех же средств ОПТ и адаптив­ ной системы по дополнительной входной цепи.

С т р у к т у р а с и с т е м ы ОПТ. На рис. 118 .показан основной вариант структуры системы управления с самопрограммированием траектории, обеспечивающей реализацию перечисленных выше воз­ можностей второго алгоритма ЭНИМСа. В системе (кроме ЧПУ) имеются следующие устройства: АС — адаптивная система регули­ рования режимов резания по измеряемой датчиком силе резания

мента в деталь; Пм—память номера кадра первого отхода инстру­ мента от ОЧК в проходе; Г — генератор дополнительных (непро­ граммируемых) перемещений инструмента по оси X, включающий­ ся по'сигналу t> tj,ред и ^4/>/4пред; БН П — блок определения поло­ жения инструмента по оси X в начале прохода; БК — командный блок.

Рис. 118. Структура системы СПТ ЭНИМСа (вари­ ант Ш)

В зависимости от способа установки инструмента в положение начала прохода по оси X, блок БНП может быть выполнен либо по принципу арифметического устройства, либо по принципу, опи­ санному на рис. 116, либо по принципу ДПГ.

По последним данным, в ФРГ также рассматривается реализа­ ция алгоритма «параллельных контуров» [102].

Выше рассматривались варианты регулирования глубины реза­ ния по сигналам ^>^Пред или параметру вибрации Af > An^ толь­ ко в сторону ее уменьшения. Возможность увеличения глубины

резания, если это допустимо по ОЧК, может быть также определе­ на по соответствующим сигналам адаптивной системы.

Однако следует учитывать, что для токарных резцов заглубле­ ние в деталь, если это не предусмотрено программой, может осу­ ществляться только при определенном соотношении продольной и поперечной подач, зависящем от геометрии инструмента (для фрез это может оказаться несущественным).

На рис. 119 показано, что при точении угол фПред между векто­ ром контурной скорости при заглублении и осью Z должен быть меньше вспомогательного угла в плане резца фі, что вызывает не­ обходимость введения специального блока, поддерживающего со­ отношение продольной и поперечной подач в каждый момент так,

ЧТО ф п р е д ^ ф ь

Рис. 119. Схема проходов с увеличением глубины резания

Для описываемого варианта более приемлем алгоритм II, так как при непрограммируемом заглублении необходимо непрерывное сравнение действительного положения инструмента с положением, заданным программой ОЧК, т. е., кроме блока определения вели­ чины заглубления, необходимы блок вычисления разности АХ и блок запоминания координат Z встречи инструмента с контуром.

Анализ описанных алгоритмов различных систем ОПТ позволя­ ет сделать следующие выводы:

1. Наименьшие затраты времени на установку инструмента в начале любого чернового прохода за счет применения быстрых ходов, вместо рабочих, обеспечиваются системами, вычисляющими необходимые координаты, что требует увеличения объема исходной информации и дополнительных устройств вычисления и памяти. Применение этого способа без существенного усложнения структу­ ры целесообразно для адаптивных систем ЧПУ, уже имеющих со­

ответствующие арифметические и запоминающие устройства, на­ пример, для систем с коррекцией программируемых перемещений.

Упрощение СПТ, уменьшение затрат на настройку и програм­ мирование при увеличении потерь времени имеют место при вы­ ходе на начало прохода в режиме врезания инструмента в деталь непосредственно от точки, принадлежащей ОЧК детали.

Для реализации принципа отвода инструмента после врезания на фиксированную величину А0Тв=Тфикс (как это имеет место в первом алгоритме АСЕМА для припусков, не превышающих удвоенное значения ^фикс), при произвольных припусках необходим предварительный отвод инструмента от торца (по оси Z) и лишь затем перемещение по оси X с повторным врезанием. При этом инструмент может или выйти из заготовки (проход может оказать­ ся лишним), или выйти на малую глубину резания, при которой обработка неэффективна.

2. Алгоритм управления положением инструмента в проходе оказывает наибольшее влияние на структуру системы ОПТ и эф­ фективность обработки. Расчеты показывают, что в большинстве случаев для контурных систем ЧПУ с относительным отсчетом координат при обработке деталей произвольной формы из произ­ вольных заготовок наиболее производителен и вместе с тем наи­ более структурно сложен алгоритм, определяющий траекторию движения инструмента, в первую очередь, по изменению формы заготовки с определением и запоминанием координат встречи с ОЧК и первого отхода инструмента от контура (например, алгоритм I ЭНИМСа).

Для прямоугольных систем ЧПУ структура СПТ может быть существенно упрощена, в особенности для систем с абсолютным отсчетом координат, за счет упрощения устройств сравнения дей­ ствительного положения инструмента с программируемыми и устройств запоминания координат точек встречи и первого отхода инструмента от ОЧК.

Наиболее простая структура СПТ при больших1 технологичес­ ких возможностях для контурных систем получается при исполь­ зовании алгоритма «параллельных контуров» (алгоритм III ЭНИМСа), хотя этот алгоритм несколько уступает по производи­ тельности второму из-за многократных проходов по торцевым участкам ОЧК-

Применение систем СПТ на автоматизированных станках без ЧПУ. Анализ многих систем автоматического управления переме­ щениями инструмента .показал возможность оснащения системами ОПТ, работающими совместно с адаптивными системами для ре­ гулирования режимов обработки, не только станков с ЧПУ, но ч станков с цикловым программным управлением (в особенности для гидрокопировальных токарных полуавтоматов) и т. п. к

Сложность задания (настройки) или необходимость большего объема размерной информации при многопроходной черновой обра­ ботке обусловливает применимость таких станков в основном в

крупносерийных производствах для деталей простых форм при вы­ соких требованиях к качеству и геометрии заготовок.

При оснащении таких станков системами ОПТ указанные огра­ ничения в значительной степени устраняются. Ниже рассматри­ вается -пример построения системы ОПТ для гидрокопировальных токарных -полуавтоматов. В этих станках используются два основ­ ных принципа настройки числа проходов при многопроходной чер­ новой обработке:

смещением относительно копира щупа, связанного -через рычаж­ ную систему с щупом следящего золотника, корпус которого жест­ ко скреплен с копировальным суппортом, например, в станке мо­ дели 1Б732 станкозавода им. Серго Орджоникидзе;

смещением корпуса следящего золотника относительно копиро­ вального суппорта при постоянном «сцеплении» щупа с -копиром, например, в станке модели «Шоле» фирмы H. Ernault-Somua (Франция) (103].

Настройка проходов по длине в обоих вариантах осуществляет­ ся с помощью цикловых упоров, воздействующих на соответствую­ щие конечные переключатели.

При оснащении указанных станков для повышения производи­ тельности обработки адаптивной системой регулирования режи­ мов -резания по измеряемой датчиком силе резания (или другому силовому параметру) может быть исключена настройка упоров по длине промежуточных черновых проходов, а число проходов мо­ жет быть увеличено без существенных изменений в станке (с при­ менением ДПГ -неограниченно). Кроме того, значительно расширя­ ются технологические возможности станков по номенклатуре деталей и заготовок.

Принцип работы системы по варианту 1 поясняется на рис. 120.

В соответствии с циклом работы продольный суппорт 13 стан­ ка, на котором установлен барабан 3 с упорами, перемещается по оси Z на величину 1\ из исходного положения (на конечнике 18) до конечни-ка 17 (начала ОЧК детали по длине) включается дви­ жение по оси X копировального суппорта 5, несущего рычажную систему 9 и следящий золотник 10.

Суппорт 5, опускаясь вместе с рычажной системой на копир 7, останавливается в точке а (перемещение на Щ, так как рычаг 12 системы 9 упирается в первый упор 14 барабана 3 и, поворачива­ ясь, воздействует на щуп И золотника 10 (на схеме положение суппортов 13 и 5 и упора 14 соответствует положению начала первого прохода). Щуп 8 не доходит до копира (точка а'). Вклю­ чается продольное перемещение. В точке в' щуп 8 -наезжает на ко­ пир и, воздействуя через рычажную систему 9 на щуп И золотни­ ка 10, ведет копировальный суппорт по ОЧК.

При достижении суппортом 13 конечника 1, соответствующего концу ОЧК детали по длине, дается команда на -возврат; суппорт 5 отходит вверх до упора, а суппорт 13 до конечника 17.

N.

Во втором проходе цикл продольного перемещения начинается с момента упора рычагом 12 во второй упор 4 барабана 3, установ­ ленного приводом Ѳ при возврате на вторую позицию (расстояния между упорами по высоте равно выбранной глубине резания to).

Рис. Г20. Схема установки элементов системы СПТ на суппорте гидрокопировального полуавтомата модели 1Б732

Во втором проходе (от точки с) при достижении точки d (на участке ОЧК, имеющем координату Z ), где соответственно щуп 8 уже встречался с копиром 7 в первом проходе (точка d'), инстру­ мент идет по ОЧК без резания. По сигналу, что .Ррез= 0, дается команда на возврат инструмента (аналогичная команде «онечника /) в положение нового прохода и т. д.

Команда о том, что идет последний проход, фиксируется, на­ пример; по упору 2, воздействующему «а'»онечник 16 при установке барабана 3 на позицию последнего прохода. В этой позиции от­ сутствует упор па барабане, воздействующий на рычаг 12, и копи­ ровальный суппорт 5 в начале прохода опускается до,упора щу­

дается команда возврата, может задаваться больше нуля; соответ­ ственно команды на возврат ( Ж Р тіп) будут поступать раньше точек встречи инструмента с ОЧК в предыдущем проходе. Остат­ ки припуска срезаются в этом случае в чистовом проходе по чисто­ вому копиру. Из приведенной схемы видно, что настройка проме­ жуточных проходов по длине не. требуется; соответственно исклю­ чаются обеспечивающие ее элементы станка. Увеличение числа проходов достигается установкой барабана с большим числом по­ зиций.

Для обработки деталей произвольной формы из произвольных заготовок используется, как и в ранее рассмотренных алгоритмах.

СИГНал /^ Д п р е д ( Р р е з ^ Р п р е д ) •

Реализация сигнала может осуществляться, например, с по­ мощью дополнительного гидроцилиндра 15, воздействующего на рычажную систему 9. Пример обработки показан на рис. 121.

Рис. 121. Схема обработки с системой СПТ детали из произвольной заго­ товки на станке модели 1Б732

Во избежание усложнения конструкции станка'и блока управ­ ления циклом окончание последнего прохода должно осуществлять­ ся в этом случае в конце ОЧК на конечнике /; окончание проме­ жуточных проходов— либо на конечнике 1, либо по сигналу

р< ; р .

іг тмп’

Управление гидроцилиндром 15 может осуществляться либо с сохранением положения штока после отработки последней коман­ ды P>Pjтред (не было больше команд до конца прохода), как это показано на рис. 121 (точка c u d на одном уровне), либо в режи­ ме поддержания Р — Риред, если положение суппорта 5 не ограни­ чивается упором на барабане. Сокращение холостых проходов по уже обработанным поверхностям ОЧК может быть достигнуто за счет выполнения конечника 17 (или упора относительно конечника) «плавающим» от привода 19 по любой из известных конструкций «плавающих» упоров.

Управление конечником 17 начинается с прохода, соответствую­ щего положению щупа 8 на копире в начале ОЧК (по команде конечника 16). В процессе прохода конечник 17 движется синхрон­

те суппорт 13 останавливается по конечнику 17 сразу на уровне Z положения первого отвода инструмента по оси X от контура в .пре­ дыдущем проходе и т. д.

Окончание обработки ОЧК фиксируется по команде конечни­ ка 1 при отсутствии сигналов t> tnpeR и команде конечника 16 (ре­ сурс проходов по правому торцу детали использован). Аналогич­ ным образом может быть реализовано управление глубиной реза­ ния по предельно допустимому значению параметра вибрации при оснащении станка устройством для измерения параметра вибраций. При оснащении инструмента датчиком предельной глубины отпа­ дает необходимость в барабане 3 с упорами. Управление положе­ нием инструмента в начале и середине прохода осуществляется гидроцилиндром 15 по сигналам ДПГ.

Рис. 122. Схема модернизации суп­ порта гидрокопировального полу­ автомата типа «Шоле» фирмы H. Ernault-Somua для установки системы СПТ

Для гидрокопировальных полуавтоматов с настройкой числа проходов смещением корпуса следящего золотника конструктивная схема копировального суппорта показана на рис. 122. В этих стан­ ках барабан 1 с упорами закреплен — непосредственно на копи­ ровальном суппорте 3, а следящий золотник 6 выполнен подвиж­ ным относительно суппорта 3 с помощью гидроцилиндра 4, несу­ щего упор 2.

Установка инструмента по оси X в начале прохода осуществ­ ляется предварительным ходом гидроцилиндра 4 до упора на ба­ рабане, после чего суппорт опускается до соприкосновения щупа 7 золотника 6 с копиром 8.

В цикле система копировальный суппорт — барабан — упор — гидроцилиндр — золотник замкнута кинематически и инструмент идет все время по «копиру» (траектория «параллельных контуров»).