Система управления качеством обработки

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

Рассмотрим механизм образования заданной точности обработки в связи с особенностями начальной установки, статической и динамической настроек детали.

При размещении обрабатываемой детали в рабочем пространстве станка (то есть при включении детали в кинематические и размерные цепи станочной системы) необходимо обеспечить начальную установку, то есть 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 другие компоненты, с помощью которых деталь координируют в рабочем пространстве, составляют комплект баз станка, формирующих его координатную систему.

Погрешность установки детали, как правило, не может быть определена расчетным путем. Поэтому после установки обследуют поверхности детали с помощью измерительных головок в рамках специальных измерительных циклов. По результатам измерений погрешности установки детали вводятся в память устройства ЧПУ, и, таким образом, координатные системы станка и детали оказываются согласованными, при этом управляющая программа ЧПУ в системе координат детали становится пригодной для своего воспроизведения в координатной системе станка.

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

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

Размерная поднастройка (как компонент статической настройки) - 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 коррекции соответствующих погрешностей, хранимых в памяти устройства ЧПУ. Случайные погрешности могут компенсироваться путем периодического обновления соответствующих таблиц коррекции, 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 три метода: метод, связанный с установлением координат инструмента в системе координат детали (метод пробных переходов); 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). В станках с ЧПУ получили распространение два последних метода, которые обычно реализуются с помощью измерительных головок.

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 и автоколебания.

Влияние любых факторов на точность обработки проявляется в конечном счете через размерные связи станочной системы. Под действием этих факторов происходят изменения размеров и относительных поворотов поверхностей. В результате чего 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 и функции координат.

Так как размеры детали являются функциями начальной установки, статической и динамической настроек, то достижение повышенной точности возможно путем автоматического управления в рамках начальной установки, статической и динамической настроек и одновременного привлечения нескольких видов управления. Управление какого-то одного вида может устранить как собственные погрешности, так и погрешности управлений других видов. Таким образом, качество обработки (то есть точность) становится управляемым показателем технологического процесса, а достижение качества - компонентом ТхЗ ЧПУ.

Схема решения ТхЗ ЧПУ, связанной с управлением качеством обработки, приведена на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Схема решения ТхЗ ЧПУ, связанной с управлением качеством обработки

Управляющая программа имеет в своем составе кадры с описанием измерительных циклов, которые формируют массивы коррекции 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 других. Подобная информация позволяет при соответствующей ее обработке управлять динамической настройкой. Поскольку управление точностью осуществляется через приводы подачи, то ТхЗ ЧПУ на каком-то этапе своего выполнения сливается с ГЗ ЧПУ.