Погрешность позиционирования. Управление погрешностями станка с ЧПУ

Погрешность позиционирования не следует отождествлять с разрешающей способностью системы ЧПУ станка. Последняя определяет то минимальное расстояние ( l), которое может быть задано и соответственно отработано рабочими органами станка. Погрешность позиционирования _поз характеризует практически достигаемую точность выхода рабочего органа в заданную управляющей программой точку позиционирования. Как правило, погрешность позиционирования _поз в несколько раз (2-4) превышает разрешающую способность станка l.

Прежде всего выделим место указанной погрешности в общей структуре основных погрешностей станка с ЧПУ (рис. 11.1).

Из схемы следует, что общая погрешность позиционирования станка с ЧПУ включает в себя следующие составляющие погрешности:

1. Систематические погрешности позиционирования, обусловленные неточностью изготовления ходовых винтов, приводящих в движение рабочие органы станка, и погрешностями датчиков позиционирования, осуществляющих задание положения и контроль перемещения рабочих органов.

				Тепловые деформации
Случайные погрешности				Динамические деформации, вибрации
				Статическая деформация под изменяющейся нагрузкой
ПОГРЕШНОСТИ СТАНКА				Позиционный разброс
				Погрешность датчика позициони- рования	Погреш- ности позициони- рования
Систематические погрешности				Систематическая погрешность позициони- рования-
				Геометрические неточности
				Статические деформации под постоянной нагрузкой

Рис.11.1. Структура погрешностей станка с ЧПУ

2. Случайную погрешность в виде позиционного разброса, обусловленную неодинаковым позиционированием рабочего органа при его нескольких повторяющихся выходах в одну и ту же заданную программой координату.

В целом погрешность позиционирования представляет собой суммарную накопленную погрешность приводов станка.

Наличие погрешности позиционирования приводит к тому, что при нескольких последовательно осуществляемых в одном и том же координатном направлении (например положительном) позиционированиях рабочего органа в произвольной точке А он может занять любое положение в пределах 6S (рис. 11.2).

Средняя погрешность позиционирования определяется как среднее арифметическое погрешностей X_i по n позиционированиям:

.

Разброс погрешности (рассеивание) определяется среднеквадратичным отклонением:

.

Если рабочий орган будет приближаться (двигаться) к точке позиционирования с другой стороны (в отрицательном направлении - « »), то соответствующая этому направлению движения кривая распределения погрешности позиционирования будет смещена относительно первой кривой, как показано на рис. 11.3.

Величина смещения кривых распределения характеризуется так называемым реверсивным валом:

.

Систематическая погрешность позиционирования при движении в противоположных направлениях равна:

.

позиционирования Распределение точности позиционирования Координата точки 6S Действительное значение, мм Количество позициони- рований А

Рис. 11.2. Точность позиционирования при движении рабочего органа

в одном направлении.

А 3S U 3S позиционирования Координата точки Распределение погрешности позиционирования при движении в направлении Распределение погрешности позиционирования при движении в направлении Рис. 11.3. Точность позиционирования при движении рабочего органа в противоположных направлениях.

Погрешность по каждому координатному направлению не остается постоянной в пределах всей длины перемещения рабочих органов. Ее изменение представлено на рисунке 11.4. На графиках (рис. 11.4) : величина Р_о определяет минимальную систематическую погрешность позиционирования; Р - максимальную погрешность позиционирования; величина Р_sj = 6S_j - позиционный разброс.

Приведенные выше параметры наиболее объективно характеризуют точность позиционирования по каждой из осей координат станка с ЧПУ.

Рис. 11.4. Графическое представление погрешности позиционирования в зависимости от длины перемещения рабочего органа.

Естественно, что эти параметры могут быть установлены для каждого изготов ленного станка путем проведения его испытаний и аттестации.

Точность позиционирования, а следовательно и точность обработки, может быть повышена за счет компенсации систематических погрешностей позиционирования Р_о путем введения соответствующей коррекции в размер статической настройки по специально заложенным с системы ЧПУ алгоритмам, отражающим закономерность изменения Р_о по каждой управляемой координате в зависимости от длины перемещения. Аналогично можно компенсировать погрешности датчика позиционирования и другие систематические погрешности станка с ЧПУ. Можно принять меры и к компенсации средних погрешностей позиционирования и , когда рабочий орган движется в каком-то одном (положительном или отрицательном ) направлении. Компенсировать же позиционный разброс Р_sj не представляется возможным.

Таким образом, точность обработки на станке с ЧПУ нового поколения может быть повышена за счет управления его систематическими и случайными погрешностями. Назовем ее системой компенсации погрешностей станка (СКПС). Применение СКПС обеспечивает увеличение точности позиционирования в 2 раза. В общем случае СКПС представляет собой набор соответствующих алгоритмов (их число примерно равно числу компенсируемых погрешностей), жестко заложенных в память устройства ЧПУ и воздействующих на специально предусмотренный в конструкции станка блок коррекции привода (БКП). СКПС вносит коррекцию в движение рабочих органов станка в зависимости от координат расположения их в рабочей зоне, нагрузки, температуры, вибрации и т.д.

3. Пути управления точностью обработки на МЦС с ЧПУ

Анализ полученной структуры формирования размерных связей на МЦС с ЧПУ позволяет сделать вывод, что основными причинами низкой точности обработки на МЦС с ЧПУ являются:

1. Накопление погрешностей, обусловленное многозвенными размерными связями, образующимися как в процессе установки заготовки на станок, так и в процессе размерной настройки станка и инструмента.

2. Погрешности станка.

3. Колебание размера динамической настройки.

Повышение точности обработки может быть достигнуто двумя путями:

Первый путь - уменьшение величины всех составляющих погрешностей. Этот путь предполагает изготовление и эксплуатацию более точных приспособлений, спутников, зажимных приспособлений (адаптеров), прецизионных приборов для настройки инструмента и другой контрольной оснастки. Очевидно, что это вызовет повышение себестоимости обработки и не приведет к резкому сокращению погрешностей, так как все основные этапы формирования размерных связей сохраняются и процесс накопления погрешностей продолжаеь действовать.

Второй путь является наиболее перспективным. Для его реализации на МЦС с ЧПУ необходимо создавать четырех-контурную систему автоматического управления точности обработки:

1-й контур - система настройки инструмента (СНИ), реализующая управление размером статической настройки (А_С).

2-й контур - система компенсации погрешностей установки (СКПУ), реализующая управление размером установки (А_У).

3-й контур - система адаптивного управления (САУ), реализующая управление размером динамической настройки упругими перемещениями технологической системы (А_Д).

4-й контур - система компенсации погрешностей станка (СКПС).

Лекция 12.

План:

1. Управление размером статической настройки на вертикальном

МЦС с ЧПУ.

2. Управление размером установки на вертикальном МЦС с ЧПУ.

3. Количественная оценка возможной точности обработки линейных

размеров на вертикальном МЦС с ЧПУ, оснащенном СНИ и СКПУ.