Адаптивное управление точностью обработки по размеру статической настройки

Адаптивные системы (АС) рассматриваемого типа обеспечивают компенсацию отклонения размера динамической настройки А_д путем внесения поправки в размер статической настройки.

Как и в ранее рассмотренных АС, величина размера динамической настройки А_д определяется системой адаптивного управления косвенным путем посредством измерения определенного физического параметра (сила резания, крутящий момент или мощность привода, сила тока, деформации звеньев технологической системы и т. д.). Во время обработки величина непрерывно измеряется и в виде сигнала поступает в вычислительное устройство адаптивной системы, в котором на основе заранее заложенной в него зависимости А_д = f( ) находится фактическая величина А_д.факт и сравнивается с заданным (исходным) значением А_д.исх.

При наличии отклонения А_д = А_д.факт - А_д.исх система управления станком вносит поправку А_с, в размер статической настройки, равную по величине А_д и противоположную ей по знаку. Принцип внесения поправки заключается в регулировании расстояния между режущей кромкой (или кромками - для многолезвийной обработки) инструмента и технологической базой детали.

Управление размером статической настройки может реализоваться двумя принципиально различными способами: с помощью специальных приводов малых перемещений по осям координат или с помощью приводов подач станка.

В первом случае компенсация упругих деформаций технологической системы достигается смещением с помощью автономного привода малых перемещений обрабатываемой заготовки относительно стола станка, движущегося по заданной программе. Структурная схема такой АС показана на (рис. 14.1).

Рис. 14.1. Структурная схема АС управления точностью обработки с независимым контуром самонастройки.

Предварительно усиленный сигнал с датчика 2 деформации Д_х поступает на исполнительный привода малых перемещений 4, сдвигающий верхнюю плиту накладного динамометрического стола 3 вместе с установленным на ней спутником с заготовкой, закрепленной через адаптер в приспособлении, относительно стола 5 стакана. Величина корректирующего перемещения соответствует деформации технологической системы а его направление - противоположно.

Реализация данного способа управления размером статической настройки не зависит от типа приводов, системы ЧПУ и места установки основного датчика. В систему может быть введена также обратная связь по корректирующему перемещению Д_x заготовки относительно стола станка с помощью датчика обратной связи 1 и сравнивающего устройства.

Второй способ компенсации упругих деформаций технологической системы основан на введении корректирующего воздействия непосредственно через приводы подач станка. На рис. 14.2 приведена структурная схема АС, реализующей этот способ.

Рис. 14.2. Схема АС управления точностью обработки путем компенсации упругих деформаций технологической системы через привод подачи станка.

На схеме:

1 - стол станка; 2 – накладной динамометрический стол (НДС); 3 – датчик деформаций технологической системы; 4 – шпиндель станка; 5 – заготовка; 6 – датчик регистрации упругих деформаций НДС по оси X; 7 – блок обработки корректирующего сигнала; 8 – блок задания перемещений стола станка по осям X и Y; 9 – привод подачи стола по оси X; 10 – датчик регистрации упругих деформаций НДС по оси Y.

В рассматриваемом примере величина и направление корректирующего перемещения, А_с(х) например по координате Х, определяется как сумма деформации технологической системы Х₁ и динамометрического стола Х₂:

А_с(х) = Х₁ + Х₂. (1)

Поскольку,

; , то ,

где: j1 и j2 - соответственно жесткости технологической системы и динамометрического стола.

С учетом приведенных формул выражение (1) можно представить следующим образом:

. (2)

Входящая в выражение (2) жесткость динамометрического стола j2 известна, а жесткость технологической системы j1 определяется в основном наиболее слабым ее звеном, которым в данном случае является концевая фреза. Жесткость последней может быть определена опытным или расчетным путем в зависимости от ее диаметра D_фр и длины вылета из шпинделя l.

В СЧПУ корректирующий сигнал от блока 7 суммируется с основным, задаваемым блоком 8. Результирующее перемещение стола будет равно:

где: V_х- перемещение стола на 1^o поворота вала двигателя привода подачи;

- угол поворота вала шагового двигателя подачи.

Угол поворота вала шагового двигателя подачи является результатом сложения запрограммированного поворота и корректирующего поворота , компенсирующего упругие отжатия при обработке, то есть:

.

Соответственно корректирующее перемещение равно: