9 .4. Перспективи підвищення точності верстатних

комплексів, розвиток засобів її оцінювання та керування

Якими б досконалими не були пристрої контролю керування, неможливо досягти високих результатів за точністю та продуктивністю обробки, якщо виконавчі елементи верстата інерційні, обробка супроводжується значними вібраціями, інтенсивність яких залежить від режиму різання, геометрії ріжучого інструменту, динамічних характеристик шпиндельних груп та інших факторів і якщо лінійні або обертальні рухи виконавчих елементів відбуваються нерівномірно. Очевидно, що високих точності й продуктивності обробки можна досягти тільки шляхом поєднання високої точності та ефективності обладнання, а також аналогічних параметрів пристроїв контролю керування.

Сучасні прецизійні верстати забезпечують обробку заготовок із точністю, близькою до можливостей вимірювальної техніки. Однак для подальшого підвищення точності обробки необхідно розв’язати такі задачі:

- створити математичні моделі для розрахунку залежностей між конструктивними параметрами верстата, робочими параметрами процесу механічної обробки та вихідним параметром - точністю оброблюваної заготовки;

- вирішити ще на стадії проектування проблему дотримання точності компонування вузлів та елементів обладнання, створити раціональні схеми, визначити та забезпечити оптимальні жорсткість та динамічні характеристики;

- підвищити геометричну точність елементів верстата, що визначає точність обробки та складання, установити функціональний зв'язок між геометричною точністю оброблюваних заготовок та точністю верстата на стадії його проектування;

- розробити для верстатів з ЧПК методи визначення тривимірних просторових помилок;

- на основі розв’язання задачі про розподіл температурних полів реалізувати стабілізацію температурних деформацій;

- забезпечити керування точністю позиціювання в багатокоординатних верстатах.

Аналіз процесів формоутворення при обробці заготовок на верстатах різного технологічного призначення дозволяє зробити висновок про те, що основними вихідними параметрами верстата як елемента технологічної системи є характеристики точності відтворення заданої траєкторії переміщення вузлів, що несуть інструмент та заготовку.

Установлення залежності між динамічними параметрами технологічних систем та збуреннями (змінами режимів різання, геометрії інструмента, температурних деформацій), а також між просторовими переміщеннями в зоні обробки та виникненням відхилень параметрів точності дозволяє підійти до опису моделі процесу обробки та розробки ефективних шляхів керування. Подальше підвищення точності металорізального обладнання повинне йти в основному шляхом комплексного розв’язання перерахованих проблем. Найбільш повний розв’язок може бути отриманий при застосуванні систем активного контролю й керування точністю обробки за допомогою комп’ютерної техніки.

Важливе значення поряд з контролем похибок розміру оброблюваних заготовок одержує регулювання процесу залежно від похибок форми. З'являється проблема забезпечення необхідної якості та точності вимірювання, оскільки в одиницю часу потрібно обробити велике число обмірюваних величин. Окрім вимірювання розмірів та форми заготовок викликає інтерес забезпечення їх обробки із дотриманням заданої якості поверхні. Однак придатних пристроїв для розв’язання поставленої задачі поки не існує. Відомі лише окремі пристрої для регулювання процесу обробки за шорсткістю поверхні заготовки.

Для верстатів з ЧПК потрібні непереналагоджувані вимірювальні пристрої. Незважаючи на усунення впливу на процес керування верстатом суб'єктивних факторів, все ж таки, на одному з трьох етапів (установлення, статичного або динамічного налагодження) виникають похибки, що не дозволяє скорочувати обсяг контрольних операцій. Для контролю деталей в автоматизованому дрібносерійному виробництві використовуються контрольно-вимірювальні машини (КВМ). Так, наприклад, в автоматизованому технологічному комплексі (АТК) для обробки корпусних заготовок моделі «ПРИЗМА-2» (виробництва НДР) підсистема контролю працює у такій послідовності. Після закріплення заготовки в пристосуванні-супутнику вона подається на КВМ, де здійснюється її автоматичне обмірювання з метою визначення необхідного положення в супутнику, а також обчислення значень припусків. Міжопераційний та атестаційний контроль заготовок забезпечують дві інші КВМ, кожна з яких з метою збільшення продуктивності вимірювання оснащена двома незалежними вимірювальними головками. Для керування КВМ і виконання різних обчислювальних операцій, пов'язаних з вимірюваннями, служить спеціальний комп’ютер. Підсистема здійснює контроль всіх заготовок після завершення кожної операції механічної обробки. Така організація підсистеми контролю деталей є типовою для АТК.

Результати робіт зі створення адаптивних систем керування технологічними процесами механічної обробки дозволяють підійти до розробки нових способів оцінювання точності заготовок безпосередньо в процесі їх обробки. Суть їх полягає в тому, що всі взаємодії в технологічній системі, а саме процеси установлення, статичного та динамічного налагодження в остаточному підсумку спрямовані на досягнення й збереження необхідного положення ріжучої кромки (кромок) інструмента відносно комплекту технологічних баз у певний момент часу. У зв’язку із цим, визначаючи поточне відносне положення ріжучої кромки інструмента й баз заготовки в процесі обробки, можна одержувати інформацію про точність заготовки в ході її формування.

При розробці нового способу оцінювання точності важливе забезпечення інформаційного процесу з дотриманням заданих параметрів точності під час реалізації технологічного процесу. Будь-яка технологічна операція є запланованим і керованим заходом, розробка якого супроводжується вибором: послідовності виконання переходів, верстата, пристосувань й інструмента, методів і режимів обробки й т.д. При цьому вибір (ухвалення рішення) ґрунтується на даних про технологічний процес та діючі фактори. У той же час кожне ухвалене рішення також є інформацією, яку в тій або іншій формі необхідно довести до робочого місця. Задана точність заготовки при виконанні операції буде досягатися, якщо ухвалені рішення будуть правильними й, що не менш важливо, доведені до робочого місця без перекручувань.

З переходом до автоматизованого виробництва присутність робітника біля верстата буде не тільки суперечити основним принципам автоматизації, але й не дасть відчутних позитивних результатів, оскільки фізичні можливості людини при здійсненні спостереження та регулювання технологічними процесами обмежені, тоді як швидкості їх протікання постійно зростають. Для створення автоматичних систем керування, використання яких дасть можливість відсторонити робітників від функцій керування, необхідне глибоке розуміння механізму інформаційних процесів.

Зміст керуючої інформації для забезпечення точності на тій або іншій операції визначається переліком факторів, що впливають на процес механічної обробки. Інформація керування формується при розробці технологічного процесу, причому для досягнення необхідної точності обсяг її має бути достатнім для повного усунення ентропії процесу. Всі лінійні переміщення та повороти, які здійснюють в процесі обробки, ріжучий інструмент та технологічні бази в більшості випадків можна задати відносно двох координатних систем. При необхідності додатково вводиться незалежна система координат, що служить вимірювальною базою (базою відліку).

В процесі технологічних досліджень мають бути установлені зв'язки між координатними системами інструмента, базами заготовки, незалежними системами координат та координатами точок обробленої поверхні заготовки. Оскільки розрахунки з установлення вказаних зв’язків є досить трудомісткими, а для одержання оперативної інформації про точність заготовки в процесі її обробки всі обчислення необхідно виконувати по можливості швидко, для їх автоматизації розробляються комп’ютерні програми.

З метою реалізації більш ефективних способів оцінювання точності необхідно, в першу чергу, задати координатні системи, пов'язані з інструментом та технологічними базами заготовки. Для виконання відповідних розрахунків потрібні сучасні швидкодіючі комп’ютери зі спеціальним програмним забезпеченням. Комплекс таких засобів надалі буде йменуватися системою оцінювання точності (СОТ). Гострий інтерес і разом з тим певні труднощі викликає розв’язання задачі визначення та забезпечення оптимальної точності елементів СОТ. В описі службового призначення СОТ необхідно вказувати задану точність заготовки, яку потрібно досягти в результаті обробки. Вона в остаточному підсумку визначає допустиму похибку вимірювання СОТ. Для обґрунтованого переходу від заданої точності обробки заготовки до допустимих похибок елементів СОТ розроблена спеціальна методика, що включає такі основні етапи як: перехід від заданої точності заготовки до допустимої похибки вимірювання; розділення допустимої похибки вимірювання на похибку, яка вноситься не охопленими СОТ факторами та похибку СОТ; розділення останньої на похибку заготовки та похибку положення інструмента. Далі здійснюється перехід до допустимих похибок перетворювачів.

Крім того, одним з напрямків подальших досліджень може бути аналіз можливості використання інформації, що надходить від СОТ під час діагностики відмов технологічної системи. Метою технічної діагностики є (див. розд. 6.1) перевірка якості, працездатності, правильності функціонування верстатних комплексів, а також пошук в них несправностей, що виникли на стадіях виготовлення, налагодження або експлуатації.

Створення СОТ дозволить розв’язувати задачі діагностики на останньому етапі, тобто в процесі експлуатації верстата, в тому числі прогнозувати його технічний стан у деякий майбутній момент часу. Розв’язуються такі задачі шляхом визначення можливих або ймовірних змін стану верстата, що починаються в даний момент часу.

Отже, оцінювання стану об'єкта в конкретний момент часу, тобто його технічне діагностування, що може бути здійснене за допомогою СОТ, є важливим моментом при прогнозуванні ресурсу роботи обладнання.

Література

1. Комаров Н.Ф. Наладка и эксплуатация электрооборудования металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1974. – 384 с.

2. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика (непрерывные объекты). - М.: Высшая школа, 1975. – 207 с.

3. Сергиевский Л.В. Наладка, регулировка и испытания станков с программным управлением. - М.: Машиностроение, 1974. – 299 с.

4. Брон Л.С., Тартаковский Ж.Э. Гидравлический привод агрегатных станков и автоматических линий. 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1974. – 328 с.

5. Лещенко В.А. Гидравлические следящие приводы станков с программным управлением. - М.: Машиностроение, 1975. – 288 с.

6. Гольдин М.М., Зуев В.Д., Иванцев Л.А. Наладка и эксплуатация агрегатных станков и автоматических линий: Справочное пособие. 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1974. – 456 с.

7. Следящие приводы/ Под ред. Б.К. Чемоданова. - М.: Энергия, 1976. Книга первая 480 с., книга вторая 384 с.

8. Севост’янов І.В. Експлуатація та обслуговування машин. Лабораторний практикум. - Вінниця: ВНТУ, 2004. – 88 с.

9. Сергиевский П.В. Наладка и эксплуатация станков с устройствами ЧПУ. - М.: Машиностроение, 1981. – 240 с., ил.

10. Гжиров Р.И., Серебреницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. – 588 с.

11. Соломенцев Ю.М., Сосонкин В.Л. Управление гибкими производственными системами. – М.: Машиностроение, 1988. – 352 с.

12. Ашенберг Э.А., Майорова Э.А., Барт В.Е. Клееные цилиндрические зубчатые колеса. – Станки и инструмент. - 1973. - №10.

13. Верхотуров Б.Я., Марков Н.Н. Прибор для контроля кинематической точности механизмов. – Станки и инструмент. - 1964. - №9.

14. Металлорежущие станки. Учеб. пособие для втузов. Н.С.Колев, Л.В.Красниченко, Н.С.Никулин. – М.: Машиностроение, 1980. – 500 с.

Навчальне видання

Іван Вячеславович Севостьянов