11.3.2. Замкнутые системы с обратной связью по положению рабочих органов и с компенсацией погрешностей станка.
Замкнутые системы ЧПУ этой подгруппы (рис. 29 а) для повышения точности обработки оснащены дополнительными системами обратной связи, с датчиком Д, компенсирующими погрешности станка (тепловые деформации, износ направляющих и др.).
На рис. 29 б показана схема компенсации тепловых деформаций шпиндельной бабки многооперационного станка с ЧПУ фирмы "Olivetti" (Италия). На кронштейне 1, установленном в шпиндельной бабке рядом со шпинделем, закреплен инваровый стержень 2, упирающийся в рычаг 3, расположенный в крайней левой части шпиндельной бабки и поджимаемый к стержню 2 пружиной через струну 4, обернутую на вал датчика 5. При работе станка и смещении передней части шпиндельной бабки со шпинделем вправо инваровый стержень, имеющий очень малый коэффициент линейного расширения, нагревается и смещается вправо, рычаг 3 отклоняется и датчик 5 выдает в систему управления сигнал для коррекции программы управления.
Существуют станки с ЧПУ, где производится компенсация других его погрешностей.
11.3.3. Адаптивные замкнутые системы.
Замкнутые системы ЧПУ этой подгруппы получили название самоприспосабливающихся (адаптивных) систем управления. Благодаря наличию обратных связей не только по положению рабочих органов, но и по параметрам процесса обработки (упругие деформации технологической системы, износ инструмента, температура в зоне резания, вибрации), они обеспечивают автоматическое приспособление режима работы станка к изменяющимся условиям обработки (колебания припуска на заготовке, ее твердости и др.) для получения заданной точности обработки, максимально возможной производительности или минимальной себестоимости обработки.
Рис. 29. Схема системы ЧПУ с компенсацией погрешностей станка
При построении адаптивной системы управления станком используется принцип зависимости подачи от силы резания. Эта зависимость задается до начала обработки по программе или вручную. При изменении режимов обработки (величина припуска, твердости обработки и т.д.) схема регулирования подачи изменяет параметры зависимости так, чтобы приблизить результирующую подачу к ее оптимальному значению. На станке обычно устанавливают дополнительные датчики, дающие возможность измерить параметры резания (момент резания, температуру режущей кромки, вибрации). Привод станка выполняется со следующей системой, обеспечивающей регулирование скорости с высоким быстродействием.
Устройство адаптивного управления вертикально-фрезерными станками (рис. 30) состоит из трех основных блоков: блока измерения параметров силы резания Рх, и Рy и их записи; блоки коррекции координатных перемещений Х и Y; блока оптимизации режимов резания. Подобное устройство выполняет две функции: осуществляет измерения составляющих Рх, и Рy силы резания по координатным осям и в соответствии с полученной информацией автоматически корректирует траекторию движения, осуществляет оптимальное регулирование скорости подачи при изменениях условий обработки. Сочетание двух контуров обработки (по режимам резания и по точности) позволяет снизить погрешности, обусловленные деформациями фрезы, и реализовать оптимальные режимы обработки при сохранении требуемой точности.
Рис.30. Блок-схема адаптивного управления
В блоке коррекции сигналы, пропорциональные составляющим деформации фрезы по координатным осям X и Y, преобразуются в соответствующее число импульсов Nx или Ny и алгебраически суммируются с числом импульсов исходной программы. Результирующий сигнал поступает на отработку в схему управления приводом подач. Однопараметрическая адоптация по режимам резания осуществляется путем аналитического задания зависимости подачи S от величины результирующей силы резания Ро. Подача корректируется посредством изменения частоты управляемого генератора в блоке оптимизации режимов резания. Коэффициенты настройки адаптивного устройства определяются программистом и устанавливаются вручную или по программе. Блок оптимизации осуществляет работу в двух режимах: функциональном и предельном. Значение результирующей силы поддерживается постоянным, если оно предельно для данного случая обработки. При недопустимых режимах резания включатся световая сигнализация, предупреждающая оператора.
В системе адаптивного управления может предусматриваться устройство записи параметров процесса резания. Это позволяет использовать систему для технологической отладки управляющих программ, а также для исследования режимов резания при контурной обработке деталей на станке.