Компенсация динамической погрешности положения инструмента в рабочем пространстве станка типа "обрабатывающий центр"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Компенсация динамической погрешности положения инструмента в рабочем пространстве станка типа "обрабатывающий центр"

В.Е. Лысов

Рассматривается вопрос достижения заявленной точности в рабочем пространстве одностоечного прецизионного станка типа «обрабатывающий центр» за счёт формирования оптимальной диаграммы движения интерполирующих координат и руки механизма смены инструмента.

Ключевые слова: динамическая погрешность, интерполирующая координата, многосвязанность, модель, обрабатывающий центр, осцилляция, точность.

Исследование влияния динамической составляющей погрешности на точность положения инструмента в рабочем пространстве станка и апробация методов минимизации динамической ошибки проводились на станке модели 2440СМФ4, выпускаемом в ЗАО «Стан-Самара» [1].

Р и с. 1. Структурная схема модели формирования погрешности в рабочем пространстве станка

Математическая модель формирования погрешностей в положении инструмента приведена на рис. 1. Блоки «X», «Y», «Z» представляют собой автономные сепаратные каналы интерполирующих координат X, Y, Z соответственно, которые синтезированы на основе уравнений состояния Лагранжа [2], а также допущения, что силы и моменты демпфирования линейно зависят от скорости соответствующих деформаций. На рис. 1 обозначены: , , - изображения помех, которые взаимообразно воздействуют на интерполирующие координаты X, Y и Z соответственно; , , - изображения собственных помех интерполирующих координат. Отклонение подвижного органа от заданного положения представлено изображением - для координаты X, - для координаты Y и - для координаты Z.

Механизм смены инструмента (МСИ) как источник помех представлен четырьмя формирователями, соответствующими различным этапам технологической операции смены инструментов, таких как ЗИ - захват инструментов рукой, ВИ - выем инструментов, ТИ - транспортировка инструментов, ПИ - посадка инструментов и СР - сход руки с инструмента. Формирователи подключаются к многосвязанной модели через мультиплексор, обеспечивающий очерёдность коммутации сигналов помех в функции времени.

Экспериментальные исследования выявили два наиболее существенных источника помех: МСИ при автоматической смене инструмента и шпиндельная бабка (интерполирующая координата Z) с разгружающим противовесом, работающая в режиме осцилляции.

Анализ многосвязанной модели (см. рис. 1) в среде Matlab позволил определить наиболее эффективные методы компенсации динамических помех.

Для оценки влияния режима осцилляции шпиндельной бабкой на ошибку положения инструмента в рабочем пространстве необходимо определить максимальное значение отклонения интерполирующих координат X и Y от заданного положения, так как указанные координаты являются образующими траектории перемещения рабочего инструмента.

В процессе осцилляции шпиндельной бабкой реальная динамическая погрешность положения интерполирующих координат X и Y имеет зависимость от линейной скорости перемещения шпиндельной бабки , а также от ускорения сервопривода подачи координаты Z и в целом носит случайный характер.

Получение достоверного значения максимального отклонения интерполирующих координат, особенно при малых значениях и , обеспечивает метод, основанный на статистическом распределении случайной величины.

Обозначив максимальное отклонение интерполирующей координаты X как , а максимальное отклонение интерполирующей координаты Y - как , представим указанные величины в виде функциональной зависимости от ускорения для различных значений линейных скоростей . Вид полученных графиков показан на рис. 2 а и на 2 б.

Полученные графики обладают высокой наглядностью и позволяют легко определить режимы работы сервопривода подачи интерполирующей координаты Z для режима осцилляции с целью обеспечения заявленной точности.

В процессе работы МСИ имеют место значительные соударения деталей U-образного захвата руки с оправкой инструмента, а также конуса оправки инструмента с конусом Морзе шпинделя, что приводит к появлению значительных динамических возмущений (рис. 3 а).

Р и с. 2 а. Зависимость максимального отклонения интерполирующей координаты X от ускорения интерполирующей координаты Z

Р и с. 2 б. Зависимость максимального отклонения интерполирующей координаты Y от ускорения интерполирующей координаты Z

Р и с. 3 а. Осциллограмма отклонения интерполирующей координаты Z от заданного положения в момент посадки инструмента. Применён классический электропривод механизма смены инструмента

Р и с. 3 б. Осциллограмма отклонения интерполирующей координаты Z от заданного положения в момент посадки инструмента. Применён автоматизированный электропривод механизма смены инструмента

Р и с. 4. Циклограмма работы МСИ

На рис. 4 представлена циклограмма работы МСИ, которая показывает изменение скорости вращения вала электродвигателя МСИ в функции времени t. На циклограмме момент времени t1 соответствует технологическому этапу захвата инструментов, t2 - выема инструментов, t3 - посадки инструментов, t4 - схода руки с инструментов.

Значительного снижения возмущающих колебаний от МСИ можно достичь, применив диаграмму разгона/торможения электродвигателя МСИ, показанную на рис. 4 пунктиром. Диаграмма формировалась из условия обеспечения заявленной точности положения инструмента в рабочем пространстве станка, а также минимизации времени технологической операции автоматической смены инструмента.

Указанный способ реализуется специально разработанной автоматизированной системой управления механизмом смены инструмента (АСУ МСИ), структурная схема которой показана на рис. 5. На рисунке введены следующие обозначения: ББД - блок бесконтактных индуктивных датчиков, формирующий информацию о положении руки; ЧП - частотный преобразователь; АД - асинхронный электродвигатель МСИ; МСИ - механизм смены инструмента; УЧПУ - устройство числового программного управления станком.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Р и с. 5. Структурная схема системы управления механизмом смены инструмента

Эффективность АСУ МСИ может быть проиллюстрирована осциллограммой отклонения интерполирующей координаты Z (шпиндельной бабки) от заданного положения в момент времени t3, соответствующий посадке инструмента (см. рис. 3 б).

Разработанный на базе проведённых исследований и реализованный на обрабатывающем центре 2440СМФ4 аппаратно-программный комплекс позволил выбрать диаграммы разгона и торможения по осям X, Y, Z, которые обеспечивают шероховатость не хуже 0,32 мкм; снизить уровень шумов при автоматической смене инструмента; повысить срок эксплуатации станка по точности на 10%. одностоечный станок обрабатывающий инструмент

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Мировое станкостроение 2007 // ИТО. - 2008. - №3. - С. 35.

2. Галицков С.Я. Динамика электромеханических исполнительных систем прецизионных станков и роботов. - Куйбышев: КПтИ, 1989. - 108 с.

Размещено на Allbest.ru