Укр
Укр
УДК 621.914
Симинчук Илья Сергеевич
студент кафедры «Технологии машиностроения»
Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
(Киев, Украина)
Кореньков Владимир Николаевич
кандидат технических наук, доцент
Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
(Киев, Украина)
ДИНАМИЧЕСКАЯ ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ
ИЗДЕЛИЙ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
Аннотация: повышение производительности и понижение издержек являются главными целями современных производственных компаний. Для повышения показателей: время обработки, качество поверхности и точность заготовки, органы управления станком должны быть оптимизированы для эффективной работы фрезерного станка и производственного процесса.
Под концепцией динамической точности описывает группу функций для элементов управления, значительно улучшающих точность управления станками даже при высоких подачах и при сложных контурах обработки. Динамическая точность определяется ускорением оси подачи, необходимым для точного перемещения между заготовкой и инструментом.
Ключевые слова: динамическая точность, точность обработки, обработка поверхности.
За счет значительного снижения погрешности при работе инструмента при выполнении программ ЧПУ система «Dynamic Precision» вносит весомый вклад в повышение производительности станков [1, с.2]
Воздействие ошибок в кинематике реальной машины описывается кинематической моделью в управлении в виде кинематических или статических погрешностей. На практике на точность кинематики машины оказывают влияние следующие факторы.
Термические погрешности станков могут проявляться на заготовке за период от нескольких минут до нескольких часов. Динамические ошибки станка включают в себя отклонения или вибрации в центре инструмента. [2, с.20]
Динамические ошибки обычно увеличиваются при увеличении скорости выполнения программы ЧПУ. Более точные контуры нужно обрабатывать за более длительное время обработки.
Особенно это касается обработки поверхностей свободной формы с максимально возможным качеством поверхности вместе с высокой точностью. Оси должны ускоряться или замедляться с каждым изменением направления. Мерой продолжительности смены ускорения является рывок. Сильный рывок также может вызвать вибрацию машины и привести к неточности и ошибкам на поверхности заготовки. Чтобы отклонения от динамической ошибки были как можно меньше, ход должен быть медленным.
При 5-осевой обработке линейные оси подвергаются высоко динамическим движениям (высокая подача, высокое ускорение). Это снова может привести к большим отклонениям из-за вибраций или других динамических ошибок.
Поскольку динамическая точность машины может изменяться с возрастом, и в зависимости от нагрузки могут возникать дополнительные отклонения. Эти эффекты проявляются преимущественно на фазах ускорения (рис. 1.1).
Концепция динамической точности включала дополнительные функции для элементов управления, эффективно уменьшающих динамические ошибки станков.
Преимущества динамической точности для конечного пользователя больше не нужно медленно обрабатывать, чтобы производить точные заготовки с высоким качеством поверхности. Станки, работающие с технологией динамической точности, могут обрабатывать быстро и точно [3, с. 4]
Функции Dynamic Precision доступны в качестве опции для элементов управления. Их можно применять отдельно, а также в сочетании [1, с.4]
Ниже приведено подробное описание этих функций.
Dynamic Precision (Динамическая точность) - функции Dynamic Precision адаптируются к высокой тактовой частоте в блоке контроллера – компоненте органа управления – к перемещениям и нагрузкам станка.
CTC – Компенсация зависимых от ускорения ошибок
положения центральной точки инструмента
Процессы динамического ускорения вызывают силы, способные кратковременно деформировать детали машины. Это может привести к отклонениям в центральной точке инструмента (TCP). Кроме деформации в направлении оси, динамическое ускорение оси вследствие механического сцепления также может вызвать деформацию осей, перпендикулярных направлению ускорения (рис. 1.3).
Полученные погрешности положения по ускоренной оси и перпендикулярным осям пропорциональны ускорению подвижных осей подачи.
Это проиллюстрировано, когда квадрат под шпилькой обработан. Поскольку длина его стороны точно равна диаметру шпильки, квадрат и круглая шпилька в идеале образуют соприкасающуюся (Рис. 1.4). Однако, поскольку шпилька слишком велика из-за эластичности, часть шпильки фрезеруется во время механической обработки квадрата под ней. На окружности появляется плоская область (рис. 1.5). [1, с. 5]
Этот эффект упругости проиллюстрирован на рисунке 1.4. Отклонения, вызванные ускорением, известные из измерений, прилагаются к фактическому движению.
На рисунке 1.5 показана ошибка без увеличения. Это отчетливо иллюстрирует, что эластичность вызывает увеличение радиуса в направлении X, что приводит к получению плоского участка на цепи, когда поверхность под ним фрезеруется.
Рис. 1.6: Точность кругового движения.
Отклонение от номинального контура показано увеличенным в 500 раз
При фрезеровании карманов деформации осей, перпендикулярных направлению движения, вызванные ускорением, могут вызвать дефекты поверхности (Рис. 1.7). Процесс ускорения приводит к движению утки. Резец на короткое время вдавливается в материал. CTC устраняет это неисправное движение (рис. 1.8).
Компенсация через CTC
Функция CTC (Компенсация перекрестных разговоров) предлагает вариант управления для компенсации ошибки положения, вызванной ускорением, в центральной точке инструмента. Это дает возможность производить более точные детали без механического изменения машины или увеличения время обработки.
С помощью CTC оказалось возможным уменьшить среднюю погрешность до 80%, измеренную сетевым кодером. Это дает возможность увеличить рывок (измерение по продолжительности изменения ускорения), а значит, также значительно снизитьчас обробки. Збільшення ривка в 2 рази дозволило скоротити час контурної обробки до 15 %. Завдяки CTC середня похибка, тим не менш, становила лише 50 % від досягнутої без CTС.
AVD - Активное гашение вибрации
Наклонные или изогнутые поверхности часто имеют проблемы с обработкой в виде видимых теней или колебаний контраста. Тени можно отнести к принципиально разным причинам:
Эта техническая информация описывает погрешности поверхности, вызванные механическими вибрациями.
Периодическое затенение обычно вызывается под низкочастотными вибрациями до 100 Гц. Существует две частые причины проблем с качеством поверхности:
Например, упругие деформации шарикового винта или упругость приводного ремня могут вызвать вибрацию в трансмиссии между приводной стороной (двигателем) и стороной трения (полозами).
Вибрации от настроек машины неизбежны. Вибрации установки машины обычно находятся в диапазоне частот от 10 Гц до 30 Гц (Рис. 1.9).
Вибрации могут быть вызваны процессами ускорения в машине или перекрестным сцеплением через пол, зацеплением резца, а также пульсацией крутящего момента в двигателе.
AVD делает быстрые и без вибраций фрезерные операции. За счет подавления возмущений, возникающих в результате процессов ускорения, можно добиться больших рывков и, следовательно, большего ускорения. Это сокращает время обработки без ухудшения качества заготовочной поверхности.
В этом примере два квадрата расположены под разными углами друг к другу. Процессы ускорения в углах возбуждают колебания по осям X и Y. Компоненты вибрации, перпендикулярные поверхности заготовки, видны в затенении (Рис. 10). С помощью AVD удалось почти исключить амплитуду вибрации (рис. 11).
PAC – позиционно-зависимая адаптация параметров управления
В зависимости от положений осей в рабочем пространстве, кинематические условия машины оказывают ей изменяющуюся динамическую реакцию, что может отрицательно повлиять на стабильность или качество сервоуправления.
Опция PAC (Адаптивное управление позицией) может изменять параметры машины в зависимости от положений оси и таким образом лучше использовать динамические возможности машины.
Контроль можно оптимально адаптировать к машине с помощью настроек фильтра, зависящих от положения и коэффициентов управления, чтобы достичь наилучших результатов в любом месте рабочего пространства.
Чем выше установлены коэффициенты управления, тем лучше подавление помех (например, ошибка передачи шестерни, пульсация крутящего момента в двигателе) и тем меньше становится следующая ошибка. [1, с.6]
LAC – В зависимости от нагрузки адаптация параметров управления
Динамическая реакция станков с подвижными столами может изменяться в зависимости от массы (линейная ось) или момента инерции массы (ось вращения) неподвижной заготовки. Значения прямого управления трением и ускорением оси применяются только для массы или момента инерции массы, которые существовали во время процесса регулирования. .
Опция LAC (Load Adaptive Control) позволяет системе управления автоматически определять текущую массу с линейными осями и момент инерции массы с вращающимися осями, а также силы трения. Чтобы оптимизировать измененное поведение управления при различных нагрузках, адаптивные средства управления прямой связью могут использовать данные об ускорении, удерживающем моменте, статическом трении и трении при высоких скоростях вала.
Старение компонентов машины, таких как направляющие или шариковые винты, может значительно изменить силы трения в течение срока службы станка. Оптимальная настройка прямой связи для машины в транспортном состоянии больше не применяется через несколько лет. Опция LAC гарантирует, что ось будет оптимально настроена.
MAC в зависимости от движения адаптация параметров управления
Изменения поведения машины зависят не только от положения осей в рабочем пространстве, но и их скорости. Помимо прочего, это также можно отнести к воздействию скорости на трение в направляющих. Измененные условия трения могут повлиять на вибрационное поведение станка. Оптимальные настройки контроллера, обычно выполняемые для остановки, могут привести к сильной вибрации при быстром ходу. [1, с.7]
Кроме того, MAC позволяет легко изменять предварительное натяжение подшипников ручного привода с двумя независимыми подающими двигателями в зависимости от скорости (Рис. 1.12).
Рис. 1.12
С помощью Dynamic Precision, включив параметры CTC и AVD, эти ошибки компенсируются (зеленая линия на Рис. 13). Деталь обрабатывается с одинаковой скоростью подачи с гораздо более точным контуром.
На рисунке сравнивается исходное состояние (красная линия: без Dynamic Precision при 100% рывке) с обработкой из Dynamic Precision при рывке 200% (Рис. 14, зеленая линия).
Выводы:
Элементы управления TNC охватывают весь спектр применений: от простого, компактного трехосного управления прямой резки до 18 осей плюс шпиндель — есть управление TNC почти для каждого применения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
HAIDENHAIN “Dynamic Precision – Machining Dynamically and with High Accuracy” – 2013.
Бойко И.А. Повышение динамического качества высокоскоростных многоцелевых станков. - Рукопись. -2018
HAIDENHAIN “Machining accuracy of machine tools”-2011
Siminchuk Illia Sergeevich
Student of the Department of Mechanical Engineering Technologies
National Technical University of Ukraine
Igor Sikorsky Kiev Polytechnic Institute
(Kiev, Ukraine)
Korenkov Vladimir Nikolaevich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
National Technical University of Ukraine
Igor Sikorsky Kiev Polytechnic Institute
(Kiev, Ukraine)
DYNAMIC PRECISION OF PROCESSING PRODUCTS
ON METAL-CUTTING MACHINES
Abstract: increasing productivity and lowering costs are the main goals of modern manufacturing companies. To improve performance: machining time, surface quality and workpiece accuracy, machine controls must be optimized for efficient milling and manufacturing.
Under the concept, dynamic precision describes a group of functions for control elements that significantly improve the precision of machine control even at high feed rates and with complex machining contours. Dynamic accuracy is determined by the acceleration of the feed axis required to move accurately between the workpiece and the tool.
Keywords: dynamic precision, processing precision, surface treatment.