Управление точностью обработки сложных контуров на станках с числовым программным управлением

Язык труда и переводы:
УДК:
67.05
Дата публикации:
08 января 2023, 13:44
Категория:
Секция 19. Производство конструкций ракетно-космичeской техники
Аннотация:
Проанализирован процесс обработки деталей на металлорежущем оборудовании и динамическим ошибкам, возникающим при работе системы приводов. Разработана модель динамических процессов, происходящих при контурной обработке. Сделан вывод, что сформированный подход, основанный на методе пространства состояний, позволил обеспечить скорость получения параметров корректирующих сигналов в реальном масштабе времени. Определены значения корректирующих сигналов.
Ключевые слова:
металлорежущие станки, погрешность, ошибка перемещения, позиционирование инструмента
Основной текст труда

К изготовлению современных наукоемких и сложных изделий для космической отрасли на металлорежущем оборудовании предъявляются требования не только в части точности оборудования, но также и к производительности, поэтому для развития отрасли необходимы металлорежущие станки, сочетающие в себе высокую скорость обработки и высокую точность [1].

Высокоскоростная обработка осуществляется при высокой контурной скорости. При этом рассогласование работы линейных приводов подачи при двухкоординатной обработке проявляется в виде ошибок положения по каждой координате. Контурные ошибки, определяемые как отклонения от требуемой траектории перемещения инструмента, возникают в станках и других многоосевых динамических системах из-за ошибок отслеживания по отдельным осям. Основными причинами ошибок отслеживания оси являются:

  • динамическая реакция системы привода подачи на исходную траекторию;
  • возмущения, такие как силы трения и резания;
  • нелинейности, такие как люфт и насыщение в системе привода;
  • ошибки моделирования и несоответствие динамики оси.

Анализ возникновения ошибок показал, что с увеличением контурной скорости они увеличиваются и при определенных условиях могут приводить к существенному росту погрешности контурной обработки.

Ошибки по положению являются неотъемлемой составляющей работы следящей системы и обусловлены динамическими характеристиками линейных приводов станка [2]. Располагая данными о характеристиках приводов, величиной погрешности контурной обработки можно управлять при увеличении контурной скорости путем изменения соотношения ошибок по отдельным координатам [3]. Обеспечивая такое управление моно при обеспечении штатного режима функционирования системы ЧПУ регулировать величину погрешности в пределах заданного допуска, что существенно повысит производительность металлорежущего оборудования, в частности фрезерных станков [4].

Авторами разработан метод управления соотношениями величинами ошибок по отдельным координатам, позволяющий обеспечить траекторию движения инструмента в заданных пределах. Разработанная математическая модель учитывает динамические характеристики, ускорение и скорость линейных приводов фрезерного станка на каждом участке траектории.

Ошибка по положению проявляется в большей степени в местах, где ускорение не равно нулю, и разработанный алгоритм работы вспомогательной вычислительной системы подает корректирующие сигналы в систему управления в реальном масштабе времени с целью своевременной реакции системы для управления контурной ошибкой.

Экспериментальные исследования в лаборатории МГТУ им. Н.Э. Баумана продемонстрировали эффективность разработанной вспомогательной системы управления линейными приводами подач и возможность управления величиной контурной ошибки при различных контурных скоростях. Выработанный подход позволяет увеличить производительность оборудования при сохранении контурной точности на 20 %.

Литература
  1. Gabriel A.J. Positioning Accuracy Enhancement of the Ball Screw Feed-drive. Davis, University of California, 2001, 286 p.
  2. Gross H., Hamann J., Wiegärtner G. Electrical feed drives in automation: basics, computation, dimensioning. Publicis MCD Corporate Pub., 2001, 336 p.
  3. Xie Q. Modeling and Control of Linear Motor Feed Drives for Grinding Machines. Georgia Institute of Technology, 2008, 189 p.
  4. Adelman H.M., Haftka R.T. Sensitivity analysis of discrete structural systems. AIAA Journal, 2014, vol. 24 (5), pp. 823–832. DOI: https://doi.org/10.2514/3.48671
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.