CC BY
11Иллюстрация работы программы привязки системы координат координатно-измерительной машины с помощью средств объектно-визуального моделирования
Царегородцев Евгений Леонидович
кандидат технических наук, доцент, кафедра «Технологические машины и оборудование», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», филиал в г. Смоленске, evgencar@rambler.ru
Бахман Владимир Андреевич бакалавр, кафедра «Технологические машины и оборудование», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», филиал в г. Смоленске, evgencar@rambler.ru
Королева Анастасия Николаевна бакалавр, кафедра «Технологические машины и оборудование», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», филиал в г. Смоленске, evgencar@rambler.ru
Смоляков Артем Алексеевич магистрант, кафедра «Технологические машины и оборудование», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», филиал в г. Смоленске, evgencar@rambler.ru
Кузнецов Илья Сергеевич магистрант, кафедра «Технологические машины и оборудование», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», филиал в г. Смоленске, evgencar@rambler.ru
Во введении описан предмет моделирования - программа привязки детали к системе координат координатно-измерительной машины. Указана важность и место программы в процессе работы машины. А также принцип работы и роль координатно-измери-тельной машины в оценке и контроле качества производства. Целью работы является разработка визуальной модели программы привязки детали координатно-измерительной машины с помощью среды объектно-визуального моделирования Scilab Xcos.
Основная часть содержит описание принципа действия чувствительного элемента машины (датчика), объяснение его работы с точки зрения теории автоматического регулирования. Подробно рассматриваются результаты моделирования. Описывается принцип работы модели, роль ее отдельных элементов. В заключении представлены основные выводы по проделанной работе.
Ключевые слова: координатно-измерительная машина, программа привязки, модель, объектно-визуальное моделирование, датчик, щуп, система автоматического регулирования.
Введение. Координатно-измерительная машина (КИМ) - устройство для измерения геометрических размеров объекта (рисунок 1). Машина имеет два вида работы: режим ручного управления оператором и режим автоматизированного числового программного управления (режим ЧПУ). Измерения проводятся посредством датчика (зонда, щупа), укрепленного на подвижной части машины и являющегося ее главным исполнительным механизмом [1].
Принцип работы такой машины заключается в запоминании координат, как минимум, двух точек (линий, поверхностей) размера, необходимого для нахождения. После чего строится размерная линия (определяется расстояние) между этими точками по одной или нескольким осям системы координат, определяется допустимая погрешность размера (допуск на размер, согласно чертежу) и формируется отчет об измерении КИМ.
х
X
о
го А с.
Рисунок 1 - Координатно-измерительная машина
Снятие геометрических размеров является основным, но не единственным предназначением ко-ординатно-измерительной машины. КИМ позволяет измерять плоскостность, круглость, цилин-дричность, параллельность и пердпендикуляр-ность, а также проводить сканирование фактического контура поверхности и выводить информацию о соответствии этого контура номинальному контуру электронной модели.
Для корректного проведения всех возможных операций КИМ измеряемый объект необходимо
х го т
о
м о м м
см см о см
о ш т
X
<
т О X X
зафиксировать неподвижно (забазировать) и привязать к системе координат машины.
База - поверхность или заменяющее ее сочетания поверхностей, ось, точка, принадлежащая детали и предназначенная для определения положения детали в пространстве относительно выбранной системы отсчета. Процесс придания изделию или детали требуемого положения в пространстве называется базированием. Процесс определения положения детали в пространстве называется привязкой локальной системы координат детали к глобальной системе координат машины.
Процесс привязки детали в ЧПУ-машинах, в том числе в КИМ, реализован запрограммированным алгоритмом действий машины и оператора -программой привязки, которая основана на правиле шести точек.
Как известно, абсолютно твердое тело имеет 6 степеней свободы относительно выбранной системы координат: 3 - поступательные и 3 - вращательные. Т. е. положение тела относительно системы отсчета можно определить, используя шесть независимых координат, каждая из которых определяет связь и лишает тела одной степени свободы [2].
Правило шести точек: для определения положения тела детали необходимо и достаточно лишить ее шести степеней свободы, то есть задать координаты шести опорных точек.
Примечание: при нарушении правила шести точек появляется неопределенность привязки, что может привести к ошибкам и столкновению измерительной машины с деталью.
Целью данной работы является разработка визуальной модели программы привязки детали ко-ординатно-измерительной машины с помощью среды объектно-визуального моделирования Scilab Xcos.
Scilab - пакет прикладных математических программ, представляющий открытое окружение для инженерных технических и научных расчетов.
Xcos (Scicos) - инструмент для редактирования блочных диаграмм и симуляции (аналогичен Simulink в пакете МА^АВ) [3].
Основная часть.
В основе программы привязки детали на КИМ лежит теория автоматического управления (ТАУ) и структурная схема системы автоматического регулирования (САР) (рисунок 2).
На рисунке 2: З - сигнал задания (в данном случае значение координаты одной из шести точек привязки), Р - регулятор (преобразователь заданного сигнала в форму необходимую ИМ), ИМ - исполнительный механизм, РО - рабочий орган (головка КИМ), О - объект регулирования (деталь, координата касания которой, является сигналом задания З), Д - датчик, тактильный датчик КИМ.
...
гИ
-ДЦМ
...
. &
хн
,_и51=
-Л". ■ -
^т!
■ •
_ '".Г /V
[трЦчь-
Рисунок 3 - Объектно-визуальная модель программы привязки деталей в координатно-измерительных машинах и станках с ЧПУ
Рабочая модель (рисунок 3) представляет собой 6 аналогичных между собой блоков регулирования заданной координаты (на рисунке 4 показан 1 из таких блоков).
Рисунок 4 - Объектно-визуальная модель блока регулирования заданной координаты
Элемент 1 является сигналом задания, в реальной машине может изменяться оператором или воспроизводится из памяти машины (Режим ЧПУ). Элемент 2 - регулятор/преобразователь сигнала.
3 - элемент исполнительного механизма. Элемент
4 выводит значение фактической координаты с учетом погрешностей измерения и преобразования сигнала задания. Элемент 5 демонстрирует разницу между входным и выходным сигналом, а элемент 6 осуществляет проверку, входит ли полученное значение разницы в указанный заранее диапазон (в данном случае диапазон составляет ±
Рисунок 2 - Структурная схема САР
3 мм). Попадание в диапазон погрешности измерения сигнализируется в элементе 7 (1 - попадание, 0 - не попадание). Логическая операция «И», элемент 8 (рисунок 5), осуществляет логическое умножение двоичных сигналов всех 6 блоков и сигнализирует об успешности программы привязки (1), т.е. о соответствии заданных координат фактическим, или о некорректности привязки (0).
В
AN
ш
L
-IL
п
Рисунок 5 - Блок конъюнкции двоичных сигналов отдельных блоков регулирования
Заключение. Данная модель создана с целью иллюстрации и упрощения объяснения работы реальной программы средствами объектно-визуального моделирования. Она может являться как визуальным приложением к программе, так и самостоятельным наглядным пособием и примером работы системы автоматического регулирования на практике. Важно отметить, что представленные в модели параметры искажения исходного сигнала, разброса значений и поля допуска программы привязки являются контрольным примером для лучшего понимания процесса работы модели. В действительности эти параметры находятся в пределах сотых долей миллиметра. Программный пакет Бо^Ь Х^б позволяет настроить данную модель под реальную машину путем редактирования указанных выше параметров в отдельных элементах модели.
Литература
1. Митутойо [электронный ре-cypc]//URL:https://www.mitutoyo.ru (дата обращения 18.09.21).
2. Работа на координатно-измерительной машине в среде MCOSMOS. Рабочая тетрадь - ООО "Митутойо РУС", 2008.-97 с.
3. URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/Scilab/ (дата обращения 18.09.21).
Illustration of the work of the program for fixing the coordinate system of the coordinate measuring machine using the means of object-visual modeling
TSaregordtsev E.L., Smolyakov A.A., Bachman V.A., Koroleva A.N., Kuznetsov I.S.
National Research University "MPEI"
JEL classification: C10, C50, C60, C61, C80, C87, C90_
The introduction describes the subject of modeling - the program for binding the part to the coordinate system of the coordinate measuring machine. The importance and place of the program during the operation of the machine are indicated. As well as the principle of operation and the role of the coordinate measuring machine in the assessment and control of production quality.
The aim of the work is to develop a visual model of the program for binding a part of a coordinate measuring machine using the Scilab Xcos object-visual modeling environment. The main part contains a description of the principle of operation of the sensitive element of the machine (sensor), an explanation of its operation from the point of view of the theory of automatic control. The simulation results are discussed in detail. The principle of operation of
the model, the role of its individual elements are described. In the conclusion, the main conclusions of the work done are presented. Keywords/ coordinate measuring machine, binding program, model, object-
visual modeling, sensor, probe, automatic control system. References
1. Mitutoyo [electronic resource] //URL:https://www.mitutoyo.ru/ru_ru/products/coordinate-measuring-machines/ (date of treatment 09/18/21).
2. Work on a coordinate measuring machine in the MCOSMOS environment.
Workbook - LLC "Mitutoyo RUS", 2008. - 97 p.
3. Wikipedia [electronic resource] //URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/Scilab/
(date of treatment 09/18/21).
X X О го А С.
X
го m
о
м о м м
