CC BY
201
УДК 621.9-05-^21.7-187
ПРИМЕНЕНИЕ КОНТРОЛ ЬНС-ИЗМЕРИТЕЛэНЫ X СИСТЕМ НА СТАНКАХ С ЧПУ
А. Г Ко.тьцсв. С. В. ВахмянЕна. И. М. Ч\маченкс Омский государственный технический университ&п, г Омск, Россия
Аннотация - В статье рассматривается применение контрольно-измерительных систем станков с ЧПУ в технологических операциях обработки детален. Рассмотрены вопросы жспресс-дпагностпкп геометрической точности станков с ЧПУ лля обеспечения гарантированной точности измерении. Рассмотрены характеристики измерительные систем нетутит мпрокмт производителей. Дани rmroiki п практические рекомендации по применению данных систем в производстве.
Ключевые аоса: контрольно-измерительные системы, станкп с ЧПУ. точность обработки.
I. Введение
Одой нз главных задач, которую ставит перед собой любое предприятие для обеспечения лидирующих по-чштнй на рынке, является увеличение ттротнолителкноети r том числе гя счет сокраптени! нсттомогателкнг>го времени, а значит, уменьшение себестоимости при сохранении высокого качества изготавливаемых изделий. Для этого требуется не просто модернизация производственных мощностей с применением высокопроизводительных станков с ЧПУ. но и аптомтпгзащи: производственного цхпета. е toj.< числе п сампх стансов с ЧПУ [1].
На многих предприятиях уже сегодня используются пятикоердинатные фрезерные станки с ЧПУ и токарно-фрезерные обрабатывающие центра, программирование обработки на которых ведется с помощью современных CAD/CAM систем. В связи с постоянно ужесточающимися допусками изготавливаемых деталей остро истает Ronpoc о контроле точности обработки непогрелстненно на гганке с 4TTV r аитоматнческом режиме по программе [2].
Развитие технологии автоматизированного контроля непосредственно на станке за последнее время значительно продвинулось Блеред. В настоящее время практически каждый пошла станок прп поставке комплектует ся измерительным щупом, способным проводить операции автоматического бззирования н контроля. Данные операции задаются заранее программистом, и поэтому не требуют действий по измерению от оператора станка, а тэлько облегчают и ускоряют его работу, исключая возможные ошибки.
R настоящее время тшрокое применение нашли контактные измерительные гистемыг диух мироимх лидерои производства - RENISHAW (Великобритания) [3] и HEIDENHAIN (Германия), их характеристики рассмотрены в табл. 1.
П. Теория
Применение средств автоматизированного контроля на гганке с ЧПУ позволяет производить нижеперечисленные онерацаи.
Контро.тт, точности координатных осей пятнкоердинатното станка [4] с помощыо программного зкгттресс-контро.ля позволяет проводить оценку характеристик точности станка зз малый лромежуток времени. 'Эту работу нужно проводить перед изготовлением деталей высокой точности, что позволит руководству предприятия прнпять решение о возможности обработки на данном стайке, а также видеть характер шмепеиня тстпостп станка и вовремя исключить появление брака, связанное с изменением его точности. Данный контроль можно произвэдить с помощью программы NC'-Checker фирмы Delcam [5], которая позволяет при помощи измерительных систем выполнять на станке с ЧПУ серию измерений эталонной сферы фис. 2). и тем самым убедиться в необходимой точности осей станка лля изготовления партии деталей.
Выполнение проверки станка на точность выполняется для упрощения процесса калибровки координатных осей NC-Caecker и предлагает наладчику станка пешагэво выполнить необходимый алгоритм действий Алго-ритмы проверки рассчитаны на калибровку трех и шшкэордшттных станков с ЧПУ. Система NC Checker анализирует введенные наладчиком станка значения и на их основе выполняет заключение. соответствуют ли характеристики точности станка требуемым значениям. Для тего чтобы гарантировать достоверность измерений и убедиться в повторяемости результатов, тестовую последовательность измерений повторяют необходимое количество раз.
Прежде чем выполнять проверку точности пятикоординатного станка, необходимо провести тест воспроизведение «3+2» обработки и убедиться в правильности позиционирования поворотного стэла станка относительно осей шпиндельной голоикн. Для этого выполняют сершо измерений эталонной сферы d нескольких по
ложениях поворотного стола (позиционные измерения). Система МС-СЬескег выдает результат проверки в виде границ прямоугсльногс параллелепипеда, который охватывает внутри себя ьсе вычисленные центры измеренной сферы.
ТАБЛИЦА 1
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
НЕГОЕША1М RENISHAW
• Оптический сенсор (светодиоц, линза и дно-ференцнальныи фотоэлемент) • Прецизионный датчик давления (текзометрн-ческий датчик) • 1 мкм 2о повторяемость (при измерении в 3-х плоскостях ХД,2) • Долговечность работы за счет бесконтактного принципа измерения. • Промышленный класс надежности, жесткий корпус к устойчивость к вибрациям и незначительным ударам. • 1 мкм 7а повторяемость (при ^Г) измерениях в диапазоне более 360 град.) • Ксмпактные размеры датчика • Промышленный класс надежности, жесткий корпус и устойчивость к вибрациям и незначительным ударам. • Кинематический датчик сопротивления • Патентованная технология RENGAGE-високоточный тензометр нчеекнй датчик • 1 мкм 2о повторяемость (при измерении в 3-х плоскостях XT,Z) • Компактные размеры датчика • Промьшпенный класс надежности, жесткий корпус н устойчивость к вибрациям и незначительным ударам. • Лучший показатель псвтирлсмосш a uipaurn -0.25 мкм 2о • Субмикронный диапазон точности измерений при 2D и 3D измерениях. • Жесткая структура н устойчивость е незначительным ударам, за счет структуры на сферических опорах. • Активная функция фильтрации ложных сигналов. • Быстрая ориентация датчика при мпогокоердн натных измерениях. • Возможио использование длинных измерительных стрежней
Рис. 1. Визуализация программы измерения на станке Рис. 2. Измерение эталонной сферы
с помощью NC-Checker
Измерение тсчноста поворотных осей пятнкоординатного станка позволяет выявить точность н повторяемость позиционирования поворотного стола. Кроме тощ определяется взаимная ориентация поЕоротных осей станка, а также нх отклонение от заданного направления. Здесь выявляется степень биения поворотного стола при вращении. Измерение точности поворотных осей станка должно быть выполнено во зремя иусконаладоч-ных работ еще до начата других калибровок. Прохождение данного теста в пределах допустимых производителем отклонений гарантирует корректность работы поворстного стола пятнкоординатного станка.
Д.и проверки гсомприческей luitotJM станка рскимсыдусхсх использовать сжлсму экснресс-диашисшли параметров стапка Ballbar QC 20W [б] (рпс. 3). измерения с помощью дзгаюп системы прогодятся d соотиет ствнн со стандартом ISO 230-4:2005. Комплексную проверку станка на геометрическую точность можно провести системой LaserTRACER (рис. 4. 5) совместно с программным обеспечением TRAC-CHECK фирмы ETALON [7] или интерферометр кческой системой XL-80 фирмы RENISHAW в соответствии со стандартами ISO 230-2, ISO 250-4 и ISO 230-6.
Рис. 3. Система QC-20 Рис. 4. Установка системы LaseiTRACER на станке
Рнс. 5. Снст:ма ЬазсгТЯАСЕК: 1- сфсра. 2 - гомсртгсльныйлуч, 3 - центральная ось
Базирование заготовки сложной формы к большинстве случаев не имее- точных установочных баз и их установка на станке занимает значительное время При обработке изделии требующих непрерывной пяппоор-динатной обработки вспомогательное время, необходимое для базирования может достигать времени обработки. Этс позволяет во многих случаях исключить проектирование н изготовление специальной оснастки для базирования заготовки.
Использование измерительных датчиков, дает следующие преимущества: сокращение простоя станка, автоматизацию крепления заготовки, ее выравнивания по отношению к осям гтанка и корректировки углозого положения довэротней осн. Также это позволяет добиться отсутствия ошибок, связанных с неточными действиями оператора, а это. в свою очередь, приводит к снижению объема брака и повышению производительности.
Автоматизированный межоперацнонный контрэль [81, например, перед чистовой обработкой позволяет оценить оставшийся припуск на чистовую обработку к в автоматическом режиме произвести коорекцию необходимых размеров. Данная операция является достаточно сложной, гак как необходимо обеспечить взаимосвязь программного обеспечения для составления управляющих программ и программного обеспечения анализа точности изготовление й детали, а также самого станка : ЧЛУ.
Контроль по окончании технологической операции, позволяющий выявить несоответствие детали размерам чертежа еще до снятия ее со станка. Прн выявлении ошибок они быстро устраняются без потерь точностен, связанных с погрешностью базирования. Уменьшаются затраты, связанные с измерениями на коордннатно-нзмернгельных машинах (КИМ), а так же транспортировкой изделия после КИМ обратно на станок. Это: в первую очередь, актуально для крупногабаритных деталей и деталей высокой точности обработки.
Контроль параметров металлорежущего инструмента:
- производится контроль параметров износа инструмента;
- определение положения инструмента;
- выявляется поломка н'илн выкрашивания режущей кромки.
Ш_ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Измерение детали в процессе ее изготовления, сопровождаемое вводом необходимой коррекции, позволяет выявить многие ошибки
Увеличение надежности полностью автоматизированной обработки детален, не требующее вмешательства обслуживающего персонала.
Проверка размеров обработанной детали при переходе на новую деталь с последующим автоматическим вводом коррекции.
Уменьшение времени простоя станка, связанного с ожиданием результатов проверки размеров первой детали. Например, первая деталь аттестуется не службой контроля, а с помощьюкоитрольно-нзмерительнон системы станка с ЧПУ. Прн этом продолжительность времени на замеры сокращаются нз-за того, что не требуется снимать деталь и тратить время на измерения на КИМ вне станка, затраты на изготовление детали сокращаются на 30-40%.
Нужно отметшъ. чло станок с ЧПУ не является специализированным оборудованием для выдачи окончательного заключения о годности детали. Контроль непосредственно на станке позволяет удостовериться в точности детали до снятия ее со станка. В случае если рассогласование размеров обнаруживается на КИМ то это позволяет говорить о необоснованности применения данного оборудования для обработки изделий данной точности нлн вывода оборудования в ремонт.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каменев. С. В.. МтруснчК. В.Автоматизация контрольно-измерительных операций в машиностроении: учеб. пособие.Оренбург: Изд-во ОГУ. 2014. 102 с.
2. Кольцов А. Г., Петухов А. А.. Медведюк И. В. Методы автоматизированного обеспечения точности изготовления сложных деталей на станках с ЧПУ.в Динамика систем, механизмов и машин. 2012. № 2. С. 241-244.
3. Сайт компании Renishaiw. URL: http: hllp:wjraWpowerftil-easy^to-use-machine4оо1-ргоЬе-sofhvare-6078 (дата обращения: 10.05.2016).
4. Кольцов А Г.Доропов AB., Петухов А. А Проверка пятнкоордннатного фрезерного обрабатывающего центра на точность//ВестиикУГАТУ. 2012.1. 16. №4 (4?). С. 137-142.
5. Сайт компании DELCAM URL: http: hüptZ/www.delcanim'productsi^owerinspect/'po \veri шре et htm (дата обращения: 10.05.2016).
6. Кольцов А Г. Диагностика технического состояния металлорежущего оборудования И Омскни научный вестннк.2011.№ 3(100). С. 79-83.
7. Сайт компании ETALON. URL: http:hltp^/www.etalon-ag.de/ (дата обращения: 10.05.2016).
8. Кольцов А. Г.. Торопов AB., Петухов А А, Медведюк И. В.. Полынскнй А С. Программно-аппаратный комплекс экспресс диагностики станков на точность // Проблемы разработан, изготовления и эксплуатации ра-кетно - космической и авиационной техники: материалы 7-й Всерос. науч.-техн. конф.. посвященной памяти главного конструктора ПО «Полет» АС. Клннышкова. Омск: Изд-во ОмГТУ. 2012. С. 59-64.
