ТехИнфо

Технологическая   информация

Контроль столкновение на станках с ЧПУ


Столкновения инструмента с заготовкой или элементами станка наносят существенный материальный ущерб. В результате таких столкновений может быть поврежден инструмент, стоимость которого может достигать нескольких тысяч долларов, а также узлы и элементы станка (например, шпиндель или револьверная головка) стоимостью до нескольких десятков тысяч долларов. Избежать столкновений полностью, к сожалению, невозможно, поскольку причины их возникновения не всегда возможно предусмотреть. Столкновения из-за ошибок в управляющих программах или из-за неправильного ввода коррекции на инструмент могут быть отслежены с помощью математического обеспечения подготовки и проверки управляющих программ. Однако такое матобеспечение достаточно дорого и пока не имеет очень широкого применения. Столкновения, вызванные сбоями системы ЧПУ, заранее предусмотреть просто невозможно.

Поскольку полностью избежать столкновения невозможно, необходимо стремиться к тому, чтобы свести ущерб от них к минимуму. Этой цели служат устройства контроля столкновений. Такие устройства могут быть механическими. В этом случае в конструкцию узлов станка включаются предохранительные элементы, рассчитанные на определенную разрушающую нагрузку. При столкновении нагрузка превышает заданный уровень, что приводит к деформации или разрушению этих устройств. Тем самым предотвращается разрушение более дорогих элементов станка. В качестве примера можно привести конструкцию шпиндельного узла обрабатывающих центров фирмы HERMLE с предохранительным устройством, исключающим повреждение самого шпинделя с подшипниками. Отмечено, что такие механические предохранительные устройства, как правило, не предотвращают повреждения режущего инструмента.

Для предотвращения всех последствий столкновений предназначены специализированные электронные устройства. Подобные устройства выпускаются целым рядом фирм.

Основной принцип действия подобных устройств достаточно прост. На станке устанавливаются высокочувствительные датчики, соединенные с электронным блоком. Эти датчики непрерывно контролируют усилия на исполнительных органах станка, возникающие при обработке. Измеренное усилие постоянно сравнивается электронным блоком с пороговым усилием, которое устанавливается оператором. При превышении порогового усилия электронный блок мгновенно (не более чем за 5 мсек) выдает сигнал на остановку станка. Пример увеличения усилия при столкновении и реакция на него прибора контроля показаны ниже.

График возрастания усилия при столкновении


Рис. 1. График возрастания усилия при столкновении

В первой зоне датчик фиксирует усилие, соответствующее нормальному ускоренному перемещению. Затем в точке 2 происходит столкновение инструмента с деталью и зона 3 отражает скачкообразное соответствующее увеличение усилия. В точке 4 начинается разрушение инструмента, в результате чего в точке 5 происходит останов шпинделя с перегрузкой главного привода и его последующим отключением в точке 6. Если на станке установлено устройство контроля столкновений, отключение станка происходит между точками 2 и 3, то есть до начала разрушения инструмента.

Количество датчиков определяется числом каналов прибора. При многоканальной работе датчики устанавливаются таким образом, чтобы фиксировать изменение усилий при любом их направлении. Применение многоканальных приборов повышает надежность работы, так как гарантирует сокращение времени отключения за счет более быстрой реакции одного из датчиков.

Для облегчения программирования устройства применяется метод обучения. Под контролем оператора производится один цикл обработки. Во время цикла на дисплее прибора отражаются текущие значения усилий от датчиков и, одновременно, индицируется максимальное (пиковое) значение усилия от каждого из датчиков. После окончания цикла устанавливаются граничные значения для каждого из каналов, разумно превышающие зафиксированные пиковые значения.

Для восприятия усилия могут быть использованы различные виды датчиков в зависимости от возможности их установки на станке.

В настоящее время применяются следующие типы датчиков: магнитоиндуктивные датчики, измеряющие микроперемещения узлов механической структуры станка; пьезоэлектрические датчики, контролирующие сдвигающие усилия на поверхности элементов механической структуры станка; вариодатчики, контролирующие сдвигающие усилия внутри элементов механической структуры; датчики виброаккустической эмиссии, традиционно много лет используемые для контроля процесса резания. Все датчики применяются с соответствующими усилителями, входящими в комплект поставки.

Одним из несомненных преимуществ подобных устройств является простота их встраивания в станок. Для стыковки устройства контроля столкновений со станком не требуется серьезных изменений в электроавтоматике станка. Такой подход позволяет без особых трудностей установить подобные устройства на любой реально установленный в производстве станок.