Контроль состояния инструмента на станке

 

Качество обработки деталей в ГПС в значительной степени определяется состоянием режущего инструмента. Поэтому в структуре системы автоматического контроля ГПС создается подсистема контроля состояния инструмента непосредственно на станке.

Каждому инструменту, используемому в ГПС, назначается гарантированный срок годности (стойкости), а система управления ГПС определяет фактически отработанное инструментом время. При выработке срока годности инструмент не допускается к дальнейшему использованию и заменяется новым инструментом.

Такая система контроля состояния инструмента в принципе обеспечивает работу качественным инструментом, однако у нее есть слабое место – ошибки при назначении срока годности (стойкости), который может колебаться в широких пределах в зависимости от качества изготовления инструмента (материала, термообработки, заточки и т.п.), нестабильности свойств обрабатываемого материала заготовки, переменности припуска, изменения условий охлаждения и т.п.

Аварийную ситуацию может создать также поломка инструмента, зачастую имеющая место при сверлении отверстий малых диаметров, нарезании резьбы метчиком и при выполнении некоторых других операций.

Поэтому наряду с системой учета времени работы инструмента в ГПС применяются различные методы прямого или косвенного контроля за состоянием инструмента.

Для обнаружения поломки инструмента широко применяются пневматические и электрические детекторы, работающие по принципу конечного выключателя (при отсутствии инструмента в шпинделе в период аттестации детектор выключает станок). Широкое распространение получили датчики касания, сенсорные (бесконтактные) датчики, устанавливаемые на столе станка. При их использовании инструмент, установленный в шпиндель, подводится по программе к датчику, что дает возможность определить его фактические размеры.

Для обнаружения поломок сверл диаметром 5 мм и метчиков М10 и более применяют устройство измерения выхода тока нагрузки двигателя шпинделя за верхний или нижний пределы. Верхний предел указывает на затупление инструмента, нижний – на поломку.

Для обнаружения износа и поломки инструмента применяют тензометрические устройства измерения силы на приводах подач и шпинделя.

Выходной контроль детали после обработки осуществляется на координатно-измерительных машинах.

 

 

Требования к деталям, обрабатываемым в ГПС

 

В целом требования к конструкции и к чертежам деталей, обрабатываемых в ГПС соответствуют аналогичным требованиям, предъявляемым при проектировании обработки деталей на станках с ЧПУ. В основу этих требований положены два принципа:

- обеспечение нормальных условий механической обработки резанием в автоматическом цикле;

- удобство программирования обработки.

Для деталей, обрабатываемых в ГПС, необходимо также обеспечить возможность автоматического выполнения загрузки, транспортирования и других вспомогательных переходов. Добавляется и ряд новых специфических требований.

Детали, обрабатываемые в ГПС, должны иметь:

- сходство материалов, конструктивно-геометрических параметров и технологических операций;

- явно выраженные базы и признаки ориентации.

Конструкция деталей должна обеспечивать возможность выполнения как можно большего числа переходов за одну установку. Для деталей, не имеющих конструктивных отверстий и элементов, которые могли бы служить базами, необходимо вводить технологические отверстия и жестко увязывать их с конструктивными элементами.

Следует четко отделять обрабатываемые поверхности от необрабатываемых, предусматривая выступы.

Класс точности обработки не должен превышать точность, обеспечиваемую станками с ЧПУ. Координаты всех элементов, в том числе отверстий следует задавать в прямоугольной системе. Размеры, определяющие взаимное расположение обрабатываемых поверхностей нужно задавать от базовой поверхности.

Нежелательны резьбовые отверстия менее М6. Недопустима обработка больших торцов отверстий с обратной стороны стенок детали. Сопряжения обрабатываемых поверхностей целесообразно выполнять с одинаковыми радиусами по всему контуру, причем как внутреннему, так и наружному.

Твердость заготовок должна колебаться в небольших пределах.

 

Обоснование необходимости управления процессом достижения требуемой точности в ГПС

 

В ГПС применяется большое число разнообразного взаимозаменяемого вспомогательного инструмента и взаимозаменяемой технологической оснастки: спутников, зажимных приспособлений, адаптеров. Несмотря на высокую точность изготовления, наличие большого количества оснастки приводит к образованию длинных и разветвленных размерных связей и, как следствие к большим погрешностям обработки. Суммарная величина этих погрешностей может достигать величины 0,08 – 0,1 мм, что в несколько раз превышает погрешность позиционирования рабочих органов станка, равную 0,01 – 0,03 мм и установленные на обработку допуски линейных и диаметральных размеров (0,03 – 0,05 мм).

В этих условиях необходимо производить подналадку оборудования по результатам выполнения первых проходов или обработки первых деталей. Это приводит к потере производительности и дополнительными затратам труда высококвалифицированного наладчика-оператора. Кроме того, теряется смысл организации ГПС, поскольку она в этом случае не позволяет обеспечивать требуемую точность обработки в автоматическом режиме.

Чтобы исключить постоянные подналадки можно предъявлять более жесткие требования к точности применяемой контрольно-измерительной и технологической оснастке, к режущему и вспомогательному инструменту. Но это значительно повышает затраты на их изготовление и эксплуатацию.

Таким образом, в ГПС необходимо автоматически управлять процессом достижения требуемой точности с помощью специальных систем.