Способ адаптивной механической обработки керамических изделий на специальных станках с ЧПУ
METHOD OF ADAPTIVE MACHINING OF CERAMIC ARTICLES ON SPECIAL MACHINES WITH CNC

Изобретение относится к керамической отрасли промышленности и преимущественно может быть использовано при механической обработке керамических изделий.
Известен способ адаптивной обработки криволинейных поверхностей деталей из керамических материалов на примере изготовления наружного контура антенного обтекателя летательного аппарата (диссертация и автореферат по ВАК 05.13.06, 05.02.07, кандидат технических наук Д.А. Королев, тема работы «Автоматизация технологического процесса механической обработки и контроля оболочек двойной кривизны из керамических материалов») на примере головного антенного обтекателя летательного аппарата и устройство его реализующее (патент РФ №2492990, МПК В24В 49/10, В24В 5/16 опубл. 20.09.2013).
В данном способе специализированная САМ-система, работающая на базе специализированного станка с ЧПУ, на основе требуемого контура детали, результатов измерения геометрических размеров абразивного инструмента формирует управляющую программу в виде перечня координат, по которым осуществляется перемещение обрабатывающего узла с заданной постоянной скоростью.
Недостатком известного способа является неравномерный съем материала по высоте изделия, который приводит к снижению точности и увеличению длительности обработки, за счет большего числа предварительных проходов.
Известно изобретение способ и устройство управления точностью обработки деталей (патент РФ №2379169, МПК B23Q 15/00, опубл. 20.01.2010), включающий определение значения силы резания по заданной формуле, сравнение полученного значения на компьютере с текущим значением силы резания, поступающим от силометрического датчика, корректировку подачи и скорости резания в нечетко заданном интервале на этапе проектирования управляющей программы.
Недостатком известного способа является его направленность на обработку деталей режущим инструментом. В случае обработки керамических деталей посредством шлифовки, требуется установка силометрического датчика на основание электрошпинделя, что не обеспечивает необходимой точности измерений, так как вибрация электрошпинделя приводит к значительным искажениям показаний датчика. Использование в составе станка сложного аналитического устройства, производящего обработку сигнала с целью устранения помех, не обеспечивает необходимого быстродействия.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ адаптивной обработки изделий на станках с ЧПУ (патент РФ №2528923, МПК B23Q 15/12, опубл. 20.09.2014), включающий установку заготовки на станке, измерение геометрических параметров, предназначенных к обработке, и базовых поверхностей заготовки, использование средств станка в виде контактного измерительного датчика, по результатам которых интегрированная программа (программная подсистема CAIT) обеспечивает распознавание конструкторско-технологических элементов (КТЭ) модели заготовки, на основе чего осуществляется установка параметров технологического процесса и производится обработка заготовки по управляющей программе.
Недостатком известного способа является узкая направленность на обработку изделий с известными и фиксированными в узком диапазоне параметрами плотности и обрабатываемости материала. В случае обработки изделий из керамики, характеризующихся высокой прочностью и хрупкостью, изменяющихся в широких пределах, в пределах одной заготовки требуется корректировка подачи инструмента непосредственно в процессе, либо задание минимально возможной скорости обработки. Отсутствие контроля за износом абразивного инструмента в процессе обработки, может привести к разрушению заготовки, в следствие давления инструмента без съема материала.
Техническим результатом изобретения является повышение скорости и качества обработки изделий из керамики, снижение затрат рабочего времени на контроль процесса обработки детали со стороны оператора и брака вызванным чрезмерным давлением инструмента на заготовку в процессе обработки.
Технический результат достигается тем, что предложен способ адаптивной механической обработки керамических изделий на специальных станках с ЧПУ, включающий установку заготовки на станке, измерение геометрических параметров и базовых поверхностей заготовки с использованием средств станка в виде измерительного датчика, отличающийся тем, что при обработке заготовки осуществляется корректировка скорости подачи суппорта станка, в зависимости от показаний датчика потребляемой мощности, находящегося в электрошпинделе обрабатывающего узла, выход показаний мощности за установленный диапазон прерывает обработку с выдачей аварийного сигнала оператору, операция подготовки управляющей программы для станка дополняется процедурой автоматического измерения номинальной мощности с датчика электрошпинделя на эталонном изделии (обучение) для каждого кадра управляющей программы.
Для реализации описываемого способа авторами был использован специальный станок под управлением ЧПУ с дополнительно установленным программным модулем адаптивной обработки и электрошпинделем.
В ходе апробации способа была проведена обработка участков керамической заготовки инструментами трех типов: алмазный круг диаметром 100 мм, алмазный круг диаметром 32 мм, зенкером и имитация столкновения инструмента с заготовкой.
Целевое значение поддерживаемой мощность определялось из расчета нагрузки на инструмент в процессе обработки с подачей 25 мм/мин.
По результатам сравнительных испытаний предлагаемого способа установлено следующее:
Измерение 1. Длительность обработки участка заготовки алмазным кругом диаметра 100 мм: обычным способом - 8 циклов по 30 минут при подаче 25 мм/мин, всего 240 минут; предлагаемым способом - подача от 20 до 45 мм/мин в зависимости от нагрузки на инструмент с длительностями циклов в 12, 17, 20, 24, 28, 30, 30, 30 минут, всего 191 минута, на 13% быстрее.
Измерение 2. Длительность обработки участка заготовки алмазным кругом диаметра 32 мм: обычным способом - 5 циклов по 16 минут при подаче 12 мм/мин, всего 80 минут, предлагаемым способом - подача от 10 до 16 мм/мин в зависимости от нагрузки на инструмент с длительностями циклов в 10, 12, 14, 16, 16 минут, всего 68 минут, на 15% быстрее.
Измерение 3. Длительность обработки участка заготовки зенкером: обычным способом - 6 циклов по 12 минут при подаче 8 мм/мин, всего 72 минуты, предлагаемым способом - подача от 6 до 12 мм/мин в зависимости от нагрузки на инструмент с длительностями циклов в 6, 8, 10, 12, 12, 12 минут, всего 60 минут, на 17% быстрее.
При моделировании столкновения заготовки и инструмента производится замедление и остановка перемещения инструмента, при достижении настраиваемого порогового значения нагрузки на шпиндель, исключая риск разрушения инструмента и изделия в процессе выполнения операции.
По итогам испытаний установлено, что применение предлагаемого способа адаптивного управления обеспечивает сокращение среднего времени обработки керамических деталей на 15%.