Точность обработки деталей на плоско-и торцешлифовальных станках Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

припуска, шероховатость и точность обрабатываемых деталей, а также физико-механическими свойствами обрабатываемого материала. Поэтому дальнейшим направлением исследования может быть установление зависимости уровня шума от технологических параметров обрабатываемой детали.

Выводы.

1. Инструментальные исследования показали, что уровень шума на рабочем месте оператора токарного станка изменяется от 89 дБА до 78 дБА.

2. Наиболее эффективным средством борьбы с шумом является уменьшение шума в источнике возникновения за счет изменения режимов работы токарного станка (подача, глубина резания, частота вращения заготовки).

3. Используя метод полного факторного эксперимента, можно предложить зависимость уровня шума на рабочем месте оператора токарного станка от режимов работы станка.

4. Используя метод градиентного спуска установлено, что минимальный уровень шума 70 дБА для рассматриваемого токарного станка наблюдается при следующих режимах работы: частота вращения п = = 270 об/мин, подача 8 = 0,14 мм/об, глубина резания 1 = 1,87 мм.

Библиографический список

1. ГОСТ 12.2.107-85 ССБТ. Шум. Станки металлорежущие. Допустимые шумовые характеристики. — М. : Изд-во стандартов, 2001. — 12 с.

2. Белов, С. В. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды / С. В. Белов. — М. : Юрайт, 2012. — 682 с.

3. Месхи, Б. Ч. Исследование вибраций резьбофрезерных станков как источников шумообразования / Б. Ч. Месхи // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. — 2003. — Приложение № 5. — С. 68 — 71.

4. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. — М. : Наука, 1976. — 280 с.

РЕВИНА Ирина Вячеславовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности».

ОЖЕРЕЛЬЕВ Вячеслав Борисович, студент группы ЗБП-615 специальности «Безопасность технологических процессов и производств».

Адрес для переписки: revlna_i@rambler.ru

Статья поступила в редакцию 22.11.2011 г.

© И. В. Ревина, В. Б. Ожерельев

УДК 621.92 : 62-242.3 П. ЦЫМБАЛЕНКО

Омский государственный технический университет

ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА ПЛОСКО-И ТОРЦЕШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ

Рассмотрены вопросы точности шлифования деталей на металлорежущем оборудовании при формообразовании одновременно обрабатываемых двух поверхностей. Определены погрешности, возникающие при управлении технологическим процессом шлифования поршневых колец. Разработана измерительная система, с помощью которой улучшены технико-экономические показатели — высокая точность измерения высоты колец и высокая степень автоматизации управления подналадкой станка.

Ключевые слова: точность, управление процессом шлифования, износ, подна-ладочный импульс.

Обеспечение точности и качества обработки торцевых поверхностей при шлифовании является одной из важнейших и трудных задач изготовления деталей типа дисковых фрез, поршневых, подшипниковых колец, ротора гидродвигателя и др. Задачу повышения точности колец необходимо решать комплексно, т.е. обеспечивать высокую точность не только при чистовом, но и при черновом шлифовании. Решение этих задач возможно при применении измерительных систем для управления технологическим процессом шлифования сразу обоих торцев кольца.

Основным условием обеспечения точности при шлифовании является постоянство припуска на чистовую операцию и равномерный съем металла с обоих торцев колец. Процесс обработки колец на торцешлифовальных станках требует высокого обеспечения поддержания режущей поверхности базово-го(нижнего или левого) круга в плоскости, по кото-

рой детали поступают в зону шлифования и базовой плоскости при выходе из зоны обработки. Смещение режущих поверхностей кругов вверх или вниз от базовой плоскости приводит к появлению неисправимого брака. Поддержание режущих поверхностей кругов в базовых плоскостях столиков станка перед входом в зону обработки и при выходе из нее требует от измерительных систем высокой надежности выдачи подналадочных импульсов для управления процессом шлифования, компенсии износа кругов и измерение высоты колец с заданной точностью.

Подналадка положения кругов в процессе обработки деталей является одной из форм осуществления размерных обратных связей на шлифовальных станках. Целью подналадки является компенсация износа режущих поверхностей шлифовальных кругов. Так как износ кругов ведёт к увеличению размеров деталей, то подналадка чаще всего ведётся в одну

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012

Рис. 1. Принципиальная схема измерительной системы управляющего контроля

сторону. Величина подналадочного импульса должна пропорциональна величине, вызванной скоростью износа кругов. Измерительная система устанавливает предельную границу размера детали, и при выходе контролируемого параметра за эту границу выдаётся команда исполнительному механизму на перемещение круга на величину импульса пропорционального изменению размера.

В зависимости от метода формирования импульса на подналадку различают виды подналадок: а) подна-ладка по текущему значению размера; б) подналадка по среднему значению выборки; в) подналадка по медиане; г) подналадка по результату нескольких измерений подряд.

При подналадке по текущему значению размера измерительная система, контролируя каждую деталь, выдает импульс на подналадку в случае выхода за настроечную границу размера любой детали. В этом случае появляется возможность выдачи ложных команд из-за случайного отклонения размера одной детали. Для того, чтобы устранить ложные команды применяют подналадку по методу среднего значения выборки и по методу подналадки по медиане. При этих методах определяется средний размер выборки и импульс на подналадку выдаётся при выходе среднего значения размера за настроечную границу. Недостатком всех вышеописанных методов является возможность повторной подналадки, которая появляется из-за того, что между измерительным устройством и зоной обработки расположено несколько деталей. После того как произошла подналадка, несколько деталей имеют ещё размер до подналадоч-ный и при поступлении их на измерительную позицию возникают повторные импульсы. Поэтому в измерительной системе должна быть предусмотрена блокировка от повторных команд, т.е. измерительный преобразователь после выдачи импульса отключается на время прохождения этих деталей.

Во всех вышеприведённых системах импульс на подналадку вырабатывается при появлении одной или нескольких подряд активных деталей, т.е. деталей, размер которых выходит за настроечную границу. Погрешность обработки деталей определяется зависимостью:

8 = А + 6а + В + Е,

(1)

где А — величина подналадочного импульса; 6у-предельная величина рассеяния размера; В — интервал, в пределах которого вероятность подналадки изменяется в пределах от 0 до 1; Е — случайная погрешность самого измерительного прибора.

Параметр В определяется из соотношения:

и '

(2)

где и — величина износа шлифовального круга, приходящаяся на одну деталь.

Из выражения (2) следует, что для уменьшения погрешности подналадки следует уменьшать величину подналадочного импульса А. При дискретной схеме измерения величина подналадочного импульса должна быть не меньше, чем величина (итах). В противном случае система не может компенсировать изменяющиеся во времени функциональные погрешности обработки. В случае равномерного износа круга идеальной подналадкой является такая, при которой после обработки каждой детали исполнительный орган станка перемещается на величину А=и. При этом полностью компенсируются функциональные погрешности. Однако такой процесс невозможен, т.к. значение параметра и изменяется.

Поэтому, разрабатывая измерительные системы, необходимо, чтобы подналадочные импульсы малой величины вырабатывались непрерывно, в течение всего времени пока размер деталей лежит в пределах допуска. Сигнал на прекращение подналадки должен поступать в систему тогда, когда размер детали выйдет за нижнюю настроечную границу. В этом случае подналадка должна прекращаться, а функциональное изменение положения режущей кромки шлифовального круга приводит к постепенному увеличению размера деталей. Как только размеры деталей станут больше, чем нижняя настроечная граница, подналад-ка включается вновь.

Таким образом, в предлагаемой системе осуществляется непрерывная компенсация износа шлифовального круга и поддерживается положение режущей кромки на постоянном уровне (рис. 1). При мед-

а)

Рис. 2. Процесс изменения положения круга: а) без учёта износа круга; б) с учётом износа круга и подналадкп

ленном износе подналадка будет производиться реже, а при быстром износе — чаще. В предлагаемой системе нет необходимости предусматривать защиту от ложных команд, встраивать счётчики или усложнять измерительную схему, как это требуется при построении прибора на основе измерений нескольких деталей (метод медианы, скользящий средней).

Система подналадки обеспечивает непрерывное импульсное сближение шлифовальных кругов, которое компенсирует износ кругов. При выходе размера детали за настроечную границу, т.е. когда сближение кругов произведено на величину несколько большую, чем износились шлифовальные круги, измерительная система даёт сигнал на прекращение подна-ладки.

Для обеспечения импульсной подналадки система оснащена генератором импульсов, исполнительным устройством, непосредственно перемещающим шлифовальный круг, системой измерения детали (командным реле), которое по результатам измеренного размера детали соединяет или разъединяет генератор импульсов и исполнительное устройство.

Режущая поверхность базового круга контролируется позиционером положения круга. Круг с помощью системы импульсной подналадки перемещается таким образом, чтобы его режущая поверхность находилась на одном уровне с базовой поверхностью станка, по которой детали поступают в зону шлифования. Для контроля за положениями базового круга и размерного круга в системе контроля и управления предложены поочередный контроль и управление каждым кругом с помощью отсчётно-командного устройства.

Преобразователь П1 встроен в измерительное устройство, установленное на выходе колец из зоны обработки и контролирует размер колец. Преоб-

разователь П2 встроен в позиционер контроля положения режущей поверхности базового круга. Оба преобразователя поочерёдно подключаются к отс-чётному устройству ОУ с помощью ключа К1, управление которым осуществляется командами от формирователя команд ФК. Синхронно с преобразователями с помощью ключа К2 к отсчётному устройству подключаются элементы сравнения ЭС1 и ЭС2, уровень срабатывания которых соответственно У1 и У2.

Генератор импульсов ГИ вырабатывает импульсы частотой / и через командное устройство управляет работой исполнительных механизмов ИМ1 и ИМ2 подналадки размерного и базового кругов. Командные реле КР1 и КР2 соединены с выходом элементов сравнения ЭС1 и ЭС2, соответственно, и пропускают сигнал от генератора ГИ к исполнительным механизмам только в том случае, если есть команда от соответствующих элементов сравнения. Формирователь команд ФК служит для распределения времени контроля между преобразователями П1 и П2. За цикл в п = п г+ п2 импульсов генератора ГИ он в течение лJ импульсов включает ключи К1 и К2 в положение, при котором работает преобразователь П1, а в течение п2 импульсов - преобразователь П2. Соотношение между импульсами л и л может перестраиваться в зависимости от величины износа базового или размерного кругов.

Генератор импульсов ГИ непрерывно вырабатывает импульсы, которые поступают на вход командных реле КР1 и КР2. в течение л импульсов формирователь включает ключ К1 и преобразователь П1 подсоединяется к ОУ. Ключ К2 в это время соединяет ОУ с элементом сравнения ЭС1. Если размер кольца выходит за пределы настроечной границы, то элемент сравнения ЭС1 включает командное реле КР1 и импульсы от ГИ поступают на исполнительный механизм ИМ1. Происходит импульсная подналадка размерного круга малыми импульсами. Если размер кольца выходит за нижнюю настроечную границу, элемент сравнения ЭС1 запирается и импульсы от ГИ не проходят на ИМ1.

После того как генератор ГИ вырабатывает п 1 импульсов формирователь команд ФК переключает ключи К1 и К2 на положение, в котором работает преобразователь П2 и в течение п 2 импульсов идёт подналадка нижнего круга по команде элемента сравнения ЭС2. Затем цикл повторяется.

Для определения погрешности положения базового круга рассмотрим процесс износа круга и процесс подналадки по вышеописанной схеме. При износе круга его режущая кромка опускается вниз, и соответственно увеличивается размер колец. Примем, что круги изнашиваются равномерно, тогда

(3)

где и1 — износ размерного круга; и2 — износ базового круга; кг и к2 — скорости износа размерного и базового кругов.

Процесс изменения положения базового круга (рис. 2) зависит от:

А1— величины импульса подналадки размерного круга; А2 — величины импульса подналадки базового круга; пг — числа импульсов подналадки размерного круга за цикл (п1+п2) импульсов; п2 — числа импульсов подналадки базового круга за цикл (п1+п2) импульсов; I — времени одного импульса.

На рис. 2 показаны отдельно линией и2=к^ износ базового круга, и ступенчатой линией — изменение положения круга при непрерывной подналадке

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012

по вышеописанной системе без учёта износа (рис. 2а) и с учётом износа размерного круга (рис. 2б).

Время цикла подналадки Т = І и (п1+п2), делится на две части: — время ^ = І и пІ = Т п1 /(п1+ п2), во время которого работает преобразователь размерного круга (базовый круг в этот момент не подна-лаживается), и время = ґ= Т п2 (п+п2), когда идёт импульсная подналадка базового круга. Базовый круг за один импульс за период Т износится на величину к2Т. В это же время максимально возможная величина подна-ладки составит:

А2 П2 = А2 12 / Іи-

где І2= Т — І1. Изменение положения круга 82 за период выражается соотношением

82= *2Т А2 (Т - / и

(4)

82= *2Т - А2 (Т ^ - ^ / Іи

(5)

82= к2і — А2 ( І — N ІІ) / Іи

(6)

шлифовании колец с импульсной подачей попеременно обоих кругов. Компенсация износа круга будет осуществляться подналадкой круга при выполнении условия

А2 п2

(9)

За целое число N циклов изменение положения круга будет равно

Если это условие не будет выполнено, то износ круга будет опережать подналадку и круг может значительно сместиться от базового положения. При равенстве к2 = А2п2/Т все импульсы п2 будут переданы к исполнительному механизму, а при к2 < А2п/Т часть импульсов при необходимости не будет проходить на исполнительный механизм, так как их отфильтрует элемент сравнение ЭС1 по команде отсчетно-командного устройства.

Таким образом, первые два слагаемых выражения (8) компенсируются и изменение положения круга можно выразить зависимостью

А 2 п.

2(п1 + п 2 ) 2(п1 + п 2 )

(10)

Изменение положения круга в течение времени Т можно выразить как

Из выражения (10) видно, что среднее положение круга сместится в сторону подналадки, т.е. вверх от линии настройки на величину

где N — целая часть отношения /Т.

Проведя преобразования выражения (6), получим

8 = к2і----І + А2п1і = к2п1і =

А2 (п1 + п2 )

• І + А2п1 N,

У 2 =■

А 2 п1

2(п1 + п 2 )

где У2 — величина смещения положение круга от линии настройки.

Поэтому желательно настраивать положение круга ниже базовой линии на эту величину. Тогда положение круга будет колебаться относительно базовой линии с амплитудой :

откуда

82 = к * А2п2 І А2п1

8 — К2І----------- І----------

(і - т)

(7)

Т Т

Рассмотрим величину (г — NT) = Aí

М =г -щг1 + у,

при г = ш Аг = о,

г = NT + г1 Аг = г1,

г = ^ г2 = ^ + т =^ + 1)Т Аг = о.

Величина Аг является переменной и колеблется в пределах от 0 до г. Выделив систематическую и случайную составляющие величины Аг выражение (7) представим в виде:

А2п2 * А2п] І\ А2п] І

Так как ІІ/ Т = п1 /(п1+ п2), то окончательно полу-

и =

А2п12

2(п1 + п2)

Изменение положения размерного круга при импульсной поочередной подналадке осуществляется по тем же закономерностям, что и базового круга, однако здесь необходимо учитывать, что между зоной обработки и зоной контроля есть несколько деталей. Поэтому за время гз прохождения колец между этими зонами круг успеет изменить свой размер (износится) на величину

(11)

где к! — скорость износа размерного круга. Тогда положение размерного круга изменяется по следующей зависимости:

82 = к2і-—^--І -

А1 п1 - А1 п 2

2 А1 п

2

Т 2(п1 + п2) 2(п1 + п2)

+ К1І3,

А 2 п1

2(п 1 + п 2 ) 2(п 1 + п 2 )

(8)

где А1 — величина импульса подналадки размерного круга.

Так как условие компенсации износа

Выражение (8) характеризует процесс изменения режущей кромки базового шлифовального круга при

А1 п1

2

8

І

и

2

8

к 2і

то изменение положения размерного круга определяется из выражения

81 = К1І3

А, п 2

А1п

1п2

2(п1 + п2 ) 2(п1 + п2 )

(12)

Выводы

1. Рассмотрены факторы и погрешности, влияющие на точность формирования торцовых поверхностей поршневых колец. Определена величина под-наладочного импульса для компенсации износа шлифовальных кругов. Разработаная система управления процессом шлифования повысила точность измерения высоты колец.

2. Решение технологических задач основано на использовании измерительной системы, позволяющей с высокой точностью управлять технологическим процессом при торцешлифовании, компенсируя при этом погрешности, возникающие из-за неравномерного

износа режущих поверхностей шлифовальных кругов.

Библиографический список

1. Автоматизация и управление в машино- и приборостроении [Текст] : межвуз. науч. сб. / М-во образования Рос. Федерации, Сарат. гос. техн. ун-т ; [Редкол. : А. А. Игнатьев (отв. ред.) и др.]. — Саратов : СГТУ, 2002. — 197 с.

2. Сорочкин, Б. М. Автоматизация измерений и контроля размеров деталей / Б. М. Сорочкин. — Л. : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1990. — 365 с.

ЦЫМБАЛЕНКО Александр Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Метрология и приборостроение».

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Статья поступила в редакцию 07.12.2011 г.

© А. П. Цымбаленко

2

УДК 620.18 : 621.793.7 М. Я. ШВЕЦ

В. В. АКИМОВ А. Ф. МИШУРОВ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск

ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА ДЕТАЛЕЙ ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ______________________________

Предложена технология ремонта бронзовых цилиндрических втулок, цилиндра качающего узла гидронасоса методом термодиффузионного насыщения. Ключевые слова: восстановление, бронзовые втулки, цилиндр качающего узла, термодиффузионное насыщение.

При эксплуатации автомобилей и дорожно-строительных машин часто возникает потребность замены деталей из медных сплавов, таких как втулки коромысел распределительного механизма, компрессоров и коленчатых валов. Как правило, они изготавливаются из специальных бронз. Особенно это заметно на корпусах цилиндра качающего узла гидронасоса, где износ в 0,1 мм нарушает компрессию в цилиндрах и требует замены корпуса (рис. 1).

Обычные методы восстановления таких деталей наплавкой, напылением, наваркой весьма проблематичны и практически не применяются.

В качестве метода восстановления изношенной поверхности может быть предложено термодиффузионное насыщение, которое приводит к увеличению толщины насыщенного слоя до 0,4 — 0,5 мм, а этого вполне достаточно для восстановления размеров деталей до номинального размера.

Значительным преимуществом этого метода является простота выполнения технологических опера-

ций, доступность используемых материалов, несложность оборудования [1].

В качестве насыщающей смеси использовали следующий состав: 20 % цинка в порошке, 1 % хлористого аммония (НИ4С1), остальное — огнеупорная глина.

Смесь должна быть тщательно перемешана до получения однородной массы.

Технологию восстановления блока цилиндров качающего узла гидронасоса проводили следующим образом:

— контроль изношенных узлов (не допускаются механические повреждения);

— обезжиривают узел в моющем растворе;

— подготовить контейнер для насыщения (зачистить или опескоструить внутреннюю его поверхность и крышку);

— засыпать в контейнер насыщающую смесь. Для экономии можно сначала насыпать слой огнеупорной глины толщиной 10 мм на дно контейнера;

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ