Автоматизированное устранение погрешностей, вызванных тепловыми деформациями металлорежущего станка Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Автоматизированное устранение погрешностей, вызванных тепловыми деформациями металлорежущего станка

о см о см

Ягопольский Александр Геннадиевич,

старший преподаватель кафедры «Металлорежущие станки», МГТУ им. Н.Э. Баумана, vladimir.frolov.99@mail.ru

Фролов Владимир Андреевич,

студент кафедры «Металлорежущие станки», МГТУ им. Н.Э. Баумана, vladimir.frolov.99@mail.ru

Мишин Никита Сергеевич,

студент кафедры «Металлорежущие станки», МГТУ им. Н.Э. Баумана, ketkong@mail.ru

Статья посвящена вопросам, связанным с автоматизированным устранением погрешностей, вызванных тепловыми деформациями металлорежущего оборудования в процессе его работы. Описаны основные источники выделения теплоты. Показано, что тепловые деформации при эксплуатации металлорежущего станка приводят к изменению относительного положения инструмента и заготовки, что снижает точность обработки и надежность станка. Дано описание и проведен анализ некоторых универсальных способов коррекции тепловых деформаций, принципов их использования и выбора, которые зависят от себестоимости, надежности и требований, предъявляемых к точности обработки деталей на металлорежущем станке. Как следствие, каждый из описанных способов коррекции температурных деформаций имеет свою область применения, в которой он может быть использован с максимальной эффективностью.

Ключевые слова: погрешности обработки, металлорежущий станок, тепловые деформации, способ коррекции, автоматизация

Одной из основных причин ухудшения работоспособности станка является влияние тепловых деформаций (ТД) на суммарный баланс погрешностей обработки заготовок на технологическом оборудовании. Тепловые деформации приводят к изменению зазоров в подвижных соединениях, относительного положения инструмента и заготовки, понижению защитной способности масляного слоя в трущихся поверхностях, что снижает надежность и точность станка. [1] ТД

относят к процессам средней скорости, которые характеризуются медленным нарастанием и убыванием во времени, поэтому при создании способа их коррекции необходимо учитывать не только их значение, но и скорость протекания. Основными причинами возникновения тепловых деформаций в металлорежущем станке является не только процесс резания, но и работа механизмов и узлов станка, работа электронных систем и различные внешние воздействия, то есть влияние окружающей среды. Стоит учитывать, что на степень нагрева узла станка влияет интенсивность его работы, поэтому нагрев различных механизмов в станке распределяется неравномерно. В первую очередь, целью поиска необходимого способа коррекции тепловых деформаций является анализ их достоинств и недостатков, ограничений по их использованию возможных на данный момент средств контроля тепловых деформаций. Помимо современных методов коррекции ТД на любом производстве используют универсальные способы, не предполагающие использование каких-либо сложных систем. Эти способы представлены на рис. 1.

О ш т х

Рис. 1. Универсальные способы коррекции ТД

<

т о х

X

Так как главной задачей современного производства является удовлетворение требований заказчиков готовой продукцией с установленной точностью, тогда при выборе способа коррекции погрешностей, вызванных ТД, необходимо учитывать не только техническую, но так же и экономическую составляющие. Рассмотрим

наиболее распространенные современные методы коррекции тепловых деформаций. [3] К

таким методам тепловым деформаций можно отнести способ коррекции ТД с использованием упруго-силовых приводов микроперемещений. Он используется, когда на практике часто стоит задача необходимости произвести смещение рабочих органов технологического оборудования в процессе коррекции ТД, на значение меньше одной дискреты привода подач. В таких случаях используют микроприводы, которые позволят осуществлять необходимые микроперемещения. В основе таких механизмов лежат их физические и механические свойства (упруго-силовые, гидравлические и температурные). В упруго-силовом приводе для перемещения рабочего органа станка применяют деформацию упругих элементов при силовом воздействии на них.

Другим методом коррекции тепловых деформации является способ коррекции ТД с использованием теплового привода. Принцип работы теплового привода основан на использовании удлинения стержня при его нагреве источником, расположенным внутри. Левый конец стержня жестко связан с рабочим органом, а правый закреплен в неподвижной опоре. Возвращение рабочего органа в исходное положение происходит при охлаждении стержня жидкостью, подаваемой в рубашку охлаждения. Так же существует способ коррекции ТД путем измерения температуры нагрева в характерных точках на станке. Этот способ связан с автоматизированной коррекцией погрешности, вызываемой тепловыми деформациями, требующей применение современных измерительных и вычислительных систем. Суть данного способа заключается в том, что в определенных точках станка устанавливаются измерительные приборы. Сигналы со значением температуры от этих приборов поступают в устройство коррекции, куда поступают и сигналы от устройства ЧПУ. В нем же вычисляются смещение рабочих органов. После этого сигналы от системы ЧПУ передаются на приводы подач, за счет чего и происходит коррекция. [2]

В заключении следует отметить, что существует большое количество способов коррекции тепловых деформаций, которые приводят к снижению размерных погрешностей, что способствует увеличению точности формы и размеров изготавливаемых деталей. При выборе способа необходимо опираться на множество факторов (технологических, экономических и тд.) для решения конкретной технологической задачи.

Литература

1. Ягопольский А.Г., Винников Д.А. Сравнительный анализ и обобщение способов коррекции температурных деформаций в металлорежущих станках. Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 1 (682). С. 71-78.

2. Ягопольский А.Г., Крикунов Д.Э. Анализ коррекции тепловых деформаций в станках. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2014. № 5 (98). С. 98-105.

3. Вереина Л.И., Ягопольский А.Г. Металлорежущее технологическое оборудование. Учебное пособие / Под общ. ред. Л.И. Вереиной. Москва, 2019.

Automated elimination of errors caused by thermal deformations of the metal-cutting machine

Jagopolskiy A.G., Frolov V.A., Mishin N.S.

Bauman Moscow State Technical University

The article is devoted to issues related to the automated elimination of errors caused by thermal deformations of metal-cutting equipment during its operation. The main sources of heat release are described. It is shown that thermal deformation during the operation of a metal cutting machine leads to a change in the relative position of the tool and the workpiece, which reduces the accuracy of processing and the reliability of the machine. The description and analysis of some universal methods for correcting thermal deformations, the principles of their use and choice, which depend on the cost, reliability and requirements for the accuracy of processing parts on a metal cutting machine, are given. As a result, each of the described methods for the correction of temperature deformations has its own field of application in which it can be used with maximum efficiency.

Keywords: processing errors, metal cutting machine, thermal deformation, correction method, automation.

References

1. Yagopolsky A.G., Vinnikov D.A. Comparative analysis and gen-

eralization of methods for correction of temperature deformations in metal-cutting machines. News of higher educational institutions. Engineering. 2017. No 1 (682). S. 71-78.

2. Yagopolsky A.G., Krikunov D.E. Analysis of the correction of

thermal deformation in machines. Bulletin of Moscow State Technical University. N.E. Bauman. Series Engineering. 2014. No. 5 (98). S. 98-105.

3. Vereina L.I., Yagopolsky A.G. Metal-cutting technological equipment. Textbook / Under the general. ed. L.I. Vereina. Moscow, 2019.

X X О го А С.

X

го m

о

м о м о