CC BY
42
5. Нехендзи Ю. А. Стальное литье. М.: Металлургиздат, 1948. 766 с.
6. Макаренко К. В., Кузовов С. С., Лесюнина О. А. Механические аспекты образования в отливках горячих трещин // Литейное производство. 2013. № 2. С. 5 — 8.
7. Воронин Ю. Ф., Камаев В. А. Атлас литейных дефектов. М.: Машиностроение, 2005. 327 с.
8. Макаренко К. В., Кузовов С. С. Влияние структуры металла на механизм образования горячих трещин в отливках из стали 20 ГЛ // Литейное производство. 2016. № 12. С. 2 — 8.
9. Макаренко К. В., Кузовов С. С., Шумаков М. А. [и др.]. Структурные исследования дефекта горячая трещина // Литейное производство. 2016. № 7. С. 31—34.
10. Никифоров С. А., Магидсон Г. М., Гуржий С. В. Сухой концентрат для быстрого приготовления жидкостекольного связующего. URL: http://uralvim.ru/suhkoncentr (дата обращения: 10.10.2017).
ШиБЕЕВ Евгений Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент секции «Машины и технология литейного производства» кафедры «Машиностроение и материаловедение» Омского государственного технического университета.
МОскВин иван Петрович, заместитель начальника литейного цеха Омского завода транспортного машиностроения (Омсктрансмаш). Адрес для переписки: Petrovlch.ru90@mail.ru ТАнакОВА Юлия Евгеньевна, инженер-технолог Омсктрансмаша.
Адрес для переписки: yulians8@mail.ru
статья поступила в редакцию 01.11.2017 г. е. А. Шибеев, и. П. Москвин, Ю. е. Танакова
УДК 62-519+621.9-05
е. в. васильев п. в. назаров а. г. кольцов д. а. блохин и. а. бугай м. а. тотик и. к. черных
Омский государственный технический университет, г. Омск
калибровка осей экспериментального шлифовального станка с чпу для контурной обработки пластин по задней поверхности с помощью
лазерного интерферометра
В статье рассмотрен процесс калибровки и модернизации станка МШ 289 с системой чПУ «Маяк». Описано устройство и компоновка экспериментального шлифовального станка. С помощью лазерного интерферометра были исследованы показатели точности позиционирования линейной и поворотной оси. В результате были определены и устранены основные причины, влияющие на отклонение фактических перемещений от заданных. Внесение в систему чПУ компенсации погрешности редукции и люфтов в ШВП обеспечило точность позиционирования станка в пределах 5 мкм. И
Н
Ключевые слова: шлифовальный станок с чПУ, модернизация станка, лазер- р ный интерферометр, точность оборудования. °
В современном машиностроении процесс реза- новых инструментов взамен старых, что уменьшит
ния приводит к износу пластин (их предельному расходы предприятия на оснащение производства.
износу), что влияет на точность, заданную заводом- Для затачивания изношенных металлорежущих
изготовителем. пластин необходимо применение специального обо-
Возобновление ресурса режущего инструмента рудования, например, специально-заточных и уни-
позволяет значительно продлить период закупки версально-заточных станков [1].
о
го >
Металлорежущие пластины затачивают по передней и задней поверхности. Передняя поверхность пластины обращена к обработанной части заготовки и в процессе резания находится в постоянном контакте со стружкой, вследствие чего подвержена частому износу. Затачивание по передней поверхности формирует передний угол, который влияет на силы резания, сход стружки и стойкость инструмента [2].
Затачивание пластин по задней поверхности предпочтительнее, чем затачивание по передней, это обуславливается тем, что, например, переточка токарных пластин по передней поверхности сошли-фовывает или частично сошлифовывает стружко-лом, что может привести к появлению «сливной» стружки вместо стружки «надлома», а «сливная» стружка недопустима при обработке точных деталей с высокой шероховатостью. Также большинство надломов на передней поверхности стачивается при затачивании по задней поверхности, если глубина надлома невелика. Максимальный припуск на перетачивание пластин определяется вылетом пластины относительно державки и находится в пределах 0,5 мм. При переточке с глубиной резания больше 0,5 мм может потребоваться переточка державки.
Анализ рынка существующих станков показал, что в современном российском станкостроении наиболее подходящей моделью по точности (до 5 мкм) для контурной обработки пластин по задней поверхности является станок МШ-289, поскольку он обеспечивает необходимые для затачивания пластин по задней поверхности движения формообразования и имеет механизм осцилляции. Также на нём установлен механизм для правки круга алмазным роликом, что значительно повышает произ-
водительность и качество процесса правки шлифовальных кругов.
Модернизация устаревшего оборудования необходима для приведения оборудования в соответствие с новыми требованиями точности, для улучшения технологических возможностей, повышения производительности. Особенно эффективно комплексное расширение технологических возможностей, когда совершенствуется не только устаревшее оборудование, но вместе с ним и технология обработки, инструмент, приспособления. Такая модернизация наряду со значительным увеличением производительности труда обеспечивает существенное повышение качества обработки деталей.
Станок МШ289 предназначен для шлифования граней и вершин твердосплавных многогранных пластин. Шлифование производится торцом чашечного алмазного круга. Обработка производится в рабочем режиме (до модернизации), при котором производится последовательная ручная загрузка, зажим, подвод изделия, рабочая подача, выхаживание, деление, копирование, отвод, разжим.
Согласно технической документации, станок способен обрабатывать пластины с точностью ±0,025 мм, причём с повышением точности до этого значения снижается производительность и усиливается контроль [3]. На станке производится затачивание по задней поверхности твердосплавных металлорежущих пластин различной формы: трёхгранных, четырёхгранных, пятигранных, круглых и др. Кинематическая схема станка представлена на рис. 1.
Анализ кинематической схемы показал, что для повышения точности шлифуемых пластин необходимо заменить обработку пластины по делительному диску и копиру с использованием гидро-
Рис. 1. Кинематическая схема станка МШ-289
24
Рис. 2. кинематическая схема, составленная согласно плану модернизации
цилиндров на привод вращения пластины, включающий в себя электродвигатель, зубчатую ремённую передачу и управление от системы ЧПУ «Маяк». Соответственно этому анализу упор копира, привод изделия и делительный диск были удалены из изначальной конструкции бабки изделия (рис. 1). Вместе с ними были удалены используемые ранее для реализации такой схемы детали: делительный диск с оправкой, червячное колесо, упор копира, оправка пластины и зажимной упор. Вместо делительного диска на шпиндель бабки изделия был установлен шкив, который приводится во вращение при помощи зубчатой ремённой передачи от шагового электродвигателя, управляемого системой ЧПУ «Маяк».
Обоснованием этой модернизации является тот фактор, что обработка пластин по делительному диску и при помощи копира имеет низкую универсальность по сравнению с управлением обработкой при помощи системы ЧПУ. Также система управления вращением пластины при помощи упора, который приводится в движение от гидроцилиндра, имеет низкую степень автоматизации, в то время как ЧПУ имеет высокую возможность автоматизации. Внедрение системы ЧПУ может решить одну из задач компенсации систематической составляющей погрешностей механической системы станка. Для определения величины коррекции необходимо определить накопленную погрешность шага ходового винта, зазоров в приводе подач (ременная передача) и тепловые деформации, которые отрабатываются системой ЧПУ. Вследствие чего достигается значительное повышение точности станка [4].
Для осуществления поперечной подачи стола в станке используется гидроцилиндр, а для создания натяжения используется натяжное устройство. Применение ШВП и ременной передачи приводит к тому, что пропадает необходимость в натяжном устройстве и гидроцилиндре. При этом бабка изделия будет перемещаться в поперечном направлении по направляющим поворотного стола, а перемещение будет управляться при помощи системы ЧПУ. Обоснованием модернизации является также тот фактор, что управление поперечной подачей от гидроцилиндра имеет низкую возможность автоматизации и низкую точность перемещений,
а натяжное устройство требует точной настройки для выдерживания размера шлифуемой пластины, в то время как управление поперечной подачей при помощи системы ЧПУ посредством зубчатой ременной передачи и ШВП имеет высокую точность и высокую степень автоматизации [5].
Таким образом, натяжное устройство и гидроцилиндр были удалены и заменены на привод поперечных перемещений, включающий в себя электродвигатель, управляемый от системы ЧПУ, зубчатую ремённую передачу и ШВП. При этом корпус гайки ШВП закреплён на бабке изделия, а электродвигатель и ремённая передача на поворотном столе, что позволяет реализовать поперечное перемещение бабки изделия по направляющим поворотного стола. На рис. 2 представлена модернизированная кинематическая схема.
Модернизированный станок должен удовлетворять следующим требованиям:
— точность шлифования пластин 5 мкм;
— точность траектории обката пластины не менее 5 мкм;
— возможность частичной автоматизации шлифования пластин;
— обеспечение движения осцилляции при шлифовании пластины;
— минимальное время на наладку при шлифовании партии пластин;
— возможность шлифования пластин различных типов;
— возможность обеспечения различных задних углов пластин при шлифовании.
Для согласования передаточных отношений всего механизма с требуемой точностью 5 мкм необходимо определить не теоретические передаточные отношения, а фактические, с учетом всех погрешностей передач, откалибровать оси станка и устранить люфт в ШВП.
Для проверки точности модернизированного станка был использован лазерный интерферометр Renishaw Laser XL80 [6]. Точность данного прибора при использовании блока компенсации XC составляет ±1 мкм на длине измерения 1 м. Для измерения точности позиционирования по оси Х, где установлена ШВП, используется набор оптики для линейных измерений. Интерферометр с неподвижным
о
го >
Имя Значение [мкм]
Точность (А) 23,0
Поет. (+) 3,0
Поат. (-) 4,0
Двусторонняя повторяемость 20,0
Датчик Начало Конец Мин. Макс.
Темп, воздухе 19,26 19,27 19,26 19,27
Давление вов 994 994г2 994 994,2
Влажность ис 54.67 54,83 54,67 54,83
Темп, матери 19,18 19,2 19,18 19,2
Рис. 3. измерение точности позиционирования по оси Х до внесения коррекций
Имя Значение [мкм] Датчик Начало Конец Мин. Макс. П'
Точность (А) 5.0 Темп, воздух. 39.31 19.36 19,31 19.36
Поет. с-;. 1,0 Давление воз »М 994,2 594,2 994.4 1
Поит. [-) 3.0 Влажность вс 53,56 53,58 53.56 53.58
Двусторонняя повторяемость 3,0 Темп, матери 19,31 19,33 19,31 19,33 V
-20 -15
Положение на оси [мм]
■седн-)^
Пр( Проход 1 (+) Проход 2 (-) Проход 2 (+)
Рис. 4. измерение точности позиционирования по оси Х после внесения коррекций
Имя (*> [■! (■) ['1 2-стор. | Имя Значение [")
Ошибка позиционирования (А) 549,3 626,4 1008,3 Ошибка реверса (В) 466,4
Повторяемость позиционирования (R) 266,1 355,7 638,0 Средняя ошибка реверса 359,3
Систематическая ошибка позиционирования (Е) 433,0 384,8 786,7 Диапазон средней ошибки двустороннего 396,8
Рис. 6. Измерение точности позиционирования по оси Z
лазерным рефлектором устанавливается на станине станка. Подвижный рефлектор устанавливается с помощью магнитной опоры на кронштейн электродвигателя оси Ъ. Результаты измерений представлены на рис. 3. Точность позиционирования станка по оси X составила 23 мкм, со средней величиной ошибки реверса равной 18 мкм. Это связано с качеством ШВП [7].
После этого в систему ЧПУ «Маяк» были выполнены компенсации погрешности позиционирования и люфтов. Также был скорректирован передаточный коэффициент зубчато-ременной передачи. Отклонение фактического передаточного отношения от теоретического составило 0,3%. Результаты измерений откалиброванного, модернизированного станка по оси Х приведены на рис. 4.
Для измерения точности угловых перемещений с помощью устройства проверки поворотных осей ХЯ20-Ш фирмы Renishaw было спроектировано и изготовлено приспособление. Данное приспособление решило проблему закрепления подвижного рефлектора на шпинделе станка. Заявленная точность прибора составляет 1 угл. сек. Процесс измерения представлен на рис. 5. Точность позиционирования станка по оси Ъ составила 17 угл. мин, со средней величиной ошибки реверса равной 8 угл. мин, что, в целом, приемлемо для данного оборудования [8].
Выводы.
1. Модернизация кинематики станка МШ-289 обеспечила возможность повышения точности обработки пластин до требуемых значений, а также повысила его ремонтопригодность.
2. Оснащение станка системой ЧПУ «Маяк» значительно расширило технологические возможности оборудования, степень его автоматизации, позволило снизить минимальное время на наладку.
3. Внесение в систему ЧПУ компенсации погрешности редукции и люфтов в ШВП обеспечило точность позиционирования станка в пределах 5 мкм.
4. Применение лазерного интерферометра целесообразно для оценки и повышения точности оборудования любой компоновки, однако это может потребовать изготовления дополнительных приспособлений.
Библиографический список
1. Koltsov A. G., Blokhin D. A., Khabarov A. V., Redorovich D. A. The influence of kinematic characteristics of Stewart platform for precision moving measuring mechanism // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). 2014. P. 1 — 6. DOI: 10.1109/Dynamics.2014.7005669.
2. Кольцов А. Г., Блохин Д. А., Васильев Е. В., Назаров П. В., Бугай И. А. Калибровка осей экспериментального круглошли-фовального станка с ЧПУ с помощью лазерного интерферометра // Омский научный вестник. 2016. № 6 (150). С. 25 — 30.
3. Мещерякова В. Б., Авдошин К. А. К оценке выходных параметров точности высокоскоростной обработки на станках с числовым программным управлением // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 2. С. 60 — 68.
4. Пушков Р. Л., Евстафиева С. В., Ковалёв И. А. Компенсация погрешностей перемещений в современных системах ЧПУ // Системы проектирования технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM - 2012): тр. 12-й Междунар. конф. М.: Аналитик, 2012. С. 229-232. ISBN 9785-905675-33-1.
5. Rahmani M., Bleicher F. Experimental and Numerical Studies of the Influence of Geometric Deviations in the Performance of Machine Tools Linear Guides // Procedia CIRP. 2016. Vol. 41. P. 818-823. DOI: 10.1016/j.procir.2015.08.089.
6. Кольцов А. Г. Диагностика технического состояния металлорежущего оборудования // Омский научный вестник. 2011. № 2 (100). С. 79-83.
7. Серков Н. А., Никуличев И. В. Методы и средства измерения первичных отклонений звеньев механизмов несущей системы многокоординатных станков с ЧПУ // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2012. № 2. С. 44-52.
8. Блохин Д. А., Кольцов А. Г., Серков А. С. Методика регулировки величины люфта оси токарного обрабатывающего центра с ЧПУ с помощью лазерного интерферометра на основе экспериментальных исследований // Омский научный вестник. 2017. № 3 (153). С. 34-39.
ВАСИЛЬЕВ Евгений Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты». Адрес для переписки: wasilyev_@mail.ru НАЗАРОВ Павел Владиславович, ассистент, аспирант кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».
о
го >
КОЛЬЦОВ Александр Германович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты». БЛОХИН Дмитрий Андреевич, ассистент, аспирант кафедры «Металлорежущие станки и инструменты». БУГАЙ Иван Анатольевич, ассистент, аспирант кафедры «Металлорежущие станки и инструменты». ТОТИК Максим Александрович, студент группы КТО-143 машиностроительного института.
Адрес для переписки: maksimtotik@gmail.com ЧЕРНЫХ Иван Константинович, студент группы КТОм-172 факультета «Элитное образование и магистратура».
Статья поступила в редакцию 08.11.2017 г. © Е. В. Васильев, П. В. Назаров, А. Г. Кольцов, Д. А. Блохин, И. А. Бугай, М. А. Тотик, И. К. Черных
УДК 658.512.21
д. д. примак и. а. волков в. б. масягин
Омский государственный технический университет, омск
методика расчета размерного анализа конструкций для деталей типа тел вращения с применением геометрических моделей деталей_
В статье рассматривается применение методики расчета размерного анализа конструкции, состоящей из деталей типа тел вращения, на основе геометрических моделей деталей. использование геометрических моделей, в отличие от реальных деталей, значительно упрощает задачу проведения размерного анализа. Данная методика позволяет оперативно устранить размерные и точностные ошибки, что обеспечивает высокое качество конструкции на начальном этапе ее создания, а также реализует автоматическое проектирование технологического процесса сборки, обеспечен переход к показу изображения узла.
Ключевые слова: размерный анализ, геометрическая модель, размерная цепь, замыкающие звенья, технологический процесс, сборка.
Введение. Сборка, являясь завершающим этапом изготовления изделия, определяет его качество, эксплуатационные показатели, а её трудоёмкость в основном определяет общие затраты, связанные с производством изделия [1]. Для обеспечения точности сборки машины и ее сборочных единиц необходим размерный анализ конструкции (РАК), который является важным этапом размерной отработки конструкций и позволяет выявить взаимосвязи деталей и сборочных единиц, составляющих машину, определить методы достижения требуемой точности машины, проанализировать правильность простановки размеров и допусков на чертежах деталей и сборочных единиц, повысить технологичность конструкции.
Однако в существующей методике РАК используется теория размерных цепей. Проблемой использования теории размерных цепей является необходимость ручного выявления всех звеньев размерной цепи, причем одна деталь может иметь несколько звеньев, входящих в различные размерные цепи. При этом все эти звенья рассматриваются по отдельности, то есть деталь как целостный элемент размерной структуры не рассматривает-
ся. Это приводит к тому, что технолог оперирует отдельными размерами, а не группами размеров, относящихся к деталям сборочной единицы. Таким образом, не учитывается тот факт, что при сборке последовательное формирование размерной структуры сборочной единицы происходит группами размеров, относящихся к присоединительным деталям.
С точки зрения общего подхода, аналитические модели представляют собой расчётные или геометрические модели, необходимые для работы с программным обеспечением. Полная модель отражает большинство свойств объекта или процессов, тогда как локальная обеспечивает моделирование одного или малого числа свойств [2]. Данному подходу соответствует существующая методика РАК, которая основана на использовании геометрических моделей деталей [3].
В рассматриваемой методике размерный анализ изделия осуществляется не от чертежа к трехмерным моделям деталей и сборки в целом, а более коротким путем, с применением геометрических моделей деталей и визуализацией конечного результата. Данное направление является более перспективным, с точки зрения автоматизации РАК,
