CC BY
89
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012
УДК 682.2:531.7+531.717.1
А. В. ТИГНИБИДИН В. И. ЛЕУН
Омский государственный технический университет
МЕТОД И СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ И ИЗМЕРЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ НА КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ______________________________________
Рассмотрен новый метод и способы уменьшения погрешности обработки и измерения геометрических размеров режущих инструментов при шлифовании их на круглошлифовальных станках.
Ключевые слова: погрешность обработки, метод шлифования и измерения, управляющие приборы.
Погрешность обработки деталей при тонком шлифовании на круглошлифовальных станках в пределах 1...2 мкм может быть обеспечена на основе метода многократных (3 — 5 раз и более) пробных проходов и измерений, но при низкой производительности [1].
Для повышения производительности обработки деталей на круглошлифовальных станках в реальных производственных условиях экономически целесообразная погрешность обработки для диаметров от 3 до 50 мм рекомендуется от 5 до 16 мкм [2].
Авторами статьи разработан новый метод повышения точности (в пределах 1.2 мкм) обработки деталей на круглошлифовальных станках с управляющими приборами, заключающийся в автоматическом кратковременном отводе (на время 2.5 с при врезном шлифовании) шлифовального круга для обеспечения точности измерения геометрических параметров при отсутствии упругой деформации и вибрации обрабатываемой детали и элементов станка, а также разработан ряд способов:
— способ повышения точности позиционирования обрабатываемых деталей на станках за счет исключения зазоров в направляющей скольжения пи-ноли задней бабки и элементах ограничения от поворота пиноли вокруг ее оси;
— способ замены силы трения скольжения на трение качения, действующей на хомутик детали от поводка планшайбы передней бабки вследствие осевого его биения;
— способ расположения оси первичного преобразователя одноконтактного управляющего прибора проходящей через оси обрабатываемой детали и шлифовального круга (принцип Аббе), что обеспечивает возможность обработки и измерения деталей малого диаметра (менее 3 мм) и исключения необходимости в двухконтактных управляющих приборах, что приводит к возможности использования одноконтактного управляющего прибора;
— способ уменьшения динамической погрешности измерения за счет исключения конструктивных недостатков существующих схем построения управляющих приборов (на основе патента на изобретение № 2316420 от 10.02.2008 г.).
Разработанный метод (рис. 1) может быть реализован на круглошлифовальных станках только имеющих высокоточную направляющую суппорта шлифовальной бабки 1 на плоских пружинах 11 и управляющем прибором 3 с отчетно-командным устройством 4. При обработке детали 2 на время измерения осуществляется кратковременный отвод (2.5 с) шлифовальной бабки при помощи исполнительного механизма 6 и осуществляется измерение диаметра детали. Управление исполнительным механизмом 6 осуществляется с отчетно-командного устройства 4 с помощью золотникового распределителя 7.
Если круглошлифовальный станок не оснащен высокочувствительной направляющей для прямолинейного перемещения шлифовальной бабки, можно реализовать разработанный метод другим способом, как показано на рис. 2.
Шлифовальная бабка 1 при обработке детали 2 и измерении управляющим прибором 3 отводится на расстояние 1 при нажатии на суппорт поперечной подачи 8 с усилием О. При этом сжимается пружина 6 и шлифовальная бабка 1 отходит на расстояние 1 за заданный интервал времени.
Для разработанного метода можно спроектировать другие способы отвода шлифовальной бабки на заданное расстояние. Далее рассмотрим способы повышения точности позиционирования детали на станке.
Смещение пиноли в пределах зазора в цилиндрической направляющей задней бабки при шлифовании деталей длиной более ширины шлифовального круга будет неопределенное, т.к. влияние силы резания на смещение будет меняться при отдалении или приближении шлифовального круга к задней бабке.
Для реализации предложенного способа повышения точности позиционирования обрабатываемых деталей на станках за счет исключения зазоров в направляющей скольжения пиноли задней бабки и элементах ограничения от поворота пиноли вокруг ее оси была проведена авторами доработка задней бабки на станке модели 3А110. На рис. 3 показан поперечный разрез задней бабки станка, в котором произведена доработка (выбран зазор в направляющей), благодаря которой значительно повышается
Рис. 1. Принципиальная схема системы для реализации метода уменьшения погрешности обработки и измерения деталей на круглошлифовальных станках с управляющим прибором:
1 — шлифовальная бабка, 2 — обрабатываемая деталь,
3 — измерительная часть управляющего прибора, 4 — отчетно-командное устройство,
5 — гидросистема станка, 6 — исполнительный механизм, 7 — золотниковый распределитель, 8 — трубопроводы, 9 — упор, 10 — регулируемый дроссель,
11 — высокочувствительная направляющая для прямолинейного перемещения шлифовальной бабки [3, с. 284],
12 — ручной привод перемещения шлифовальной бабки
Рис. 2. Принципиальная схема системы для реализации метода уменьшения погрешности обработки и измерения деталей на круглошлифовальных станках с управляющим прибором:
1 — шлифовальная бабка, 2 — обрабатываемая деталь, 3 — управляющий прибор, 4 — механизм перемещения шлифовальной бабки, 5 — барабан, 6 — пружина,
7 — упор, 8 — суппорт поперечной подачи шлифовальной бабки, 9 — упор
точность позиционирования детали в центрах станка, что позволяет повысить точность измерения.
В качестве материала твердого элемента 16 при выборе зазора в пиноли 3 могут быть использованы: графитопласт, металлографитопласт, пористый бронзографит, а в качестве материала упругого элемента 15: прорезиненная ткань или другой материал обладающий упругими свойствами. После внесения этих изменений сохраняется подвижность пи-ноли 3 бабки. Также может быть предусмотрено ограничение от поворота пиноли 3 в направляющей вокруг оси. Для этого был изготовлен рычаг с упором, закрепленный снаружи задней бабки. После
внесения изменений в конструкцию задней бабки позиционирование деталей в центрах, после многократных снятий и установок, находилось в пределах 1 мкм.
В настоящее время существует большое число станков, производимых станкостроительными заводами и находящихся в эксплуатации, у которых пи-ноль задней бабки имеет цилиндрическую форму с наличием значительного радиального зазора. Эти станки несложно модернизировать и заменить цилиндрическую пиноль задней бабки на призматическую форму с трением скольжения или трением качения, две плоскости которой неподвижные,
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012
Рис. 3. Поперечный разрез задней бабки круглошлифовального станка:
1 — центр; 2 — крышка; 3 — пиноль; 4 — корпус; 5 — штифт; 6 — винт; 7 — пружина; 8 — крышка; 9 — винт; 10 — зажим; 11 — винт; 12 — ось; 13 — рычаг; 14 — фиксатор; 15 — упругий элемент;
16 — твердый антифрикционный элемент
Рис. 4. Вариант конструктивного исполнения призматической направляющей задней бабки круглошлифовального станка в поперечном разрезе
Рис. 5. Деформация детали от действия силы трения между поводком планшайбы и хомутиком
а третья поджимается с определенным усилием. Вариант возможного исполнения представлен на рис. 4.
Таким образом, способ повышения точности позиционирования обрабатываемых деталей на станках за счет исключения зазоров в направляющей скольжения пиноли задней бабки и элементах ограничения от поворота пиноли вокруг ее оси поможет значительно снизить погрешность базирования в центрах.
Способ замены силы трения скольжения на трение качения, действующей на хомутик детали от поводка планшайбы передней бабки вследствие осевого её биения Рн связано с возникающим взаимодействием в процессе передачи вращения между поводком планшайбы и хомутиком детали (рис. 5). Осевое биение наружного кольца собранного подшипника, расположенного в передней бабке, для 5-го класса точности для диаметров от 50 до 80 мм составляет 10 мкм (ГОСТ 520-2002 «Подшипники качения. Общие технические условия»).
В результате экспериментов было получено, что на изгиб детали влияет не только усилие зажима детали в центрах станка, но и трение, создаваемое между хомутиком и поводком планшайбы. На рис. 5 показана деталь в центрах круглошлифовального станка. Под действием усилия зажима в центрах возникает момент трения Мтр. При передаче вращения от станка к детали между хомутиком и поводком планшайбы сила трения создает момент, который приводит к изгибу детали. Изгибающий момент будет зависеть от момента трения в обоих центрах, коэффициента трения и расстояния между осью поводка и осью
вращения детали Мизг = 2Мтр |и/гг Это хорошо заметно при контроле длинных деталей, где L во много раз больше Б.
Разработана конструкция хомутика с подшипником качения на конце, которая заменит трение скольжения на трение качения. Такой способ значительно уменьшает изгиб нежестких деталей при шлифовании.
В третьем способе расположение оси первичного преобразователя одноконтактного управляющего прибора проходит через оси обрабатываемой детали и шлифовального круга (принцип Аббе), что обеспечивает возможность обработки и измерения деталей малого диаметра (менее 3 мм) и исключает необходимости в двухконтактных управляющих приборах. Учитывая проведенный анализ существующих средств измерения на круглошлифовальных станках, предлагается построение управляющих приборов для контроля диаметров деталей, обрабатываемых на круглошлифовальных станках, располагать по функциональной схеме, представленной на рис. 6. Первичный преобразователь 1 располагается по оси шлифовального круга 5 и изделия 4. Механизм переналадки 2 преобразователя 1 служит для настройки на другой размер. Отчетно-командное устройство 6 позволяет управлять преобразователем 1 и механизмом переналадки 2, а также представлять информацию о ходе обработки изделия 4. Механизм переналадки 2 устанавливается на станину 7 станка напротив шлифовального круга для измерения изделия 4 вдоль всей обрабатываемой поверхности.
Такой принцип построения сможет обеспечить контроль изделий малых диаметров (от 0,5 мм и больше), уменьшить количество подвижных элементов прибора и соблюдать принцип Аббе.
При установке управляющего прибора на подвижную часть стола получается более точный контроль детали за счет жесткого закрепления в одном сечении. Также этот способ будет более приемлем при врезном шлифовании коротких деталей.
Одноконтактный метод позволяет более точно контролировать детали с нечетным числом выступов, т.к. в отличие от двухконтактного не требует постоянного контакта с деталью двумя преобразователями одновременно.
В четвертом способе уменьшения динамической погрешности измерения осуществляется за счет исключения конструктивных недостатков существующих схем построения управляющих приборов (на основе патента на изобретение № 2316420 от 10.02.2008 г.) [4].
Известные управляющие приборы для контроля линейных размеров изделий с прерывистыми поверхностями имеют ряд недостатков. Общий недостаток, который им присущ — это значительная погрешность измерения, достигающая от 10 до 15 мкм для одноконтактной измерительной головки и возникающая при измерении формы обрабатываемой (вращающейся) детали вдоль ее оси (когда наконечник измерительного устройства переходит, например, с прерывистой поверхности на гладкую и наоборот), с малым числом выступов (один — два) и незначительной протяженности. Практически такая же погрешность измерения (смещение настройки) у них возникает и при измерении одного и того же диаметрального размера (например, сверло с двумя выступами) у невращающейся детали (статические измерения, обороты детали равны нулю) и при вращении детали (динамические измерения, п= 150...300 об./мин).
Задачей разработки нового первичного преобразователя послужила необходимость уменьшения погрешности управляющих приборов при выполнении статических и динамических измерений в усло-
виях изменяющихся метрологических и технических характеристик изделий и режимов обработки и доведения ее до допустимой погрешности, которая предъявляется к универсальным средствам измерения ЕДи < (0,12...0,3)Т, используемых в статических условиях.
Приведенные материалы в статье по разработке нового метода и способов повышения точности обработки режущего инструмента и прецизионных деталей с прерывистыми поверхностями рекомендуем использовать в инструментальных и машиностроительных прецизионных производствах Омского и дру-гих регионов.
Библиографический список
1. Космачев, И. Г. Справочная книга по отделочным операциям в машиностроении / И. Г. Космачев ; под ред. И. Г. Кос-мачева. — Л. : Лениздат, 1966. — 544 с.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 1 / В. Б. Борисов [и др.] ; под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1985. - 656 с.
3. Решетов, Д. Н. Точность металлорежущих станков / Д. Н. Решетов, В. Т. Портман. — М. : Машиностроение, 1986. — 336 с.
4. Пат. 2316420 Российская Федерация, МПК7 В 24 В 49/00, С 01 В 7/12. Устройство для активного контроля линейных размеров изделий [Текст] / Леун В. И., Николаева Е. В., Тиг-нибидин А. В. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. техн. ун-т. — №2006107185/02 ; заявл. 07.03.06 ; опубл. 10.02.08, Бюл. №4. — 5 с.
ТИГНИБИДИН Александр Васильевич, ассистент кафедры «Метрология и приборостроение».
ЛЕУН Владимир Исидорович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Метрология и приборостроение».
Адрес для переписки: mips@omgtu.ru
Статья поступила в редакцию 08.12.2011 г.
© А. В. Тигнибидин, В. И. Леун
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
