Оптимизация методов разделения погрешностей обработки при настройке средств управляющего контроля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Инженерия

оптимизация методов разделения погрешностей обработки при настройке средств управляющего контроля

Г. М. ТРОМПЕТ, кандидат технических наук, доцент,

В. А. АЛЕКСАНДРОВ, кандидат технических наук, доцент,

В. В. ВОЛЫНКИН, 620075, г. Екатеринбург, кандидат технических наук, ул. к. Либкнехта, д. 42; Уральская государственная сельскохозяйственная академия тел-8 (343) 221-41-40

Положительная рецензия представлена А. Я. Красильниковым, доктором технических наук, профессором Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина.

Точность в каждом цикле обработки при изготовлении новой детали или ремонтных работах определяется отклонением размера детали, обработанной в данном цикле (партии), от заданной величины. Чтобы автоматизировать операции, обеспечивающие заданную точность в условиях серийного и мелкосерийного производства, необходимо наряду с соответствующими автоматическими измерительными устройствами (в данном случае, приборами управляющего контроля виброконтактного принципа измерения [1]) располагать алгоритмами преобразования результатов измерений в корректирующие воздействия, сохраняющими эффективность независимо от неконтролируемых изменений условий обработки на станке. Отсюда последовательность размеров обработанных деталей представим в виде: хп=^п+Уп+2п-

Это выражение является общей моделью, описывающей изменения размеров деталей, обрабатываемых на станках с автоматическим рабочим циклом (с использованием устройств управляющего контроля виброконтактного принципа измерения).

Величина Еп представляет собой систематическую составляющую, обусловленную влиянием на отклонение размеров детерминированных факторов (тепловые и силовые деформации системы СПИД, износ режущего инструмента и т. д.). На практике эту составляющую определяют чаще всего методом наименьших квадратов или методом скользящих средних из реализации размеров деталей [2].

Величина Уп представляет коррелированную составляющую, показывающую смещение центров рассеивания (смещение центра или уровня настройки) в процессе обработки деталей и обусловленную последействием факторов, которые складываются в данном цикле обработки совершенно случайным образом (колебания припусков, твердости заготовок и т. д.). Примером такого последействия может служить тепловая деформация системы СПИД, обусловленная большим (случайным) отклонением от средних значений припуска и твердости данной заготовки. Возникшая в п-м цикле вследствие разогрева, деформация системы СПИД сказывается не только на отклонении размера детали, обработанной в том же цикле, но и на отклонениях размеров деталей, обработанных в п + 1, п + 2 и т. д. циклах, до тех пор, пока не восстановится установившийся тепловой режим. На практике уп находят методом оптимальной линейной фильтпрации.

Величина 2п представляет некоррелированную случайную быстро изменяющуюся (высокочастотную) составляющую, обусловленную действием как случайных факторов, так и случайными

колебаниями систематически действующих факторов, например, ошибки измерений, ошибки положения и фиксации различных элементов станка.

При анализе точности обработки рассматривают не семейство реализаций размеров, а отдельные реализации. О статической равноценности разных реализаций одного и того же процесса судят, проверяя гипотезы стационарности и эргодичности. На практике в конкретной ситуации оказывается возможным исключить из рассмотрения составляющие, обусловливающие неэргодичность и нестационар-ность процесса. Отделив систематическую составляющую Еп, реализация размеров представляет стационарную случайную последовательность, обладающую свойством эргодичности и стационарности.

Цель и методика исследований.

На основании вышеизложенного, целью исследования является оптимизация методов разделения погрешностей обработки при настройке средств управляющего контроля виброконтактного принципа измерения на многоцелевом станке.

В качестве исходных данных возьмем реализацию размеров отверстий диаметром 45Е9 ^), выполняемых в корпусных деталях на многоцел евом станке ИР-800 ПМФ4 [1] (рис. 1) с использованием прибора управляющего контроля виброконтактного принципа измерения с измерительной головкой отклонения [3].

Рисунок 1

Обработка корпусных деталей на многоцелевом станке ИР-800 ПМФ4

Инженерия

Рисунок 2

Схема к выбору наладочных размеров

1. Работа проводилась на предприятии при серийном изготовлении деталей. Исследования велись на партии деталей в течение месяца. Проведенный анализ показывает, что размер на первых деталях сначала уменьшается медленно — идет постепенное изнашивание режущего инструмента. С затуплением режущей кромки увеличивается сила резания, интенсивно начинает уменьшаться размер обрабатываемого отверстия.

2. Задача обеспечения заданной точности решалась в два этапа:

— определялись условия выполнения операции, при которых суммарная погрешность обработки W не превышает поля допуска Т;

— установление расположения поля суммарной погрешности обработки в поле допуска размера отверстия.

3. Второй этап обеспечивают размерной наладкой технологической системы, выполняемой в сфере производства, однако способ наладки и условия ее проведения выбирают при технологическом проектировании.

Результаты исследований.

Размерную наладку выполняют на назначенные при проектировании наладочные размеры.

Рассмотрим это на примере выполнения отверстия 045Е9 0„0j. Если Т = 0,062 мм = W, то заданная точность будет выдержана только в том случае (рис. 2, а), если в процессе наладки будут совмещены нижние и верхние границы заданных (Dmax, Dmin) и фактических (D ,, D ,) размеров, то есть D =

т v max.m’ miarn7 Г Г ’ max

D ,; D . = D ...

m^.9 min min..

Во всех остальных случаях поле погрешности W выйдет за пределы поля допуска Т и, следовательно, возможно получение брака. В данном случае может быть только один наладочный размер, который обеспечивает заданную точность обработки.

При Т = 0,062 мм > W поле погрешности может занимать множество положений относительно поля допуска (рис. 2, б), обеспечивающих заданную точность обработки. Указанное множество положений поля погрешности W относительно поля допуска ограничивается неравенствами:

D > D A , D < D ,

max max.. 7 min mm7

где D + T > D + W; или D + (T - W) > D ,).

min min.. ’ min v ' mm..7

Величину Т - W можно трактовать, например, как допуск на размерный износ инструмента. В рассматриваемом случае может быть множество наладочных размеров, при которых выдерживается заданная точность обработки. Однако эффективность обра-

Точностная диаграмма деталей: т

Рисунок 3 время обработки

ботки при их использовании различна. В частности, чем больше допуск на износ инструмента Тизн, тем меньше требуется подналадок инструмента за период его стойкости, а, следовательно, уменьшаются непроизводительные простои станка и трудоемкость обработки. Допуск Тизн будет наибольшим при совмещении верхних предельных и фактически получаемых размеров D = D (рис. 2, б). Исходя из

Г Г max max.9. vr ’ '

изложенного, наладочные размеры следует выбирать таким образом, чтобы фактические размеры первых обработанных деталей были максимально смещены к верхней границе поля допуска. Это требование обеспечивает минимальное число подналадок технологической системы, что и представлено точностной диаграммой деталей (рис. 3), обработанных при размерной наладке по пробным деталям. Из этой диаграммы можно определить наладочный размер:

D = D + А + АХ + 3а

н min изм

где Dmin — наименьший предельный размер деталей; Аизм — погрешность измерения; АХ — систематическая закономерно изменяющаяся погрешность, обусловленная суммарным действием размерного износа и тепловых деформаций инструмента; 3а — половина поля рассеяния размеров вследствие действия случайных составляющих погрешности обработки. Увеличение размеров в начальный момент связано с преобладающим влиянием тепловых деформаций режущего инструмента (1-я зона). По мере их стабилизации начинается уменьшение размера, вызванное размерным износом режущего инструмента (2-я зона).

Рисунок 4

Измерительный модуль прибора управляющего контроля виброконтактного принципа измерения в работе

Инженерия 01

Рисунок 5

Точечная диаграмма размеров обработанных отверстий деталей: Л - Л - Л — без прибора;

о - о - о — с прибором управляющего контроля

При наладке по эталону силы резания отсутствуют, и размер обработанных поверхностей деталей будет меньше наладочного размера на величину средних значений упругих деформаций элементов технологической системы, связанных с заготовкой и режущим инструментом. Наладочный размер определяется по известной формуле, и эта методика справедлива не только для цикловых систем, но и для случаев обработки с использованием автоматических подналадочных устройств, когда отсутствует систематический контроль и компенсация размерного износа инструмента.

Если износ контролируется и компенсируется при обработке каждой заготовки партии, то в качестве наладочного размера применяется середина поля допуска D (рис. 3), что и выполнено в нашей работе, которая проведена непосредственно в реальных условиях завода при серийном производстве деталей (рис. 4).

На каждом технологическом установе (в установочно-зажимном приспособлении) закрепляется две заготовки (рис. 1). Одна из них (правая со стороны шпинделя) обрабатывается без измерения в процессе

изготовления, другая (левая заготовка) обрабатывается с использованием измерительного модуля ви-броконтактного принципа измерения.

Точечная диаграмма размеров обработанных отверстий (рис. 5) наглядно показывает точностные преимущества обработки отверстий при применении прибора управляющего контроля виброконтактного принципа измерения с использованием измерительной головки типа «вибропробка».

Размах отклонений R = 39 мкм составляет 63 % от допуска, что свидетельствует о повышении технологической точности обработки, значительном снижении риска появления брака в особо сложных и дорогих деталях.

Выводы. Рекомендации.

Таким образом, применение прибора управляющего контроля виброконтактного принципа измерения позволяет повысить технологическую точность механической обработки. Измерительные модули и измерительные преобразователи виброконтактного принципа измерения могут использоваться и на другом металлорежущем оборудовании.

Литература

1. Тромпет Г. М. Повышение точности механической обработки // Технология металлов. 2008. № 3. С. 30-33.

2. Тромпет Г. М. Оптимизация методов разделения погрешностей обработки при управляющем контроле // Современные технологии в машиностроении: сб. статей X Междунар. науч.-практ. конф. Пенза : ПДЗ, 2006. С. 131-133.

3. Тромпет Г. М., Александров В. А., Кирсанов Ю. А. Универсальный виброконтактный преобразователь размеров : пат. на изобретение № 2310814 / РФ МПК G01B7/12 G01B7/02; опубл. 20.11.2007. Бюл. № 32.

4. Тромпет Г. М. Использование измерительного модуля на многоцелевом станке // СТИН. 2006. № 11. С. 19-20.