ПОСТРОЕНИЕ ОБЪЕКТИВНЫХ СВЯЗЕЙ КОНСТРУКЦИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАР С ТЕХНОЛОГИЯМИ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ НА БАЗЕ КРИТЕРИЕВ КАЧЕСТВА

Коган Б.И.

ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ив

+5В

ив

КПосг

¿1

ив

К Пнтн

¿1

2мск

2 мсск

4мсск

а)

4 мсск

б)

4 мсск

В)

бмсск

Рис.1 Диаграмма включения контрпппера Д60

а) Напряжение питания контроллера Д60

б) Временная диаграмма сигнала К ПОСТ при включении питания УЧПУ

в) Временная диаграмма сигнала К ПИТН при включении питания УЧПУ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

чения. При повторном включении эфсЬекты, как правило, не повторялись. Объяснение этому можно дать, исходя из особенностей импульсных источников питания, которые требуют "разогрева" для бесперебойной работы.

При модернизации УЧПУ 2С42.2Р22 применялся также контроллер Д52.1, который представляет собой полностью электрически, функционально и конструктивно совместимый аналог субблоков, применяемых в УЧПУ 2С42-65 и 2Р22 для обслуживания интерфейсов периферии канала ЭВМ "Электроника МС1201.02" в сэставе УЧПУ 2С42-65, 2Р22 и рекомендован к использованию для восстановления или модернизации устройств управления существующего парка металлообрабатывающего оборудования. Д52.1 заменяет собой 13 ранее выпускавшихся электронных плат 8В-440; -441; -442; -443; -445; -463; -464; -004; -454; -054; -781; -782; -783.

В заключение хотелось бы отметить, что опыт эксплуатации более, чем 60 модернизированных УЧПУ за 2,5 года показал, что выхода из строя оборудования по причинам отказов контроллеров Д60 и Д52.1 не зарегистрировано.

Стоимость затрат на модернизацию УЧПУ с применением контроллеров Д60 и Д52.1, по сравнению с затратами на приобретение новых УЧПУ, ниже в 5-6 раз.

роение объективных связей конструкций функциональных ов кинематических пап с технологиями их шоомиоования на

Пост элемент

базе критериев качества

Производство машин с высокими показателями качества базируется на методе их конструктивно-технологического формирования: разработке оптимальных форм и раз-мероЕ, выборе материалов, методов формообразования заготовок и деталей, процессов сборки. Для обеспечения заданных эксплуатационных свойств машин методы формообразования должны быть такими, чтобы формы, размеры и физико-механические свойства поверхностей сопрягаемых элементов соответствовали предусмотренным конструктором законам их взаимодействия, а их изменения в процессе эксплуатации были бы допустимыми в определённых пределах. Кроме обеспечения законов образования взаимно контактирующих форм сопрягаемых поверхностей, важно обеспечить опорную площадь, необходимую микронеровность, контактную жёсткость соединений, их износостойкость, снижение уровня динамических нагрузок, исключить избыточные связи.

Фоэма детали (конфигурация) представляет "синтетический образ", составленный из геометрически определённых (заданных каноническими уравнениями) или неопределённых элементов. Для технологии машиностроения практически интересно синте-ическое представление поверхностей. Все детали можно классифицировать по видам поверхностей, из которых они состоят. Это топологическая классификация. Она включает 12 групп: призматические, цилиндрические, конические, из поверхностей с некруговыми направляющими, из комбинации поверхностей второго порядка, из "римских" поверхностей (постоянной ширины), квазигиперболические, из трансцендентных

Б. И. КОГАН, профессор, доктор техн. наук, Куз ГТУ,

г. Кемерово

(эвольвентных, винтовых и др.) поверхностей, из поверхностей высших порядков, из неопределённых поверхностей, из комбинации любых поверхностей [3].

При обработке часто возникает такая ситуация, при которой по разным синтетическим схемам воспроизводятся поверхности, близкие по внешнему виду. Например, гиперболоид вращения и цилиндр становятся различными только при больших отклонениях в их форме. Структурные схемы для их воспроизведения отличаются только одним параметром-параллельностью образующей и размещением её в одной или разных плоскостях. Чем меньше параметр, тем больше сходство поверхностей. Но если такой параметр есть, то цилиндр следует к фиктивной поверхности, а гиперболоид вращения к действительной поверхности. И только зная действительное соотношение в движениях можно прогнозировать нарастание или спад ошибок при обработке цилиндрических поверхностей. Указанный параметр имеет материализованное значение на станке и может быть выражен через износ или перекос направляющих суппортов. Поэтому имеют место действительные и фиктивные поверхности. В технологии машиностроения почти всегда действительные поверхности сводят к фиктивным. По последним задают схемы контроля. При этом теряетзя возможность определения действительной поверхности. Это связано ещё с тем, что только синтетическая схема образования поверхности даёт минимальное количество параметров для измерения действи-

(Продолжение на 22 стр.)

г МУК

Международная т^с/ч

СПЕЦИДЛИ2ИРПВЙННЙЯ ВЫСТАВКА

1№ОКи

Современные методы,

ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ МЕТОДЫ НЕРАЗРЫШАШЩЕГО

КОНТРОЛЯ

г 24 - 27 НОЯБРЯ 2ППЗ г.

Россия. Москва. КВЦ «Сокольники»

Приглашаем Вас принять участие в выставке «Современные методы,

теинологии защиты от коррозии и промышленные методы нердзрышдшщего контроля»

Организаторы:

Ф Сокольники

При поддержке:

Министерство Российский промышленности.

союз хикикоо наыки и технологий РФ

Информационная поддержка:

По ВОПРОСАМ УЧАСТИЯ ОБРАЩАЙТЕСЬ В ОРГКОМИТЕТ ВЫСТАВКИ:

Я1

«Междыниродная Выставочная Компания»

107ПЗ, Москва. Спкпльнический вал. ...........

теп.: (0В5) 105-3486; тел./факс: (085) 2БВ-38ПЧ Директор выставки: Наталья Калмыкова Е-маи: nata1muk.ru

ШШШ. HU5TEHPn.RU

6-9 апреля 2004

НОВОСИБИРСК

ШШННЮ!

СИБНЕДРА ГОРНОЕ ДЕЛО СИБИРИ

МЕТАЛЛЫ СИБИРИ Ч Х ЛИТЬЕ МЕТАЛЛООБРАБОТКА СВАРКА

www.sibfair.ru

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

(Продолжение. Начало на 19 стр.)

телы-ой поверхности. Если же измерять по другим параметрам, не связанным с синтетической схемой, то количество определяющих поверхностей измерений возрастает. Например, для определения сферы недостаточно измерить её только по диаметру. Согласно данным высшей геометрии сфера определяется рядом показателей, отличающим её от поверхности постоянной ширины.

В синтетической геометрии формы деталей не описываются аналитически, а представляются в виде синтеза структурных элементов - геометрических не разложимых образов. Их механическое воспроизведение хорошо согласуется с траекториями режущих инструментов. Таким/1 элементами являются линия и окружность. В более сложных случаях берётся так называемая характеристика, т.е. неизменная кривая, принадлежащая данной поверхности. Характеристика может быть воспроизведена на копировальном станке или на станке с числовым программным управлением.

При воспроизведении характеристики может быть также применён метод кинематической аппроксимации, например, рядами Фурье, гармоники которого воспроизводятся механическими или гидравлическими звеньями силовой системы. Таким образом, посредством синтетической геометрии поверхности высших порядков можно представить или задать сочетанием нескольких простых движений. Применительно к названным выие поверхностям эти движения будут следующими (рис). Гиперболоид вращения образуется двумя траекториями в виде прямых линий, не пересекающихся и не параллельных между собой.

Рис. Синтетическое представление гиперболоидов (а) и квазигиперболоидов (б)

Одна линия берётся за образующую, другая - за ось вращения. Огибающая всех положений образующей и есть гиперболоид вращения. Он представляет вырожденный квазигиперболоид вращения. Для образования последнего синтетическая схема составляется так же из двух прямых, как и для гиперболоида вращения. Но вместо одной прямой берётся цилиндр (шлифовальный круг). Огибающая всех положений цилиндра и есть поверхность квазигиперболоида вращения. Его поверхность тем более отклоняется от поверхности гиперболоида вращения, чем больше радиус цилиндра на образующей.

Б работе [3] рассмотрено формирование поверхностей постоянной ширины, "римских" и поверхностей Каталана. Синтетическое представление технологических поверхностей позволяет связать основные формообразующие элементы с механикой станка без аналитической интерпретации. Структурная схема кинематической операции технологического процесса остаётся при этом неизменной и единственной. Если нарушается подобная схема, то образуется новый вид поверхности. Отсюда следует и структурная классификация станков.

Механическое образование поверхностей независимо от производственного назначения деталей машин харак-

ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ

теризуется определёнными структурными схемами, каждая из которых представляет собой исходную комбинацию движений. Кинематические схемы станков состоят из кинематических цепей, предназначенных для получения определённых движений. Число и комбинация кинематических цепей зависят эт структурной схемы образования кинематической поверхности. Поэтому металлорежущие станки можно классифицировать по видам обрабатываемых поверхностей.

Производственная классификация пока не соответствует структурной, которая может быть распространена не только на станки, но и на режущий инструмент и операции резания и другие методы обработки деталей машин.

Топологическое представление формообразования основано на взаимной связи исходных движений и результатов обработки. Отсюда следует и порядок оценки погрешностей. Согласно действующим стандартам погрешности формы оцениваются как элиптичность, овальность, цилин-дричность, огранка и др. Отклонения на приборах оцениваются по нескольким точкам. При этом не принимается во внимание действительная поверхность формы. При измерении оценивается только отклонение её от условного номинала. Причины, породившие новую поверхность вместо заданной, во внимание не принимаются. Поэтому не представляется возможность давать рекомендации для исправлений технологического процесса с целью устранения отклонений. В действительности, могут быть только две поверхности - фиктивная как номинал и действительная, порождённая динамикой станка. Поэтому и отклонения надо искать только между ними.

В теории погрешностей эти отклонения обычно задаются в виде минимальной средней квадратичной ошибки:

J = 2¡[f(x)-TM(xj\2dx, Ще О

Ти( x) = — + (a{ cos x + fysinx ) + ...+( ап cos x + bn sin x ),

а коэффициенты уравнения, являются коэффициентами ряда Фурье. Предполагается при этом, что направляющая кривая действительной поверхности разложима в тригонометрический ряд. За период ряда считается один оборот шпинделя Поэтому важно знать уравнение поверхности, её характеристики или направляющей кривой.

Синтетическое представление ферм деталей машин, состоящих из типовых элементов, приводит к своеобразной нормализации объектов технологии машиностроения, что является основой типизации мстодоо обработки. Геометрические методы в технологии машиностроения позволяют широко применять математические методы для анализа операций машин во взаимной связи. Трансформация геометрии режущих инструментов непосредственно связана со сферической геометрией, котоэая позволяет записать изменение углов резания в процессе обработки. Очень важно установить вид реальной поверхности, измерить отклонения её от поверхности заданной, установить причины возникновения отклонений.

Структурная схема кинематической операции технологического процесса обычно соответствует кинематическим цепям обрабатывающих станков. Многообразие кинематических схем металлорежущих станков может быть сведено к шести [3]. Конечные перемещения элементов кинематической цепи формируют геометрический образ обрабатываемой детали (поверхности). Однако это формирова-

ШШ 22

№ 2 (19) 2003

МОДЕРНИЗАЦИЯ УЧПУ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ние не является чисто геометрическим, так как оказывают влияние динамические факторы. Траектория движения и взаимодействия структурных элементов не получаются равномерными. Действуют дополнительные силы и моменты, искажающие характер траекторий. Тогда реальная поверхность усложняется, а её точньй геометрический образ превращается в номинал.

Кинематические цепи могут быть представлены в виде размерно-мехянических цепей [2] и системы графов о аппаратом матричного исчисления.

Профессорами Дворниковым Л. Т.и Живаго Э. Я. обосновано существование семи видов геометрических элементов звеньев (двояковыпуклая поверхность-шар; двоя-ковогнутая-лунка; выпукловопнутая-корсет; вогнутовыпук-лая-седло; линейная выпуклая-цилиндр; линейная вогну-тая-жёлоб; плоская поверхность-параллепипед) [1], также выполнено математическое обоснование этих поверхностей и определены условия их наложимости* - существования 15 одноконтамных кинематических пар разных классов-частей механизмов и машин. Этими авторами разработан классификатор 120 кинематических пар различных классов с зависимыми движениями.

В случае нарушения наложимости кинематических пар, вызванного технологическими погрешностями обработки и сборки деталей (погрешности формы, отклонения от теоретического профиля поверхностей и.т.д.) возникают дополнительные нагрузки (вибрации, удары, трение, деформации), которые ухудшают показатели назначения, повышают интенсивность износа, ускоряют наступление отказов. При изготовлении и сборке деталей машин-элементов кинематических пар важно технологически обеспечить их наложимость по параметрам ■еометрической точности и придать соответствующим слоям контактируемых поверх-

ностей необходимые свойства.

Формирование функциональных моделей механизмов и сборочных единиц на основе размерно-механических цепей, их анализ, целевой синтез технологических блоков и модулей для изготовления и сборки структурных элементов - научная основа технологического обеспечения качества машин. Поэтому актуальной задачей является развитие исследований в направлении совершенствования классификаторов функциональных поверхностей структурных элементов кинематических пар и сборочных единиц, самих кинематических пар и сборочных единиц не только по конструктивно-технологическим признакам, но и по критериям качества (наложимость, шероховатость, качество поверхностного слоя, жёсткость контакта и др.), моделей процессов формообразования контактирующих (налагающихся) геометрических элементов (поверхностей) с учётом тех же критериев качества и установлении объективных закономерностей-связей между этими классификаторами. Для этого нужно разработать систему идентификации объектов классификации по качественным признакам.

Литература

1. Дворников Л.Т., Живаго Э.Я. Основы теории кинематических пар. - Новокузнецк: СибГИУ, 1999. - 105 с.

2. Коган Б.И. Новая концепция классификации структурных элементов горной техники и анализ функциональных размерно-механических цопей.//Вестник КузГТУ. -1998. - №1.-С.48-53.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Шашкин А.Г. Формообразование технологических поверхностей .//Проблемы развития технологии машиностроения. Под ред. д.т.н., проф. Э.Я. Сатегя. - М.: Машиностроение, 1968. - С. 414-431.

Модернизация токарного станка с ЧПУ мол. 1П75Б.

Г. С. МИХАШЕВ, гл. инженер НПКФ "Машсервисприбор"

г. Новосибирск

В настоящее время на машиностроительных предгри-ятиях России имеется довольно большое количество станков с ЧПУ 80-х, 90-х годов выпуска, которые сохранили свои точностные характеристики по механике, но не эксплуатируются должным образом из-за ненадежности УЧПУ и электроавтоматики. Станок мод. 1П756ДФЗ производства Рязанского станкозавода в советские времена выпускался с УЧПУ мод. "Электроника НЦ 31", BOSH и МС2101.05. Эксплуатация станков с этими системами имела свои специфические особенности. Если с НЦ 31 и BOSH львиная доля отказов приходится на электроавтоматику из-за малого количества обменных сигналов "УЧПУ-Станок", то с МС2101.05 где система вобрала в себя и функции контроллера электроавтоматики, вследствие ненадежности самой системь (при отсутствии Групповых ЗиП) основное время простоя станков приходится на отказы УЧПУ.

Поэтому при решении проблемы повышения надежности эксплуатационники, прежде всего, исходят из того, что у них "болит". Фирма "Машсервисприбор" уже несколько лет успешно выполняет весь комплекс работ по модернизации станков с ЧПУ, учитывая, пожелания "За-

казчика". Так, Назаровский машзавод захотел просто поменять систему ЧПУ на новую и моденизировать электроавтоматику,а Новосибирский завод химконцентратов - на станке 1П756ДФ4-заменить существующую систему ЧПУ на УЧПУ другой модели, но более надежную, серийно выпускаемую, с доступным ЗиП. Но общие предпосылки для этих работ следущие:

- частые отказы системы ЧПУ и электроавтоматики, в том числе и из-за физического старения;

- отсуствие групповых ЗиП к СЧПУ, т. к. многие системы сняты с производства.

Цели, которые преследовали заводы при проведении работ - не просто восстановление работоспособности дорогостоящего оборудования с ЧПУ, но и оптимизация схем электроавтоматики, повышение надежности всего комплеса "УЧПУ-Станок". При этом техническими и организационными условиями проведения работ по модернизации были:

- сохранение имеющихся электроприводов и систем обратной связи по положению;

- проведение работ на станке в действующем цехе;

Наложимость - свойство геометрических элементов соприкосаться между собой, образуя кинематические пары

№ 2 (19) 2003

23

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Коган Б.И.