CC BY
0ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ С
ЧПУ
Агаев А.Р.1, Аббасова Н.Г.2
Агаев Агаси Рамиз - преподаватель, 2Аббасова Надир Говхар - преподаватель, Азербайджанский технический университет, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: в статье рассматривается влияние траектории движения режущего инструмента на точность продольного сечения деталей, обрабатываемых на токарных станках с цифровым программным управлением (ЧПУ). Анализируются возможности повышения точности деталей.
Ключевые слова: точность обработки, погрешность формы, механическая обработка, заготовка, деталь, станок, режущий инструмент, траектория.
Вступление. Развитие всех отраслей машиностроения и приборостроения характеризуется непрерывным ростом требований к точности изготовления деталей и сборки изделия. Вопрос повышения точности во всех технологических операциях считается актуальным. Повышение точности фрезерования, а также точности операций механической обработки, начиная с черновых операций, позволяет минимизировать количество обрабатываемых операций на поверхностях деталей, сэкономить материал, а также снизить трудозатраты. Кроме того, следует отметить, что при повышении точности механической обработки деталей затраты труда на сборку машин и приборов сводятся к минимуму за счет частичного или полного отказа от передаточных операций. Все это требует особого внимательного подхода к вопросам обеспечения и повышения точности на каждом этапе создания изделия - на этапе проектирования, стадии изготовления, а также на этапах сборки и испытаний [1, с. 120125].
Изучение возможностей повышения точности механической обработки. Качество изделия в целом напрямую зависит от точности изготовления каждой его детали. Среди известных групп деталей одной из деталей, требующих повышения точности изготовления, являются детали, обрабатываемые на токарных станках. Поскольку многие из этих деталей подвергаются воздействию различных нагрузок, их неточная подготовка усиливает процесс разъедания деталей и процесс их выхода из строя. Токарная обработка на сегодняшний день остается более трудоемкой операцией при изготовлении деталей такого типа.
Под точностью детализации понимается ее соответствие требованиям, предъявляемым к чертежу по линейным и угловым размерам, геометрической форме, волнистости и неровности [2, с. 33-39].
Процесс механической обработки деталей пастами сопровождается возникновением погрешностей от воздействия факторов систематического и случайного характера. Одним из таких факторов считается упругая деформация элементов технологической системы (станок-макет-инструмент-деталь) под действием силы разреза. В результате изменяется положение режущего язычка инструмента относительно обрабатываемой пасты. Изменение силы разреза и жесткости технологической системы при движении режущего инструмента приводит к деформации его элементов, в результате чего на обрабатываемых поверхностях отдельных паст, а также в пастах партий возникают погрешности формы, а также разброс размеров.
Повышение точности обычно приводит к увеличению трудоемкости и стоимости изготовления деталей. При проектировании операций подготовки деталей необходимо учитывать ошибки, которые могут возникнуть при механической обработке, обязательно определять возможности их уменьшения или компенсации. Общие основные методы повышения точности механической обработки следующие [3, с. 57-64]:
- с повышением жесткости технологической системы;
-снижение стоимости ошибки построения (с использованием принципа перекрытия оснований; правильный выбор цены и направления силы сжатия и т.д.));
- с повышением точности настройки инструмента по размеру;
-с правильным выбором материала режущей части, оптимизацией элементов режима резания и повышением износостойкости режущего инструмента за счет использования охлаждающих и смазочных жидкостей;
- с уменьшением влияния температурных деформаций станка, инструмента и пасты на точность механической обработки;
- с помощью активных средств управления и различных автоматических отладчиков;
- с внедрением систем управления.
Рис. 1. Способы повышения точности деталей валового типа, обрабатываемых на токарных станках типа ЧПУ.
Управление точностью в гибком производстве с применением станков ЧПУ для повышения культуры производства на современных промышленных предприятиях носит более характерный характер. Управление точностью постепенно в результате совершенствования современных установок ЧПУ возникает необходимость перехода к программному управлению точностью механической обработки.
В связи с этим к числу важных вопросов относятся изучение факторов, влияющих на точность механической обработки, изучение причин возникновения погрешностей и закономерностей их изменения. Особенно это характерно для деталей, закрепленных на консолях и центрах при токарной обработке.
Очень важной и актуальной проблемой является изучение закона изменения погрешностей, возникающих при обработке деталей, закрепленных на токарных станках в консолях и центрах, и определение эквидистанции траектории движения режущего инструмента в соответствии с законом изменения погрешности, а также исследование программного управления погрешностью, которая может возникнуть.
Повышение точности обрабатываемых деталей может быть достигнуто на основе изучения причин возникновения погрешностей, а также частичной и полной профилактики упругих деформаций пасты с учетом силы разреза, жесткости технологической системы и способа монтажа пасты. На рисунке 1 показаны методы повышения точности обработки деталей валового типа на токарных станках ЧПУ.
Повышение точности деталей, обрабатываемых на токарных станках типа ЧПУ. В токарных станках ЧПУ при обработке наружных поверхностей пластин малой твердости изгиб острия и сжатие его режущей силы под действием радиального органайзера py приводят к их деформации под действием этой силы. Их деформация в диаметральном направлении при консольном креплении стержней (например, в патроне токарного станка) определяется следующим известным выражением (1) [4, С. 216-234]:
Ах =
3Е •]
(1)
здесь, Е-модуль упругости материала формирования, Н/мм2; J - момент инерции поперечного сечения формы, мм4; 1 - расстояние между точкой приложения силы разреза и местом крепления формы, мм (рис.2).
Рис. 2. Схема обработки на токарном станке формы, закрепленной в патроне.
С увеличением расстояния 1 деформация формы значительно возрастает, что приводит к увеличению погрешностей формы в продольном поперечном сечении формы (или детали).
Радиальный организатор силы разреза во время операции верхней обработки определяется выражением (2) ниже [4, С. 225-228]:
(2)
здесь, Ср, Кр- коэффициенты; х, у, п- показатели силы. При верхней обработке форм из конструкционных сталей для долот из твердого сплава Ср=243, х=0,9, у=0,6 и п=-0,3; а для долот из быстрорежущих сталей Ср=125, х=0,9, у=0,75 и п=0 [4, с. 225-228].
Коэффициент Кр определяется нижеуказанным выражением (3) [4, 8. 96-103]:
Кр = КмР • Кур • ^ур • Клр
Кг
(3)
здесь, КМр - коэффициент, зависящий от предела прочности материала обрабатываемой формы; КуР • КуР
Кхр • КГР - коэффициенты, зависящие от геометрических параметров режущего язычка долота..
Для долот из твердого сплава и быстрорежущей стали с плановым углом ф = 450, углом наклона передней кромки у=10 ... 200, углом наклона основной режущей кромки Х=0° и радиусом вершины г =2 мм КфР=К
=Кхр=Кго=1; К,
Мр
/ \1
= (—)
\750j
где св< 600 МПа показателе m =0,35 (для долот из быстрорежущей стали) и m=0,75
(для долот из твердых сплавов); t,So,V - соответственно глубина резания (мм), продольная передача (мм/цикл) и скорость резания (м/мин).
В токарных станках ЧПУ имеется возможность компенсировать погрешности формы, возникающие в процессе обработки, а в некоторых случаях и погрешности взаимного расположения, путем предварительного изменения траектории движения режущего инструмента с помощью программы числового управления (NC-numerical Control).
Известны три способа компенсации погрешностей формы деталей:
- коррекция траектории движения режущего инструмента при выполнении последнего рабочего хода;
- изменение трансмиссии и результирующего режущего усилия в процессе движения режущего инструмента;
- коррекция траектории движения режущего инструмента для получения неравномерной глубины резания при выполнении последнего рабочего хода для обработки заданной рабочей поверхности.
Предположим, что форма формируемой поверхности, которую требуется получить, соответствует прямой линии 1 (Рис. 3). Фактическая форма поверхности, образовавшаяся в результате упругой деформации формы в процессе обработки, будет соответствовать кривой 2. В целях компенсации погрешности формы в траекторию движения инструмента вносится поправка, учитывающая текущее значение погрешности формы. Для этого траектория обязательно должна соответствовать кривой 3, которая считается зеркальным отражением кривой 2, если смотреть на прямую линию 1, соответствующую номинальному контуру детали. Поскольку специфика работы токарного станка не позволяет инструменту двигаться по плавной кривой, фактическая кривая движения инструмента будет ступенчатой (кривая 4 на рис. 3).
Рис. 3. Схема формирования и компенсации погрешностей формы консольного закрепления в патроне.
Скорректированная траектория (1Л/,2Л/,3Л/,... точки опоры) могут быть записаны в несколько кадров управляющей программы. Поэтому в точках опоры передаточное движение инструмента через небольшие промежутки времени приближается к нулю, а сила разреза уменьшается. Это связано с образованием на обрабатываемой поверхности следов кольцеобразной формы. Кроме того, контур, образовавшийся в результате влияния ступенчатого характера движения инструмента, после обработки становится не прямолинейным. Поэтому целесообразнее использовать этот метод только для черновой или первичной обработки поверхностей.
Деформация формы в любом к-м поперечном сечении (рис. 2) может быть рассчитана по следующему выражению (4):
Дх,
3В7
(4)
здесь, I- расстояние между боковыми поверхностями кулачков и формы, мм; А2 - расстояние между соседними поперечными сечениями, мм.
Если деформация формы в каком-либо поперечном сечении меньше половины дискретности координат в диаметральном направлении на станках ЧПУ, то в этом сечении и в сечении с большим номером деформация принимается равной нулю.
Координаты точек опоры скорректированной траектории режущего инструмента будут определяться следующим нижеуказанным выражением (5):
„ / й Дх-1 +Дх2
[ 1Лх =---1 2 ■
точка.
2
2
точка,
2/ : х = - —
d ДХ2+ДХ3
■;z = -Дг; ; z = -Дг;
22
для точки fc/ , если fc четное число: ;z = -(fc - 1) ■ Дг;
_ d Дх^+Дх^+1ш^ _ 2 2
(5)
для точки + 1 , если к четное число:
х = £-Лх,+Лх,+1;г = -^ Дг 2 2
здесь, d- номинальный диаметр детали, мм; Дг- расстояние между поперечными сечениями, на котором рассчитывается деформация формы, мм.
Погрешность формы обрабатываемой детали рассчитывается как разница между самым большим йтах и самым маленьким ётп диаметрами по (6):
Д ^тах ^rnin (6)
Заключение. В статье исследована возможность компенсации погрешностей формы, возникающих в процессе обработки на токарных станках ЧПУ, а в некоторых случаях и погрешностей взаимного расположения, путем предварительного изменения траектории движения режущего инструмента с помощью программы цифрового управления (NC-numerical control), с помощью которой построена схема формирования и компенсации погрешностей формы неподвижной пластины, закрепленной на патроне консолью.
Поскольку обеспечение точности в процессах механической обработки и сборки считается одним из важных вопросов, в статье исследуются факторы, влияющие на точность обработки при токарной обработке, и возможности их предотвращения.
С этой целью в статье проведен анализ факторов, влияющих на точность механической обработки при токарной обработке деталей, к которым крепится консоль, и разъяснены пути их снижения. Выявлены упругие деформации, возникающие в технологической системе из-за действия силы разреза, особое внимание уделено возникновению погрешности формы в результате изгиба центральной оси заготовки при обработке. Для компенсации погрешности за счет корректировки значения силы разреза (органайзера, который может быть учтен в программе управления) с целью уменьшения стоимости погрешности, возникающей из-за деформации оси формы под действием силы разреза, предполагается реализовать этот вопрос через программу NC.
Список литературы
1. Маталин, А.А. Технология машиностроения: учебник / А. А. Маталин. - СПб.: Изд-во «Лань», 2008. - 512 с.
2. Инженерия поверхности деталей / А. Г. Суслов, В. Ф. Безъязычный, Ю. В. Панфилов и др.; под ред. А. Г. Суслова. - М.: Машиностроение, 2008. - 320 с.
3. Обработка металлов резанием. Справочник технолога / А.А. Панов, В .В. Аникин, Н.Г. Бойм и др.; под общ. ред. А.А. Панова. - М.: Машиностроение: Машиностроение-1, 2004. - 784 с.
4. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. - Т. 1, 2 / А. М. Дальский, А. Г. Суслов, А. Г. Косилова и др.; под ред. А. М. Дальского, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова, А. Г. Суслова. - 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение-1, 2001.
5. Серебреницкий П.П. Краткий справочник технологамашиностроителя / П.П. Серебреницкий. - СПб.: Политехника, 2007. - 951 с.
6. Серебреницкий П.П. Программирование для автоматизированного оборудования / П.П. Серебреницкий, А.Г. Схиртладзе. - М.: Высшая школа, 2002. - 592 с.
7. Гурьянихин В.Ф. Проектирование технологических операций обработки заготовок на станках с ЧПУ: учебное пособие / В.Ф. Гурьянихин, В.Н. Агафонов. - Ульяновск: УлГТУ, 2002. - 60 с.
