Влияние плотности контакта центра и центрового отверстия на точность измерения и обработки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

УДК 621.9.08

О. С. ЛОМОВА

Омский государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ ПЛОТНОСТИ КОНТАКТА ЦЕНТРА И ЦЕНТРОВОГО ОТВЕРСТИЯ НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКИ______________________________________________

В статье представлено разработанное устройство для измерения плотности прилегания конусных поверхностей центра и центрового отверстия. Устройство позволяет определить отклонение от соосности центров и исключить погрешность расположений конусов на заданной длине оправки, что в целом повысит точность измерения и обработки заготовок. Также предложен расчет кольцевого зазора между конусными поверхностями баз и схема регулировки положения осей центров для обеспечения их соосности.

Ключевые слова: точность обработки, цилиндрические детали, базовые конусные поверхности, центр и центровые отверстия, отклонение от соосности.

Решение проблемы точности в машиностроении направлено не только на обеспечение точности изготовления и контроля обработанных деталей, но и на анализ причин возникновения погрешностей обработки. Одним из важных условий, обеспечивающих точность обработки при шлифовании, является полный контакт центров и центровых отверстий в обрабатываемых заготовках, зависящий от точности совмещения осей конусов и отсутствия погрешности их формы. В противном случае неизбежно возникает неполное прилегание несущих поверхностей отверстий заготовки к упорным центрам станка, что приводит к погрешностям формы заготовок.

При измерении геометрических параметров цилиндрических поверхностей деталей в качестве измерительной базы часто выбирают центровые отверстия, в этом случае обеспечивается совмещение технологической и измерительной баз и точность измерения повышается [1]. Однако это трудно осуществить на практике, поскольку необходимо проводить измерения в центрах станка, где обрабатывалась деталь. В противном случае происходит прецессия

оси вращения детали, причина которой — замена центров от станка к измерительному устройству, геометрическая точность на расположение которых не одинакова [2]. Погрешность при замене баз не учитывается, поскольку номинально единство баз не нарушено.

Для устранения погрешности измерения при установке в измерительные центры необходимо обеспечить высокую и одинаковую точность расположения осей центров станка и измерительного устройства. Существующие методы и устройства позволяют с достаточной точностью определить отклонение от соосности центров любых измерительных устройств, в том числе и станков [3, 4]. Однако эти устройства и методы не обеспечивают плотности контакта базовых конусных поверхностей, неполное прилегание которых указывает на отклонение от соосности центров станка и центровых отверстий заготовки.

Для исключения влияние неплотностей контакта технологических измерительных баз на точность измерения и обработки создан экспериментальный

Рис. 2. Самобалансирующийся пневматический прибор

стенд, состоящий из оправки 1, установленной в измерительные центры 2, к которой подключены самобалансирующиеся пневматические преобразователи, служащие в качестве отсчетных устройств (рис. 1). К оправке могут быть подключены одновременно два преобразователя, либо через переключатель 3 один преобразователь 4. В качестве преобразователя выбран автокомпенсационный пневматический прибор типа «Этамик», применение которого позволило обеспечить полное соответствие компенсационной и измерительной ветвей прибора из-за наличия одинаковых форм выхода обеих ветвей (сопло —конус в компенсационной камере и сопло —конус в измерительной камере). Функция преобразования, связывающая выходное перемещение конической иглы и величину измерительного зазора, определяется зависимостью:

1 = ы2 - рн . 4^ . ,

1 +1 ^нк л , г

V а к

(1)

0

где — диаметр отверстия (зазор) компенсационного сопла; ан, ак — расходные коэффициенты ветвей прибора; Би — измерительный зазор; к0 — конусность иглы клапана.

На рис. 2 показана принципиальная схема самобалансирующегося прибора. Воздух, после фильтра стабилизатора, под постоянным давлением подводится к входным соплам 7 и, пройдя через них, попадает в измерительную камеру 6 и камеру противодавления. С измерительной камерой соединено измерительное устройство с соплом 5. Закрепленный

на корпусе прибора индикатор 8 измеряет перемещение клапана 1, изменяющий проходное сечение выходного сопла 2 противодавления. С измерительной камерой соединено измерительное устройство с соплом 5. Закрепленный на корпусе прибора индикатор 8 измеряет перемещение клапана 1. Давление воздуха в камере 6 определяется величиной измерительного зазора. При нарушении равенства давлений в камерах 6 и 3 мембрана 4 прогибается в сторону меньшего давления. При этом клапан 1, перемещаясь в выходном сопле 2, изменяет его проходное сечение, вследствие чего изменяется давление в камере 3, пока давления в обеих камерах не уравняются. Отсчет производят по шкале индикатора 8, показывающего перемещение мембраны с клапаном. В зависимости от величин входных сопел и угла конуса клапана цена деления шкалы может быть равна 0,2; 0,5 или 1 мкм. Рабочее давление обычно равно 2'105 Н/м2. Прибор может оснащаться электроконтактами и использоваться как датчик.

Измерение плотности стыка проводится следующим образом. Оправка 1 с выбранной базовой длиной, соответствующей длине измеряемой детали, имеет торцах центровые отверстия, соединенные каналами А и Б и выведенные на периферию оправки (рис. 1). К каналам подключена измерительная ветвь самобалансирующего преобразователя с конической иглой. В случае полной плотности стыка, учитывающей отклонение формы конусов, между конусом 2 и конусным отверстием в системе создается максимальное давление, составляющее 1,6 — 2 МПа.

Если оси центров центрового отверстия перекошены, имеют погрешность формы или несоосны, то происходит поворот их осей на угол а и сжатый воздух через кольцевую щель выходит в атмосферу (рис. 3). При этом давление в измерительной цепи падает. Перемещением в вертикальной и горизонтальной плоскости осей центров передней и задней бабок можно добиться такого их положения, когда давление в расходной цепи будет максимальным, а плотность контакта конусных поверхностей центра и центрового отверстия полной.

Устройство позволяет определить отклонение от соосности центров, исключить погрешность расположений конусов на заданной длине оправки и устранить прецессию оси вращения детали, и тем самым в целом повысить точность обработки и измерения.

На рис. 4 представлена схема для расчета кольцевого зазора между конусными поверхностями баз.

Для упрощения расчётов примем изменение площади сечения при повороте в виде цилиндрической формы. По теореме синусов найдем отрезок АВ при повороте конусов на угол а. Будем считать, что

камера

Рис. 3. Измерение плотности контакта базовых поверхностей

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

133

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

Таблица 1

Расчет угла поворота конусной поверхности центра

АВ, мкм а, радианы а, градусы

25 0,001 0,056

75 0,0029 0,167

125 0,0049 0,279

175 0,0068 0,391

225 0,0088 0,503

275 0,0108 0,616

325 0,0127 0,729

375 0,0147 0,842

425 0,0167 0,955

475 0,0187 1,069

АВ

л/3

• С

л/3 1 . '

----• соє а +— бій а

2 2

(5)

Рис. 4. Схема для расчета кольцевого зазора

диаметр сечения при повороте уменьшиться на эту величину, и тогда зазор определится как разность площадей круга (В—В1) при совпадении осей, где В — это наибольший диаметр на центровом отверстии, а В1 вновь образованный диаметр, равный: В 1 = В— —АВ (рис. 4).

Из треугольника АВС:

где С стия.

высота конусной части центрового отвер-

73 1 .

-----• соє а +— • бій а

2 2

л/3

• С

АВ

л/3 х 1

------сід а +—

2 2

л/3

• С

АВ

(6)

(7)

АВ

АС

где

БІпа бій АВС

zABC = 180° - (60 + а) = 120 - а,

бій АВС = єіп(120 - а) =

= бій 120° • соє а - соє 120° • бій а

л/3 1 .

=----соє а +— бій а

22

(2)

(3)

Следовательно:

(4)

л/3 • с1д а + 1 л/3 • сід і сід а =

4

13'

АВ

= 4 • С

= л/3 • АВ ~

4 • С 1

тогда:

3 • АВ л/3 Зависимость угла а от отрезка АВ:

(8)

(9)

(10)

2

2

Б1П а

2

С

1

а, гра^ пусы

АВ . мкм

25 75 125 175 225 275 325 375 425 475

Рис. 5. Зависимость смещения осей центров от зазора между конусными поверхностями

Рис. 6. Регулировка положения осей центров

4 • С 1

а = агсс1а(-----------------т=)

3 • АВ л/э

(11)

Рассчитаем угол поворота конусной поверхности центра а при диаметре Д = 0,025 м и С =0,0193 м и значениях зазора АВ, полученных экспериментально, от 0 до 500 мкм (табл. 1).

Построим график зависимости изменения зазора в месте контакта центра и центрового отверстия от поворота конусной поверхности центра (рис. 5). Используя полученные значения, можно осуществить регулировку положения осей центров для обеспечения их соосности (рис. 6). Для осуществления регулировки необходимо произвести поворот одного из центров в горизонтальной плоскости, а при необходимости и вертикальное перемещение. В качестве регулируемого элемента используется, как правило, задняя бабка станка или измерительного устройства.

При перемещении пиноли с центром в вертикальной плоскости под основание бабки, на основании измерений устанавливают прокладки необходимого размера. В случае необходимости поворота центра с пинолью прокладки устанавливают на поверхность направляющей станины, служащей для продольного перемещения бабки. Прокладки располагают не по всей длине каретки, а только в её крайних точках, которые определяются направлением поворота.

Осуществляя таким образом регулировку, можно добиться показаний пневматических преобразовате-

лей, которые будут соответствовать максимальному значению в измерительной системе. В этом случае обеспечивается соосность центров, и как следствие повышается точность обработки цилиндрических деталей за счёт устранения погрешностей формы.

Библиографический список

1. Чудов, В. А. Размерный контроль в машиностроении / В. А. Чудов, Ф. В. Цидулько, Н. И. Фрейдгейм — М. : Машиностроение, 1982. — 328 с.

2. Ломова, О. С. Влияние погрешности положения центров станка на характер радиального смещения оси детали / О. С. Ломова, А. П. Моргунов, С. М. Ломов // Технология машиностроения. - 2010. - № 8 (98). - С. 11-14.

3. Волосов, С. С. Приборы для автоматического контроля в машиностроении / С. С. Волосов, Е. И. Педь - М. : Машиностроение, 1970. - 310 с.

4. Кован, В. М. Основы технологии машиностроения / В. М. Кован [и др.]. - М. : Машиностроение, 1985. - 492 с.

ЛОМОВА Ольга Станиславовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Нефтехимическое оборудование и технологии».

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира , 11, кафедра НХОиТ.

Статья поступила в редакцию 31.10.2011 г.

© О. С. Ломова

Книжная полка

Иванов, И. С. Технология машиностроения : учеб. пособие для вузов по специальности 150406 «Машины и аппараты текстильной промышленности» / И. С. Иванов. - М. : ИНФРА-М, 2009. -191 с. - ISBN 978-5-16-003630-4.

Изложены основные положения технологии машиностроения, рассмотрены вопросы технологичности конструкции изделий и деталей, методы получения заготовок деталей машин и расчета припусков, вопросы базирования деталей машин, точности механической обработки, качества поверхностного слоя. Приведена методика разработки технологических процессов механической обработки и сборки.

Поляков, С. Н. Автоматизированное проектирование трубопроводных систем : конспект лекций / С. Н. Поляков ; ОмГТУ. - Омск, 2010. - 46 с.

Конспект лекций предназначен для изучения дисциплины «Информатика» студентами, обучающимися по специальности 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехра-нилищ».

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ