книги / Надежность и диагностика технологических систем

Рис. 2.7. Ф изическая модель процесса обработки и формирования параметрического отказа на станках с Ч П У

Знаки «плюс» и «минус» указывают направление действия погрешностей. При «плюсе» размер детали увеличивается, при «минусе» — уменьшается. В зависимости от величины и на­ правления действия погрешностей вершина резца может вы хо­ дить за поле допуска 5 во всем его диапазоне как в (+Ax), так и в (-A i), что приводит в первом случае к исправимому браку, а во втором — к неисправимому. Чтобы предотвратить отказ по точности, надо в зоне 5П.И(период Гп.и) давать подналадочный импульс в направлении «минус», т.е. к детали, тем самым уве­ личивая допуск +6Х. Величина Гпр является предельно допусти­ мым временем подналадки.

задача. Компенсировать воздействие каждого фактора на точ­ ность практически невозможно, да и нецелесообразно. Есть более рациональный способ: определить и оценить степень влияния конкретных погрешностей (повреждений) станка на погрешно­ сти изготовляемой детали и на основе анализа результатов при­ нять эффективные меры по повышению точности.

Т е х н и ч е с к а я с и с т е м а

Рис. 2.8. Влияние вы ходны х параметров элементов на работоспособность технической систем ы

Влияние конкретной (i-й) погрешности станка A’f на погреш ­ ности детали AJ можно оценить, используя коэффициенты влия­ ния Кв, по формуле

А? = К ВД?.

Это влияние может носить прямой или косвенный характер. Кроме того, важно определить направление действия каждой погрешности. Если это направление «от детали», то погрешность станка увеличивает размер изготовляемой детали, если «к дета­ ли», то уменьшает размер и приводит к неисправимому браку. Например, смещение шпинделя токарного станка из-за тепловых

деформаций вдоль оси Z на величину Дстт передается на деталь (погрешность А?.) и приводит к неисправимому браку (рис. 2.9, а), так как срезается лишний слой металла:

дстт =ддт =гт-/ф,

где 1ф— фактический размер заготовки после обработки; 1Т— увеличенный размер заготовки из-за тепловых деформаций станка (удлинения шпинделя).

Рис. 2.9. Влияние погрешностей токарного станка с ЧПУ на погрешности детали:

а— при смещении шпинделя из-за тепловых деформаций вдоль оси Z\

б— из-за погрешностей направляющих в горизонтальной плоскости;

в— из-за износа направляющих в вертикальной плоскости

В этом случае Кв = 1.

Из-за непрямолинейности направляющих (рис. 2.9, б) возни­ кают геометрические погрешности станка А™, которые передают­ ся на деталь в виде двух погрешностей — погрешности размера детали Д$ и погрешности формы Д^,(при этом Д} = и Кв = 1).

Износ направляющих в вертикальной плоскости (рис. 2.9, в) приводит к геометрическим погрешностям станка Д^, из-за ко­ торых фактический радиус детали Дф отличается от теоретиче­ ского Rg, при этом JR(p > Rg и К < 1. В этом случае погрешность Д” передается на деталь в виде двух погрешностей — погрешности размера и погрешности формы (бочкообразность).

При фрезеровании плоскости (например, торцовой фрезой) по­ грешность станка Д*т по оси Z в вертикальной плоскости (рис. 2.10)

76 2. Физические основы теории надежности

из-за непрямолинейности хода салазок (кривая I ) вдоль попе­ речной оси У полностью передается на деталь (при этом Кв = 1), а погрешность станка (кривая 2) не передается. При обработ­ ке контура детали (например, пальцевой фрезой вдоль оси У), наоборот, погрешность станка в горизонтальной плоскости (кривая 2) полностью передается на деталь (Кв = 1 ).

А " мкм

У,

мкм

Рис. 2.10. Непрямолинейность хода салазок вертикально-ф резерного станка с ЧПУ вдоль оси У в вертикальной 1 и горизонтальной 2 плоскостях

При фрезеровании плоскости вдоль оси X (рис. 2.11) погреш ­ ности станка из-за непрямолинейности А1* (кривая 1) и непараллельности А^ (кривая 2) хода салазок в вертикальной плоскости передаются на деталь одновременно в виде суммарной погреш ­ ности = А1*+ А** В этом случае J^Af = Алг и Кв > 1.

Как видно из простейшего примера, нельзя судить о точно­ сти станка (и точности обработки) по отдельным погрешностям. Из-за взаимодействия погрешностей (их сложения) при обработке с детали будет сниматься слой металла (заштрихованная область на рис. 2.11), превыщающий значения нормированных погрешно­ стей станка.

Рис. 2.11. Непрямолинейность 1 и непараллельность 2 хода стола вертикально-фрезерного станка с ЧП У в вертикальной плоскости

Д л я обеспечен и я надеж ности, стабильности и производитель­ н о ст и п р оц ессов м ехан ообр аботк и н еобходи м о: учиты вать взаи­ м од ей ств и е, взаим овлияние и, что особенно важ но, направление д ей ств и я п огр еш н остей ; знать м еханизм перехода погреш ностей ста н к а на детал ь по к а ж д ом у к он к ретн ом у парам етру точн ости ; оц ен и ть р ол ь и вел и чи н у коэф ф и ц и ентов влияния Кв.

Направляющие станков делаются специально немного выпук­ лыми вверх. Поэтому при их износе погрешности по оси Z вначале уменьшаются (до линии 0 — У), а затем начинают возрастать. За счет выпуклости искусственно увеличивается резерв времени на износ направляющих и снижается его влияние на точность.

У станков с ЧПУ вертикальной компоновки смещение (вектор) шпинделя из-за тепловых деформаций направлено «от колонны», т.е. вдоль оси У (рис. 2.12, а). Основные причины тепловых дефор­ маций — это энергия от вращающихся электродвигателей, трения шестерен в коробках передач и подшипниках. Смещение шпин­ деля вдоль оси У зависит в первую очередь от частоты вращения, носит случайный характер и достигает значительных величин (рис. 2.12, б). Особенно значительные отклонения шпинделя на­ блюдаются в течение первых пяти часов работы (примерно до 100 мкм). Затем наступает некоторая стабилизация.

При обработке пальцевой фрезой поверхности ВС (рис. 2.12, в) фреза движется вдоль продольной оси X , а отклоняется вдоль поперечной оси У, т.е. «от колонны». Погрешность станка от те­ пловых деформаций ДтТ направлена «к детали». Фактический размер /ф становится меньше запрограммированного (теорети­ ческого /т) на величину Ас*, т.е. 1?-1ф= А?. В данном случае по­ грешность станка А®т полностью передается на деталь (Кв = 1). Если значение Ас* превысит установленную предельно допусти­ мую величину, то произойдет отказ по точности, а брак будет неисправимым, так как с заготовки будет снят лишний слой ме­ талла, равный величине А™.

При обработке поверхности AD (рис. 2.12, г) фактический размер /ф будет больше теоретического 1Гна величину ДтТ, т.е. 1ф—1Т= А? (при этом Кв = 1). В случае брака он будет исправи­ мым.

При обработке поверхности CD (рис. 2.12, д) погрешность А? = 0, так как конструкция станка относительно поперечной оси У термосимметрична и отклонений шпинделя и колонны

Рис. 2.12. Смещение шпинделя вертикально-фрезерного станка

сЧПУ из-за тепловых деформаций:

а— отклонение (вектор) шпинделя от колонны: 1 — стол; 2 — приспособле­ ние; 3 — заготовка; 4 — бабка; б — величина смещения шпинделя при час­ тотах вращения (200...1600 мин -1); в, г, д — влияние отклонения шпинделя на погрешность детали при обработке поверхностей ВС, A D , CD

вдоль продольной оси X нет. Это свойство термосимметрично­ сти можно использовать для повышения точности обработки за счет оптимальной ориентации заготовки при ее установке для обработки.

Рис. 2.13. Влияние тепловых деформаций А,, вертикально-фрезерного станка с ЧПУ на точность обработки:

IfH 1ф— теоретический и фактический размеры детали; Дд — погрешность детали

Смещение шпинделя вдоль оси Y (вектор «от колонны») за­ висит от частоты его вращения. На рис. 2.14 смещение шпинде­ ля во времени при различных частотах вращения представлено в виде номограмм, где по оси абсцисс отложены частота л, а по оси ординат — смещение шпинделя во времени. При т = 1...5 ч закон смещения близок к линейному и для диапазона частот л - - 400...1600 мин”1 может быть приближенно описан уравнения­ ми вида: