metoda_KATP_DZ (ДЗ)

Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана

Факультет «Машиностроительные технологии»

Кафедра «Технологии машиностроения»

А.П. Яковлева, Л.В. Савельева, А.В. Зайцев,

Иванова Ю.С., Галий В.В.

Комплексная автоматизация технологических процессов

Электронное учебное пособие

Учебное пособие для выполнения домашнего задания по дисциплине «Комплексная автоматизация технологических процессов»

Москва

(С) 2018 МГТУ им. Н.Э. БАУМАНА

УДК 621.9

ББК 34.5-5

Рецензенты:

Яковлева А.П., Савельева Л.В., Зайцев А.В., Иванова Ю.С., Галий В.В.

Комплексная автоматизация технологических процессов. Электронное учебное издание. Учебное пособие для выполнения домашнего задания по дисциплине «Комплексная автоматизация технологических процессов» - М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2018. 68 с.

Пособие содержит описание и анализ особенностей возникновения составляющих погрешностей обработки в условиях комплексной автоматизации. Подробно рассмотрена методика выполнения домашнего задания для конкретной детали.

Для студентов МГТУ имени Н.Э. Баумана специальности 151701 "Проектирование технологических машин и комплексов".

Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК «Машиностроительные технологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана

Яковлева Анна Петровна

Савельева Любовь Викторовна

Зайцев Александр Вячеславович

Иванова Юлия Сергеевна

Галий Валентин Владимирович

Комплексная автоматизация технологических процессов

© 2018 МГТУ имени Н.Э. Баумана

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ И СПОСОБЫ ИХ УМЕНЬШЕНИЯ

Погрешности обработки, связанные с упругими деформациями технологической системы

Возникновение и проявление погрешности, обусловленной упругими деформациями технологической системы в условиях автоматизации существенно зависит от структуры операции и кинематики формообразования.

Рассмотрим проявление этой погрешности для условий параллельной и параллельно-последовательной многоинструментальной обработки. В этом случае на заготовку одновременно или периодически воздействуют несколько инструментов. Выделяют следующие две наиболее характерные схемы нагружения заготовки силами резания:

• при односторонней параллельной или параллельно-последовательной обработке:

• при многосторонней параллельной обработке

Случай односторонней параллельной или параллельно-последовательной обработки (обработка на многорезцовых станках с продольным суппортом (рис.1, а), обработка одной многошпиндельной головкой на агрегатном станке (рис. 1, б). В этом случае на заготовку действует суммарная сила резания, которая всегда является неуравновешенной.

Рис. 1. Односторонняя параллельная или параллельно-последовательная обработка: а – на многорезцовых станках с продольным суппортом; б – обработка многошпиндельной головкой на агрегатном станке

Возможны два варианта работы инструментов.

1. Все инструменты одновременно вступают в работу и одновременно ее заканчивают. Это используют когда длины каждой обрабатываемой ступени (вала) одинаковы (рис. 1, a): или когда одинакова длина обрабатываемых отверстий (рис. 1, б). Детали с такими конструктивными характеристиками встречаются достаточно редко.

2. Инструменты начинают и заканчивают обработку в разное время.

Например, при первым вступает в работу резец 1, затем одновременно вступают в работу 2ой и 3ий резцы и, наконец, в определенный момент вступает резец 4.

В первом варианте, при обработке штучной заготовки, с достаточной степенью достоверности, можно считать, что результирующая сила резания имеет постоянную величину.

Во втором варианте результирующая сила резания меняется скачкообразно по мере вступления (выхода) инструментов в работу. В результате на обрабатываемых поверхностях образуются ступеньки. Этот случай представляет собой сочетание ряда случаев рассмотренных выше, поэтому расчет погрешности и величины ступенек по отдельным поверхностям можно выполнить по приведенной далее методике.

Случай многосторонней параллельной обработки (рис. 2).

В этом случае, так же определяют результирующую силу резания, однако в отличие от первого случая, здесь возможна взаимная компенсация сил резания по отдельными инструментам и как следствие уменьшение погрешности. Инструменты либо одновременно вступают (выходят) в работу, либо периодически.

Основным направлением уменьшения погрешности, в этом случае, является реализация принципа взаимной компенсации сил резания по отдельным элементам для максимального уменьшения результирующей силы.

Это достигается различными способами (рис. 2).

1. Создание рациональных компоновок. В первом варианте (рис. 2, а) компоновка выбрана неудачно. Во втором варианте (рис. 2, б) обеспечивается взаимная компенсация сил резания. Варьируя при этом режимами резания, можно свести к минимуму результирующую силу и момент резания, действующие на заготовку.

Рис. 2. Многосторонняя параллельная обработка: а – неудачная компоновка с низкой жесткостью ТС; б – компоновка с компенсацией сил резания; в – точение тремя резцами; г – наладка восьмишпиндельного токарного полуавтомата.

1. Целенаправленное применение многосторонней обработки отдельной поверхности. В частности, для растачивания отверстий применяют двух (много-) резцовые блоки как с жестким, так и с плавающим креплением. На рис. 2, в показан пример точения вала с низкой жесткостью тремя резцами. Уравновешивание сил резания на каждом резце при этом обеспечивается либо равномерным распределением припуска по каждому резцу (метод деления глубины резания), либо методом деления подач когда каждый резец снимает весь припуск; подачу в этом случае увеличивают в 3 раза. Этот метод существенно повышает и точность, и производитель­ность обработки.

2. Проектирование рациональных условий для выполнения операции. Варьируемыми факторами здесь являются инструментальные наладки для совмещения переходов, режимы резания и т.д. На рис. 2, г показан пример наладки восьмишпиндельного токарного полуавтомата. Здесь наибольшее влияние на точность обработки оказывает упругий поворот планшайбы под действием результирующей тангенциальной составляющей силы резания относительно планшайбы. Поэтому задачу формулируют так: назначить содержание операции при реализации, которой суммарная тангенциальная составляющая силы резания относительно планшайбы (момент действующей на планшайбу) стремиться к нулю.

Решение этой задачи обеспечивают рациональным распределением переходов по позициям станка (проектированием рациональных наладок в каждой позиции) и назначением рациональных режимов резания.

В заключении следует отметить, что основным направлением обеспечения требуемой точности рассмотренных вариантов обработки является назначение рациональных (оптимальных) условий выполнения операций на базе расчетно-аналитического метода определения ожидаемой точности.

Рассмотрим влияние кинематики формообразования на специфику образования погрешности от упругих деформаций технологической системы. При обработке поверхностей с криволинейными образующими на гидрокопировальных токарных станках и токарных станках с Ч ГГУ образуется непрерывное изменение величины главного и вспомогательного углов в плане в процессе резания (рис. 3, а). Это обуславливает непрерывное изменение состав­ляющих силы резания в процессе резания (рис. 3, б). Непрерывное изменение составляющих силы резания обуславливает изменение упругих отжатий в разных поперечных сечениях обрабатываемой заготовки, положения которых характеризуется углом обхвата (см. рис. 3, а). В результате образуется погрешность формы криволинейной поверхности. Кроме этого здесь проявляется еще один специфический момент. В обычных условиях токарной обработки податливость суппорта является постоянной величиной как при обработке единичной заготовки, так и при обработке партии деталей. В рассматриваемом случае это не так. В процессе обработки криволинейной поверхности непрерывно изменяется не только величина равнодействующей осевой и радиальной состав­ляющих силы резания (рис. 4, а) но и её направление (рис. 4, 6), которое характеризуется углом её наклона к оси детали . Последнее обстоятельство как раз обуславливает изменение подат­ливости суппорта при обработке единичной заготовки (рис. 5). В свою очередь это является причиной возникновения дополнительной погрешности формы.

Математической обработкой результатов экспериментов можно получить расчетные зависимости для определения сил резания при углах обхвата :

Коэффициенты А, В, С – значения соответствующих составляющих силы резания при точении цилиндрической поверхности: при , . . Поэтому они определяются по обычным формулам сил резания, приведенных в справочной литературе.

При углах наклона β равнодействующей в пределах податливость суппорта в направлении действия этой силы по углу , близка к

Рис. 3 Обработка криволинейной поверхности: а – расчетная схема; б – зависимость величины составляющих сил резания от угла обхвата

Рис. 4. Зависимости составляющей силы резания и ее направления от угла обхвата: а – изменение величины составляющей , силы резания; б – изменение угла β наклона составляющей силы резания к оси детали X.

Рис. 5. Зависимость изменения податливости суппорта от угла β наклона равнодействующей силы резания к оси X детали

линейной. Эмпирическая зависимость величины податливости суппорта , мкм/кг: