Лекция_11_05_Диагностика точности (1261622)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Тема:

ДИАГНОСТИКА ТОЧНОСТИ И ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ ПО ТРАЕКТОРИИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Показатели для оценки точности. Качество ШУ в первую очередь обусловлено точностью и сохранением этой точности во времени, т.е. параметрической (точностной) надежностью. Именно эти показатели определяют возможности и область применения ШУ характеризуют уровень его качества.

Анализ процессов формообразования на станках различного техно- логического назначения показывает, что основными выходными параметрами станка, как элемента технологической системы, должны быть характеристики точности заданных движений формообразующих узлов станка.

Выбор показателей для оценки качества ШУ по параметрам точности зависит от требований, предъявляемых к обрабатываемым заготовкам, и от той доли, которую вносит ШУ в образование погрешностей обработки.

Выходные параметры ШУ должны полностью характеризовать точность его формообразующих движений и оценивать отклонения от тех идеальных траекторий, при осуществлении которых станок не влиял бы на образование погрешностей обработки.

Существуют три способа выбора выходных параметров станка:

- оценивают параметр траекторий формообразующих узлов станка, влияющие на точность обработки (траектории при этом относят к установочным базам станка, определяющим положение заготовки, приспособления и инструмента);

- используют векторное описание положений установочных баз станка (наряду с параметрами траекторий);

- оценивают суммарное влияние параметров траекторий рабочих органов станка на формирование так называемого «геометрического образа» обрабатываемой заготовки, позволяющего получить идеализированное представление о точностных возможностях станка без учета влияния на точность других компонентов технологической системы.

В основу методического подхода к установлению параметров ШУ положена оценка характеристик траекторий выбранных фиксированных опорных точек шпинделя, а также векторное описание установочных баз шпинделя.

Опорные точки выбирают из условия, что их координаты в каждый момент времени должны однозначно определять положение шпинделя в пространстве, характеризуя тем самым положение закрепленной на нем заготовки или инструмента. Поэтому опорные точки следует располагать на установочных базах шпинделя, определяющих положения заготовки, приспособления или инструмента. Число опорных точек и их расположение зависит от метода обработки, типа станка, вила движения шпинделя, способа закрепления заготовки или инструмента на шпинделе.

Анализ различных исполнений передних концов шпинделей показывает, что в большинстве случаев базой для крепления приспособления или инструмента служит наружный или внутренний конус либо плоскость переднего торца. Эти случаи расположения опорных точек показаны на рисунке 1 .

Рис.1. Опорные точки шпинделя для конической установочной базы (а) и плоской (б) и траектории опорных точек (б,г)

Для оценки точности движения шпинделя в общем случае необходимо исследовать пространственные траектории трех опорных точек. Если базой служит конус (рис. 1, а), то две точки из трех следует размешать на конической поверхности; если базой является плоскость торца (рис. 1, б), то точки не должны лежать на одной прямой. Желательно, чтобы одна точка совпадала с передним концом оси шпинделя.

При использовании конусов для крепления приспособления или инструмента на шпинделе следует иметь в виду, что дополнительные погрешности вносят отклонения расположения конуса относительно тела шпинделя, отклонения формы конической поверхности и жесткость конического соединения, а это приводит к неопределенности положения приспособления или инструмента.

Рациональным способом оценки точности ШУ является изучение поведения в пространстве характеристического вектора R. Начало вектора находится в опорной точке на пересечении оси шпинделя с плоскостью установочной базы переднего конца шпинделя (риc. 2). Вектор перпендикулярен к плоскости установочной базы (касателен к оси шпинделя в указанном месте расположения опорной точки).

Рис. 2. Характеристический вектор R и его координаты

Характеристический вектор R является интегральным показателем имеющихся погрешностей в положениях шпинделя. В положениях совпадающей с началом вектора опорной точки в перпендикулярной вектору плоскости проявляются все погрешности, связанные с погрешностями опор, с деформацией тела шпинделя, со смешением шпинделя в пространстве под действием тепловых процессов и т.п.

Траектории этой опорной точки полностью определяют динамическое качество ШУ. Положение же указанной плоскости в большинстве случаев определяет его возможности в достижении требуемой точности обработки.

Для вероятностной оценки поведения ШУ необходимо исследовать статистические характеристики параметров пространственных траекторий опорных точек, которые являются результатом накопления отдельных реализаций. Отклонения реальных траекторий связаны со смещением шпинделя под действием всего комплекса внешних и внутренних факторов и проявляются как случайные функции, так как вызывающие их факторы тоже случайны. Анализ траекторий позволяет выявить ожидаемые точностные характеристики и их изменение под действием практически каждого из факторов.

Траектории опорных точек при прогнозировании и при натурных испытаниях образуют ансамбли (совокупности) траекторий. Эти ансамбли могут иметь различный вид, отражающий статистическую природу явлений. На рисунке 3 приведены типичные ансамбли реализаций для ШУ с вращательным движением.

Рис. 3. Ансамбли траекторий вращательного движения шпинделя

Узкополосный ансамбль траекторий (рис. 3, а) характерен при превалирующем влиянии геометрической неточности опор. Широкополосный ансамбль (рис. 3, б) характерен для случаев, когда основное влияние на смещение траекторий по отношению к начальному положению оказывают внешние силовые воздействия. Миграция ансамбля (рис. 3, в) вызвана, как правило, тепловыми процессами.

Реализация любого ансамбля связана с параметрами точности конкретной заготовки, обрабатываемой на станке, ансамбль реализаций - с партией обрабатываемых заготовок. Поэтому необходимо выявить и регламентировать параметры траекторий, которые определяют те или иные виды погрешностей, возникающих на обрабатываемых поверхностях.

Погрешности обработки принято подразделять на следующие основные виды: погрешность размеров, отклонения взаимного расположения поверхностей, погрешность формы, волнистость поверхности, шероховатость поверхности. При назначении номенклатуры параметров траекторий шпинделей необходимо учитывать их взаимосвязь с погрешностью обработки.

Связанные между собой погрешности обработки детали и выходные параметры шпинделя зависят от метода обработки и кинематики процесса формообразования. Шпиндель станка совершает либо одно вращательное, либо вращательно-поступательное движение. В общем виде параметры траекторий шпинделя влияют на точность обработанных деталей следующим образом.

При вращательном движении шпинделя траектории опорных точек представляют собой совокупность периодических кривых, разложение которых в ряд Фурье позволяет выделить параметры, определяющие и размер, и форму, и волнистость, и шероховатость поверхностей. Именно для ШУ наиболее целесообразен гармонический анализ траекторий, особенно при закреплении на нем заготовок.

Профиль обработанной детали заданного радиуса R₀ показан на рисунке 4 а, б. В общем случае имеют место искажения формы (I) поперечного сечения (здесь трехгранность), волнистость (II) и шероховатость (III). Траектория движения опорной точки шпинделя (рис. 4, в) на том же радиусе R₀ отражает обработанный профиль, хотя и не полностью идентична ему, так как сказывается еще и влияние траектории движения инструмента (рис. 4 в, г).

Рис. 4. Связь траекторий опорных точек и формы поверхности детали: а, б – сечение детали; в, г – траектории опорной точки шпинделя

При анализе траектории отклонение ΔR текущего радиуса R от номинального удобно рассматривать в полярной системе координат:

ΔR=R- R₀=f(φ), (1)

где f(φ) - характеризует погрешность в функции текущего угла φ.

При разложении функции (1) в ряд Фурье с ограниченным числом членов ее представляют в виде тригонометрического полинома:

(2)

где C_k - амплитуда k-й гармоники; φ_k начальная фаза; n - порядковый номер высшей гармоники полинома.

Для ШУ разложение в ряд Фурье справедливо и в квазистационарных случаях, когда коэффициенты разложения представляют собой функции, медленно меняющиеся во времени. Показать возможность представления траектории опорной точки шпинделя в виде сходящегося ряда с медленно меняющимися во времени коэффициентами нетрудно, для чего необходимо провести усреднение во времени за один оборот шпинделя.

Точность получаемого размера связана в каждый момент времени с точностью положения шпинделя. Поскольку всякое отклонение шпинделя приводит к возникновению погрешности диаметра обтачиваемой поверхности, то параметры траекторий в первую очередь должны учитывать отклонения шпинделя от заданной траектории, т.е. точность его положения в процессе обработки. Согласно разложению Фурье нулевой член C₀ отражает значения погрешности размера, представляя собой среднее значение функции f(φ) за период 2π. т.е. C₀=(ΔR)_ср.

Первый член разложения C₁(cosφ+φ₁) отражает несовпадение центра вращения шпинделя О' с геометрическим центром траекторий О (рис. 4 в), определяя эксцентриситет е = ОО' и характеризуя погрешность в отклонении расположения обработанных поверхностей.

Точность формы является одним из основных требований при изготовлении прецизионных деталей, так как именно форма поверхности во многом определяет их эксплуатационные характеристики. Характеристики формы траекторий шпинделя, как правило, и определяют погрешность формы обработанной поверхности (рис. 4).

Достижение высокой точности формы обрабатываемых поверхностей является более сложной задачей, чем обеспечение точности размера. Имеет место разнообразие возможных изменений формы поверхности в пределах заданного допуска на размер: поперечное сечение при выдержанном отклонении от круглости может иметь овальность, трехгранность или многогранность. Соответственно эти характеристики и должны быть отражены параметрами траекторий.

Члены ряда, начиная со второго, определяют характеристику формы траектории шпинделя, которая непосредственно связана с формой поверхности обрабатываемой заготовки. Второй член ряда C₂cos(2φ+φ₂) выражает овальность профиля, третий – C₃cos(3φ+φ₃) - огранку с трехвершинным профилем и т.д.

Требования к точности формы обработанных деталей типа тел вращения, как правило, не включают привязку профиля по фазе, поэтому значение члена φ_k в выражении (2) несущественно и его можно не рассматривать при оценке качества ШУ. В случае необходимости можно считать, что фаза имеет равномерное распределение в интервале от 0 до 2π.

Таким образом, при обработке заготовок с требованиями к форме поверхности необходимо регламентировать соответствующие выходные параметры шпинделя. Для периодического профиля траектории это будет значение амплитуды данной гармоники, т.е. C₀, С₁, С₂ и т.д., или полностью характеристики гармоник C_kcos(k,φ), например C₆cos6φ.

Волнистость поверхности занимает промежуточное положение между отклонениями формы и шероховатостью поверхности. Она представляет собой периодические неровности, расположенные на некотором расстоянии, и является одной из характеристик поверхности обработанной детали. Шаг волнистости больше шага микронеровностей, характеризующих шероховатость.

Периодические составляющие в траектории движения шпинделя являются причиной волнистости. Она может быть вызвана и более сложными явлениями, например динамическим состоянием системы в процессе резания, когда возможно генерирование автоколебаний.

Таким образом, члены разложения ряда, начиная с некоторого m, характеризуют волнистость траектории шпинделя и соответственно волнистость обработанной поверхности.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций