Лекция_11_05_Диагностика точности (1261622), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Шероховатость поверхности в основном зависит от динамического состояния упругой системы станка. Колебания формообразующих узлов характеризуются широким спектром частот и соответствующих амплитуд. Высокочастотные составляющие траекторий заготовки и инструмента определяют микрорельеф поверхности, характеристики которого связаны с ними сложными зависимостями. Поэтому регламентацию выходных параметров ШУ, связанных с шероховатостью обработанных поверхностей, целесообразно осуществлять путем гармонического анализа траекторий и ограничения соответствующих параметров составляющих гармоник. Следовательно, члены разложения, начиная с некоторого номера n (где n » m), оценивают высокочастотные составляющие, связанные с шероховатостью обработанных поверхностей.

Число учитываемых членов при гармоническом анализе траекторий зависит от требований, предъявляемых к обрабатываемой заготовке. Часто бывает достаточно учесть три-четыре первых члена ряда. Могут регламентироваться также члены высокочастотных составляющих, влияющих на волнистость и шероховатость поверхности - Cm и Cn, где m » k и n » m. В этом случае должны быть проведены предварительные эксперименты для выявления тех высокочастотных составляющих, значения амплитуд которых одного порядка с высотой неровностей шероховатой поверхности. В формировании поверхности участвуют именно они.

Следует иметь в виду, что траектория движения шпинделя может быть достаточно сложной (рис. 5) и содержать как периодические, так и апериодические составляющие.

и)

Рис. 5. Типичные траектории движения опорной точки шпинделя

Начало движения характеризуется переходом шпинделя из состояния покоя к заданной угловой скорости. Как правило, имеет место спиральная траектория, хотя в ряде случаев она может иметь более сложный характер (рис. 5, а-в).

При установившемся движении наиболее типично движение центра шпинделя по эллипсу, который для прецизионных станков имеет малые размеры (0.5-2 мкм) и п форме приближается к окружности (рис. 5, г).

Движение по сложным траекториям типа «фигуры Лиссажу» характерно для шпиндельных узлов малой жесткости и в зонах, близких к резонансным (рис. 10, д-з). Неустановившееся хаотическое движение показано на рис. 5, и.

Во время работы ШУ могут меняться параметры опор, влияющие на характер движения шпинделя (например, давление воздуха в газостатических опорах), что влечет за собой изменение траектории.

Имеет место также тренд траектории в пространстве, вызванный в основном тепловым деформированием корпусных деталей.

Рис. 6. Выбор опорной точки для шпинделя, совершающего вращательно-поступательное движение

Для характеристики параметров точности ШУ, совершающего вращательно-поступательное движение с закрепленным инструментом, достаточно одной опорной точки, совпадающей с вершиной резца (рис. 6).

На рисунке 7 показаны различные виды реализаций траекторий закрепленного на шпинделе инструмента при его вращательно-поступательном движении в плоскости XZ, где ось Z определяет направление движения, а ось X - отклонения в плоскости XZ от заданного движения (масштабы по осям X и Z различны).

Точность положения инструмента по оси X, а следовательно, и доля ШУ в образовании погрешности размера может быть оценена параметром х₁₃= х_р - размахом траекторий - наибольшим расстоянием между координатами траектории по оси X.

Точность положения шпинделя в ряде случаев определяют начальным положением траектории, когда вспомогательный механизм выводит ШУ станка в исходное положение. Например, в многошпиндельных автоматах поворотно-фиксирующие механизмы подводят ШУ с заготовкой или инструментом в заданную позицию, фиксируют его положение перед обработкой, и уже после этого начинается движение формообразования, осуществляемое шпинделем. В этом случае координата начала траектории х₁₄ = Δх является одним из параметров, характеризующих заданное положение инструмента и смещение от него по оси Z. Смещение траектории можно также оценивать параметром z₁₄ = х - координатой, характеризующей удаленность траектории от оси Z.

При определенных методах обработки точность положения шпинделя должна быть выражена не только по оси X, но и по оси Z (например, обработка уступа при растачивании отверстия на координатно­ расточном станке. Тогда точность позиционирования шпинделя, но окончании его поступательного движения будет определять параметр х₁₅ - координата конца траектории Z = L или отклонение ее от заданного значения z_o , т.е. х₁₅=Δz = z₀ - z.

В качестве параметров траекторий, характеризующих форму обработанной поверхности, удобно принимать наклон средней линии профиля по отношению к оси Z – х₁₅ = tgβ (рис.2.6), который будет характеризовать конусообразность для цилиндрических поверхностей или неплоскостность для торцовых.

Рис. 7. Типичные реализации (а-д) траекторий в плоскости XZ' при вращательно-поступательном движении шпинделя

Другой характеристикой формы траектории может быть ее наибольший по модулю наклон по отношению к оси Z, выраженный, например, в виде х₁₇ = tgα_max = |dx|dz|_max. Могут быть назначены и другие характеристики профиля траектории в зависимости от тех требований, которые предъявляют к форме обрабатываемой поверхности.

Если траектория имеет периодические волны в направлении оси z (рис.2.6, д), то их можно оценить шагом волн х₁₈ = В и их амплитудой х₁₉ = а_max.

При наличии в траектории периодических высокочастотных составляющих с целью оценки шероховатости поверхности возможна регламентация их амплитуд х₂₀ = а_W, а в ряде случаев и других их характеристик, например шагов х₂₁ = t_W.

Выбор номенклатуры выходных параметров ШУ - ответственный этап. Необходимо найти оптимальное число регламентируемых параметров как компромисс между сложностью прогнозирования и достоверностью оценки точности и параметрической надежности узла. В общем случае чем выше требования к точности изделия, тем большим числом выходных параметров должно оцениваться качество ШУ.

При установлении номенклатуры выходных параметров ШУ положение установочной базы целесообразно задавать положением перпендикулярного ей характеристического вектора R в пространстве (рис.2.1), тогда все изменения установочной плоскости, определяющей положение заготовки, задают координатами начала вектора R(Δx, Δу, Δz), и его положением в пространстве (углы Δφ и Δψ). Т.е. в общем случае ШУ характеризуют пять показателей и каждый из них может оцениваться одним или несколькими выходными параметрами.

Если задачу сводят к плоской, как, например, для токарного станка, где на точность обработки основное влияние оказывают по­ грешности положения шпинделя в плоскости X - Z. то достаточно трех показателей: Δх и Δz начала характеристического вектора и угла его наклона Δφ. Изменение координаты Δх при вращении шпинделя (траектория точки О в плоскости X - Z) определяет форму обработанной поверхности в поперечном сечении и может быть оценено одним или несколькими членами ряда Фурье, как показано выше. Координата Δz определяет точность торцовых поверхностей, а изменение угла Δψ влияет на конусность или другие погрешности формы обработанной цилиндрической поверхности в продольном направлении (по оси Z).

Число регламентируемых выходных параметров ШУ в первую очередь зависит от метода обработки и от требований к точности обрабатываемых деталей. Их число увеличивается по мере повышения класса точности станка и при высоких требованиях к обработке может быть достаточно велико (для ШУ многоцелевых станков до 20).

При прогнозировании число параметров может быть сокращено. Анализ схем обработки, уже имеющийся опыт по обработке аналогичных заготовок на станках с теми же методами, проведение предварительных экспериментов позволяют выделить из всей номенклатуры выходных параметров ограниченное их число, характеризующее работоспособность ШУ. Кроме того, во многих случаях пространственную задачу можно свести к плоской, что существенно сокращает число выходных параметров.

Пользование выходными параметрами, включающими те свойства траекторий шпинделя, которые непосредственно связаны с точностью обработки, позволяет оценить нахождение этих показателей в пределах допуска. Такой метод с позиций квалиметрии относят к дифференциальным методам оценки уровня качества продукции , когда правомочно применение ряда отдельных (единичных) показателей качества. Но, кроме того, необходимо иметь интегральный показатель качества, который суммировал бы все единичные показатели с учетом их значимости. Вероятность безотказной работы узла по показателям точности учитывает влияние всех регламентированных параметров и, по существу, является интегральным показателем качества ШУ.

Связь параметров круговой траектории оси шпинделя с показателями качества детали. С целью подтверждения того факта, что соответствующие гармоники траектории вносят свой вклад в форму обработанной поверхности на кафедре «Металлорежущие станки и автоматы» МВТУ им. И. Э. Баумана было проведено специальное исследование по установлению связи параметров круговой траектории оси шпинделя с показателями качества обработанной детали.

Для измерения траектории использовали бесконтактные индуктивные преобразователи перемещений, которые устанавливали в двух взаимно перпендикулярных направлениях X и У относительно баз шейки шпинделя или отправки. Положение любой точки траектории определяли двумя ортогональными координатами, профиль траектории строился по результатам одновременных измерений относительных смещений.

Исследования шпиндельного узла проводились на многооперационном фрезерно-расточном станке МС12- 250 с программным управлением при работе станка вхолостую, при выполнении расточных операций и с применением программного нагрузочного устройства.

Измеренная круговая траектория оси шпинделя содержит интегральную информацию, включающую как колебательные смещения, так и радиальное биение оси шпинделя. С целью исключения из рассмотрения отклонения формы базовой поверхности и неправильного истолкования биения в качестве причины вибрации его следует устранить. Устранение биения осуществляется путем вычитания из круговой траектории оси, полученной при работе станка, траектории оси, полученной при повороте шпинделя вручную. Вычитание можно проводить при построенных траекториях или по осциллограммам колебательных смещений оси шпинделя по координатным осям.

При проведении исследований параметры траектории оси шпинделя сравнивались с соответствующими характеристиками профиля обработанных поверхностей.

Круговая траектория оси шпинделя характеризовалась теми же параметрами, что и соответствующий профиль детали - учитывался вид профиля (отклонение от круглости, овальность, огранка), определялось отклонение формы А, как разница между максимальным и минимальным радиусами траектории, оценивались частота колебаний f и амплитуда А на траектории. Параметры траектории шпинделя могут повлиять на точность формы или на геометрические характеристики обработанной поверхности. В метрологии граница между шероховатостью, волнистостью и формой поверхности, при ее периодическом профиле определяется соотношением между шагом В и высотой неровности R (средняя высота неровности или Rz- при оценке шероховатости):

(3)

где D - диаметр поверхности, мм; n - частота вращения шпинделя с^-1; f - частота колебаний, Гц; А - амплитуда колебаний траектории, мкм. Для шероховатости B/R<50, для волнистости 50≤В/R≤1000, для отклонения формы В/R>1000.

Таким образом, по характеристикам траектории f и А можно определить соответствующие характеристики профиля и оценить, насколько параметры траектории шпинделя переносятся на обработанную поверхность детали.

Проведенные исследования с применением спектрального анализа показали, что в круглограммах поверхностей обработанных деталей присутствуют только частоты, характерные для вибраций шпиндельного узла, т. е. частотный спектр колебаний траектории оси шпинделя целиком копируется на детали.

Поэтому из всего спектра частот могут быть выделены те, которые связаны с источниками колебаний шпиндельного узла. Обычно это частоты собственных колебаний шпинделя и кратные им значения. Что же касается высоты неровностей, то по отношению к амплитудам высокочастотных составляющих траектории шпинделя они часто имеют более высокие значения, что объясняется влиянием жесткости расточной оправки и взаимодействием процесса резания с упругой системой станка.

Характеристики

Список файлов лекций