АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Маложестких деталей

В современном машиностроении основной является проблема качества продукции. Несмотря на значительные успехи, еще остро стоит вопрос дальнейшего совершенствования машин, увеличения их мощности и производительности, а также точности и длительного сохранения в процессе эксплуатации. Повышение точнос­ти механической обработки деталей на металлорежущих станках способствует улучшению эксплуатационных свойств машин и механизмов.

Достижения в исследованиях российских ученых в вопросах повышения производительности и точности обработки резанием, а также результаты промышленного их использования показывают, что основными направлениями интенсификации процессов резания являются: увеличение жесткости те­хнологической системы и точности изготовления их элементов; выбор технологических режимов и условий протекания процесса, ко­торые обеспечивают заданную точность; создание систем автоматического управления точностью обработки.

Диспропорции в конструктивных параметрах маложестких дета­лей создают серьезные технологические трудности в производстве, основные причины которых следующие:

1) значительные упругие деформации на всех стадиях обработки, сборки и эксплуатации деталей;

2) низкая виброустойчивость технологической системы;

3) различная податливость элементов технологической системы;

4) значительное влияние технологической наследственности на на­дежность работы;

5) коробление деталей, вызванное неравномерными остаточными напряжениями, вносимыми на всех стадиях технологического процесса;

6) малая термоустойчивость деталей.

Отрицательное действие перечисленных факторов при изготовлении маложестких деталей приводит к нарушению технологических баз, погрешностям формы и размеров детали, поверхностным дефектам, ограничению режимов резания, точностных возможностей станков и стойкости инструментов.

Анализ производственного опыта обработки маложестких деталей в индивидуальном и мелкосерийном производствах показал, что традиционные способы изготовления жестких деталей малоэф­фективны для производства деталей малой жесткости, поэтому на практике вопрос их изготовления решают ограничением режимов резания, вводом операций ручной доводки.

Однако, проблема технологического обеспечения точности размеров и формы при механической обработке маложестких дета­лей, и, в частности, длинномерных ступенчатых валов не решена в полной мере. Мало исследованы такие методы расчета и компенсации коробления маложестких валов после механической обработки, определения остаточных напряжений и их связи с короблением.

Основными причинами, обуславливающими возникновение пог­решностей обработки, являются: а) качество изготовления и состо­яние станков, инструментов и приспособлений; б) выбор технологических и измерительных баз; в) неточности статической и динамической настройки кинематических и размерных цепей методов и средств измерения; д) температурные деформации заготовки и средств производства обрабатываемых деталей; е) неточность установки инструментов и приспособлений; ж) из­нос инструментов; з) упругие и пластические деформации техно­логической система, т.е. ее способность сохранять неизменность положения режущих кромок инструмента в процессе обработки относительно обрабатываемой детали; к) качество заготовок, степень однородности материала и величины колебаний припусков на обработку; л) остаточные напряжения в материале заготовок и другие причины.

Основным направлением повышения (точности) жесткости тех­нологической системы и снижения динамических погрешностей является увеличение собственной жесткости звеньев или уменьшение сил резания.

Многочисленные исследования показали, что наибольшее вли­яние на искажение формы и размеров детали оказывают упругие деформации технологической системы в направлении радиальной составляющей силы резания.

Максимальный прогиб с учетом дина­мики процесса резания примерно на 50 % больше статического про­гиба, Распределение теплоты резания между стружкой, деталью инструментом зависит от метода, условий обработки, материала обрабатываемой детали и инструмента.

Полную погрешность обработки, связанную с температурными деформациями, обычно определить не удается.

Остаточные напряжения, существующие в заготовках и готовых деталях при отсутствии внешних нагрузок, обычно взаимно уравновешивается и их действие на деталь не проявляется, но при нарушении равновесия происходит перераспределение остаточ­ных напряжений. К настоящему времени общепризнанные методики расчета деформаций деталей от действия остаточных напряжений, вызванных различными внешними воздействиями, не разработаны, в связи с большой сложностью процесса.

При токарной обработке недостаточно точно зацентрированной заготовки из проката снимается неравномерный припуск. В ре­зультате равновесное состояние нарушается и обработанная маложесткая деталь заметно искривляется.

Расчет суммарной погрешности обработки детали по данному параметру (размеру, отклонению формы, расположения поверхностей и т.п.) состоит из трех этапов. На первом этапе проводят схематизацию реальной операции. Далее выполняют теоретический анализ операции, в результате которого устанавливают соотношения элементарных и суммарной погрешностей. На третьем этапе экспериментально проверяют полученные соотношения.

Анализ точности с полным учетом всех факторов невозможен, поэтому при схематизации операции (выборе расчетной схемы, мо­дели) обосновывает возможность учета факторов, которые наиболее заметно влияют на точность обработки.

При схематизации объекта правильный выбор схемы, оправда­нность решения того, какой фактор существенно или незначитель­но влияет на результаты операции, - весьма сложный вопрос, связа­нный со степенью изученности проблемы, и с возможностью существующих теорий, и с задачами расчета. Так, при расчете погрешности базирования обычно пренебрегают отклонениями формы базовой поверхности заготовки. Такая схематизация часто оправ­дана, но не для всех операций. Например, при обработке валов, устанавливаемых в люнете, погрешности формы базовой поверхнос­ти копируются на обработанном профиле детали, поэтому схема расчета должна быть иной.

Увеличение жесткости узлов станка не решает проблемы точ­ности обработки маложестких деталей.

Неизвестны способы повышения точности обработки нежестких валов с предварительным смещением элементов технологической системы, при котором заднюю бабку станка перемещают в нап­равлении, перпендикулярном оси вращения детали на величину, равную разности деформаций у правого торца и в среднем сечении вала. В результате смещения заднего центра появляется отклонение образующей поверхности от параллельности оси вращения детали в виде конусности. Значительный эффект повышения точности достигнут при смещении задней бабки на величину, равную разности удвоенной деформации детали в среднем сечении и деформации у правого торца. Основными недостатками способа обработки с предварительным смещением си­стемы СПИЗ является трудность регулировки положения задней бабки с помощью двух встречно расположенных винтов.

Описанные методы игнорируют динамические явления в техно­логической системе при механической обработке маложестких деталей и поэтому имеют ограниченное применение.

Механическая обработка нежестких валов подвижными люнета­ми, которые можно рассматривать при аналитических расчетах как шарнирные опоры, сопровождается значительным повышением жест­кости технологической системы, поскольку опорные элементы люнета располагают в непосредственной близости к режущему инструменту. В случае обработки длинных деталей (l / d =30), применяют два и более люнетов. При обточке гла­дкого вала с применением люнета упругими элементами системы СПИЗ являются передняя и задняя бабки, люнетная стойка, обрабатываемая заготовка и суппорт станка.

Под установку неподвижных люнетов на том же станке прота­чивают с высокой точностью на низких режимах резания технологические шейки, т.к. погрешности и поверхности копируются на детали при ее обработке.

Применение несамоцентрирующих люнетов в связи с повышени­ем требований к автоматизации, малоэффективно, т.к. требует их переустановки и настройки для каждой детали. Способы механиче­ской обработки нежестких деталей с применением самоцентрирующих суппортов с двумя резцами, у которых наличие плавающей каретки позволяет достичь равенства радиальных или осевых составляющих силы резания, но не обеспечивают качества обрабатываемой поверхности и возможности обработки длинномерных деталей из-за низкой их виброустойчивости. Те же недостат­ки имеют способы обработки валов многоинструментальной голов­кой.

Одним из перспективных является метод обработки маложестких деталей, при котором к заготовке на весь период обработки прикладывают осевое растягивающее усилие.

Применение способа механической обработки, предусматриваю­щего растяжение детали, обеспечивает снижение погрешности, вно­симых температурными деформациями при резании, т.к. нагрев заготовки при жестком зацеплении ее концов в процессе обработки может привести к ее выпучиванию и искажению геометрической фо­рмы. В работах показано, что за счет растяжения детали можно уменьшить ее прогибы, но полностью ликвидировать упругие изгибные деформации детали в сечении с координатой приложения силы резания не удается. Только при стремлении рас­тягивающей силы к бесконечности прогиб стремится к нулю, но величина растягивающего усилия регламентируется прочностью за­готовки, шпиндельных подшипников станка.

Проведенный анализ работ по повышению точности обработки маложестких деталей и автоматическому управлению факторами, влияющими на точность обработки, показывает, что используемые в них модели технологической системы недостаточно полно отражают поведение нежесткой заготовки при точении. Как правило, в моделях не учитывается распределенность инерционных (массовых) и жесткостных параметров длинномерных маложестких деталей; рас­сматриваются приемы обработки маложестких деталей без примене­ния систем автоматического управления факторами, которые определяются заготовкой. Целесообразно создание более совершенной модели объекта управления, - маложесткой детали в процессе ре­зания - и на этой основе проведенных исследований, разработок и реализаций систем автоматического управления положением маложесткой детали в процессе механической обработки.

Наиболее перспективным является направление с применением систем автоматического управления (САУ).

По сравнению с классическим направлением, приводящим лишь к пассивному ослаблению действия причин погрешностей, примене­ние систем автоматического управления имеет существенное преи­мущество в компенсации факторов, порождающих погрешности обработки.

Системы автоматического управления с точностью позволяют оценить величины факторов, участвующих в формировании погрешностей обработки. Когда при традиционном проектировании техно­логического процесса о факторах судят по априорным данным, усредненным характеристикам.

Однако в реальных условиях действительные значения факторов (переменная жесткость детали, припуск, твердость заготов­ки и т.д.) не остаются постоянными, причем отклонения средних значений могут быть весьма значительными.

В настоящее время получили основное распространение более простые системы, в частности САУ, упругими перемещениями. Ос­новные принципы наладки и подналадки технологических процессов путем управления упругими перемещениями системы СПИЗ были раз­работаны.

В зависимости от характера компенсируемых отклонений раз­личают: управление размером статической настройки по отклонению; программное изменение размера статической настройки и программное управление размером статической настройки. Однако не смотря на то, что по первому способу работают так называемые автоналадчики путем перемещения инструмента (или детали), сложность рассматриваемого способа управления точностью заключается в осуществлении малых перемещений с целью внесения поправок в размер статической настройки.

Второй способ управления основан на внесении поправки в размер динамической настройки, посредством изменения сил или их моментов, действующих в процессе резания, а также жесткости системы СПИЗ. В системах автоматического управления наиболее широко применяется внесение поправки в размер динамической на­стройки путем изменения силы резания. Но так как сила резания является функцией многих переменных, то вектор силы можно изменять через любой из ее аргументов. При внесении поправки в размер динамической настройки путем изменения жест­кости системы СПИЗ, последнюю можно регулировать посредством изменения жесткости одного или нескольких элементов.

Управление другими факторами, влияющими на точность обработки, такими как температурные деформации, процессом установки детали на станках, шероховатостью поверхностей, износом режущего инструмента, качеством поверхностного слоя нашло широкое отражение в литературе. Кроме того, эти перечисленные факторы не являются определяющими при обработке нежестких деталей, доминирующее влияние на точность в рассматриваемом случае имеют деформации обрабатываемой детали. Поэтому необходимо осуществлять обработку нежестких деталей та­ким образом, чтобы обрабатывать практически недеформируемую деталь.

Анализ работ по повышению точности обработки маложестких деталей и работ по автоматическому управлению факторами, влияю­щими на точность обработки, показывают, что используемые в них модели системы СПИЗ не достаточно полно отражают поведение не­жесткой детали при течении. Как правило, рассматриваются приемы обработки нежестких деталей без применения систем автоматического управления факторами, которые определяются деталью, либо способы применения САУ к достаточно жестким деталям.

Требования к повышению точности обработки являются более жесткими, чем требования к производительности и стоимости. Не­соответствие практически достигаемой точности обработки предъ­являемым в конкретной ситуации требованиям делают нерациональ­ной эксплуатацию станка, в то время как недостаточная произво­дительность или высокая себестоимость обработки детали могут быть или скомпенсированы, или разрушены.

При обработке деталей в ряде случаев более целесообразной является постановка задачи - оптимизация по критерию максимальной точности, так как погрешности продольной формы от упругих деформаций детали под воздействием сил резания составляют 80…85% суммарной погрешности. При этом результирующий эффект от повышения точности обработки для производства в целом может быть значительно большим, чем от оптимизации самого процесса обработки детали по экономическим критериям.

Обобщая теоретические и экспериментальные исследования, проведенные за последние десятилетия, следует отметить следующее:

1. На точность мехобработки влияет большое число разнооб­разных факторов, каждый из которых может быть при определенных условиях доминирующим. При разработке расчетной модели оправданность решения того, какой фактор существенно или незначительно влияет на результаты операции, - весьма сложный вопрос, связанный и со степенью изученности проблемы и с возможностями существующих теорий, и с задачами расчета, и с состоянием обо­рудования. На точность размеров и формы длинномерных маложест­ких деталей при их механической обработке доминирующее влияние оказывают погрешности, вносимые упругими деформациями системы детали.

2. Разработка методов механической обработки маложестких деталей ведется в направлении повышения производительности и точности геометрической формы за счет введения в конструкцию станка дополнительных опорных приспособлений и элементов, пред­варительного нагружения и смещения элементов технологической системы и управления точностью путем регулирования силы резания в результате изменения подачи, глубины резания и геометри­ческих параметров инструмента.

3. Рассмотренные методы повышения точности механической обработки маложестких деталей показывают, что каждый из них применяют в конкретном случае, а их разнообразие подчеркивает отсутствие единого способа, пригодного для обработки широкой номенклатуры маложестких деталей. При этом ни один из существующих способов не обеспечивает возможности высокопроизводительной мехобработки деталей с большим отношением длины к диа­метру.

4. Используемые расчетные модели технологической системы недостаточно полно отражают поведение маложесткой заготовки при мехобработке. Как правило, в моделях не учитывается распределенность инерционных (массовых) и жесткостных параметров длинномерных маложестких деталей. Целесообразно создание более совершенной модели объекта управления - маложесткой детали в процессе мехобработки - и на этой основе проведение исследований, разработок и реализаций систем автоматического управления положением маложесткой детали в процессе механической обработки.

5. Традиционные методы повышения точности маложестких деталей не позволяют решить проблему обеспечения заданной точнос­ти механической обработки длинномерных маложестких осесимметричных деталей при оптимальной производительности процесса. Известные САУ параметрами, переделяющими точность обработки, пред­полагают приложение воздействий со стороны инструмента. Между тем повышение точности формы маложестких деталей практически затруднительно без исключения их упругих деформаций. Для решения задачи автоматического управления положением оси маложесткой детали и стабилизации жесткости подсистемы "деталь-опоры" с целью повышения производительности процесса и точности ее обра­ботки, необходимо проведение комплекса теоретических и экспери­ментальных исследований, опытно-конструкторских разработок и промышленных испытаний.

Дата добавления: 2015-01-18 | Просмотры: 1511 | Нарушение авторских прав