Контрольнаяработа по «Основы технологии машиностроения» №1
Вопросы
7. Выявление возможных методов достижения точности исходного звенаразмерной цепи (показателя точности машины) при проектировании технологических процессовсборки решением обратной задачи.
19. Динамическая настройка технологической системы. Размер и погрешностьдинамической настройки. Основные причины появления погрешности динамическойнастройки.
51. Принцип совмещения баз заключается в ………..
Ответы:
7.Анализ рассмотренных методов достижения точности замыкающего звена размернойцепи показывает, что технологу при проектировании технологических процессовсборки необходимо решить две главных задачи:
1. Выявить методдостижения точности, который использовал конструктор при назначении требуемойточности составляющих звеньев размерной цепи (размеров деталей и ихсоединений).
2. Включить в составтехнологического процесса сборки соответствующие выявленному методу достиженияточности технологические операции и (или) переходы, необходимые для обеспечениятребуемой точности машины. Состав этих операций или переходов рассмотрен вышепри изложении каждого метода достижения точности и их выбор не представляетсложности при условии, что первая задача решена правильно.
К сожалению, вконструкторской документации, как правило не указывается использованный методдостижения точности и технологу приходится его выявлять. Для правильногорешения этой задачи необходимо построить ту самую размерную цепь, с которойимел дело конструктор при расчете и (или) назначение допусков размеровсоставляющих звеньев. Особенности конструкции могут служить подсказкой виспользованном конструкторском методе.
Для окончательноговывода об использованном конструктором методе нужно учесть тип производства,где будет изготавливаться машина.
Для окончательногорешения об использованном конструктором методе достижения точности необходимо впостроенной размерной цепи решить обратную задачу.
В общем случае длявыявления использованного конструктором методе достижения точности можновоспользоваться алгоритмом этой работы, приведенной на рисунке 1.
Ускорению выполнения работыи повышения точности результата может способствовать схема рациональныхобластей применения различных методов в зависимости от числа составляющихзвеньев в размерной цепи и типа производства, приведенная на рисунке 2.
19.Динамическая настройка – это собственно обработка, т. е. непосредственноевзаимодействие режущих кромок инструмента с материалом заготовки. В результатеэтапа создается на детали новая поверхность, заданная конструктором.Взаимодействие режущих кромок инструмента с материалом заготовки сопровождаетсявсей совокупностью явлений, при сущих процессу резания: возникают силы резания,действующие на инструмент и заготовку, выделяется тепло пластической деформациистружки и трения инструмента об обрабатываемую поверхность, инструмент изнашиваетсяи затупляется и т. д. В результате всех этих процессов изменяется взаимноеположение заготовки и инструмента, достигнуто в статистическом состояниитехнологической системы на первых двух этапах. В примере на рис.3 под действиемсоставляющей силы резания /> инструментперемещается в результате упругих деформаций вверх, а заготовка – вниз, врезультате чего размер /> получаетприращение. Размер /> получаетприращение также по мере износа режущей кромки инструмента, тепловых деформацийзаготовки и т.д.
Все эти изменениявзаимного положения заготовки и инструмента можно придать инструменту, сохранивмысленно положение заготовки и других частей технологической системы, которыеони имели в статике. Тогда результат этих изменений можно описать размерами /> и />, которыеопределяют положение режущей кромки инструмента в статике. Эти мысленносконструированные размеры называют размерами динамической настройки, онипозволяют достаточно удобно провести анализ причин, вызывающих изменениявзаимного положения заготовки и инструмента и их роль в формированиитехнологического размера на детали.
Ясно,что размеры /> и /> не сохраняютсвою величину даже при обработке одной заготовки, тем более в партии заготовок.Из теории резания известно, что, например, сила /> пропорциональнаприпуску и твердости материала, а эти величины ни на одной заготовке, нивпартии заготовок не являются константами. При затуплении инструмента сила />существенновозрастает (до 30% от первоначальной величины). Ясно, что переменная величинасилы /> вызовет втехнологической системе различные по величине упругие перемещения инструмента изаготовки. Распределения потоков тепла в технологической системе не сохраняетсяво времени и в пространстве, что также приводит к колебаниям размеров /> и />. Поля рассеяния/> и /> размеров /> и />. Называютпогрешностями динамической настройки />.
Во время обработки взоне резания и во всех частях технологической системы протекают процессыразличной физической, химической, физико-химической и др. природы, в результатекоторых взаимное положение заготовки и инструмента изменяется. К числу такихпроцессов относится: динамика резания, пластическая и упругая деформацииматериала заготовки и отделяемого слоя; тепловыделения в зоне резания, в приводахи подвижных соединениях технологической системы; трение и износ в зоне резанияи подвижных соединениях; вынужденные и собственные колебания (вибрации)технологической системы; химическое и электрохимимческое взаимодействиеинструмента, СОЖ и обрабатываемого материала; теплопередача внутритехнологической системы от более нагретых к менее нагретым частям; теплообментехнологической системы с окружающей средой и т. д.
Рассмотрим рольразличных процессов, протекающих в технологической системе, на величину этихпогрешностей.
1. Жесткостьтехнологической системы.
Любая технологическаясистема представляет собой систему реальных тел и, следовательно, обладаетнекоторой конечной по величине жесткостью. В результате этого под действиемсилы резания в ней обязательно возникнут упругие деформации всех нагруженныхэтой силой частей, которые проссуммируются в виде упругого относительногоперемещения режущей кромки инструмента и заготовки.
Влияние этого упругогоперемещения на получаемый размер, который всегда измеряют по нормали кобрабатываемой поверхности, количественной мерой жесткости в технологиимашиностроения принято отношение
/>, Н/м
Где /> – радиальнаясоставляющая силы резания; /> – упругаядеформация в технологической системе, измеренная по нормали к обрабатываемойповерхности
В технологии машиностроения дляхарактеристики состояния технологической системы наряду с жесткостью иногдаиспользуют обратную ей величину податливость:
/>, м/Н
Податливость оцениватьспособность технологической системы упруго деформироваться под действием силы иколичественно представляет собой упругое перемещение, приходящееся на единицудействующей силы.
Сила при обработкепартии деталей колеблется в пределах
/>
Где t– глубина резания; S – подача вмм/об; НБ -твердость обрабатываемого материала; /> – коэффициентучитывающий прирост силы /> при затупленииинструмента.
Естественно, что этиколебания силы порождают в технологической системе соответствующие колебаниявеличины упругих деформаций при обработке партии заготовок, разность величинкоторых и представляет собой часть погрешности динамической настройки />:
/>
2. Колебательныеупругие перемещения в технологической системе (вибрации)
В технологическойсистеме возникают упругие перемещения, изменению которых во времени присущаопределенная периодичность. Такие изменения называют колебаниями иливибрациями. С точки зрения проблемы обеспечения точности технологическогоразмера нас интересуют колебания упругих перемещений в технологической системепо направлению нормали к обработанной поверхности, так как эти перемещенияобуславливают изменение размера динамической настройки и, следовательно,являются частью погрешности динамической настройки. В пределах однойобработанной поверхности за счет многократного изменения взаимного положенияизменения и заготовки вследствие колебаний образуются различные погрешностиформы: огранка цилиндрической поверхности при точении, волнистость плоскостипри строгании и фрезеровании и т. п.
Колебания могут бытьвызваны как внешними воздействиями (толчки, сотрясения, вибрации рядомработающих машин и т.д.), так и внутренними для работающей технологическойсистемы факторами: прерывистость процесса резания, дисбаланс вращающихсячастей, особенности стружкообразования и т. д. Технологическая системе поразному может реагировать на эти воздействия: импульс силы и вызванные имколебательные упругие перемещения в течение некоторого промежутка времениуменьшаются до нуля («затухают»), либо колебания упругих перемещений сохраняютамплитуду неопределенно долгое время (такие колебания называют автоколебания),либо колебания в системе нарастают во времени, приводя в конце концов к поломкеинструмента или заготовки. Реакция технологической системы на динамическоевоздействие (как внешнее, так и внутреннее) зависит от упругих свойств самойсистемы (ее жесткости), так и от условий протекающих в ней рабочих процессов:режима резания, способа смазки и охлаждения инструмента, свойств смазывающе-охлаждающейжидкости, геометрии инструмента и т. д.
3. Тепловыедеформации технологической системы.
Во всякойработающей технологической системе действуют рад источников тепла:
· Рабочийпроцесс (резание, пластическое деформирование, трение и т. д.);
· Механическаяработа по преодолению сил трения в подвижных соединениях деталей;
· Электрическиесистемы (двигатели, пусковая и управляющая аппаратура и т. д.);
· Гидравлическиесистемы (в тепло преобразуется механическая работа на преодоление внутреннего ивнешнего трения рабочей жидкости).
Кроме того, натехнологическую систему могут оказывать влияние внешние для нее источникитепла: окружающая среда, близкорасположенные нагревательные устройства, другоеоборудование и т. д.
Под влиянием тепловыхисточников нагревается вся технологическая система (например, резец и детальтеплом резания). Естественно следствием этих процессов является тепловаядеформация отдельных частей технологической системы;
· Нагревдеталей станка приводит к упругим деформациям в трех координатных направлениях.
· Нагревзаготовки. В зависимости от способа и режимов обработки доля теплоты, котораяотводится в заготовку, может быть различной: при точение составляет до 10%, присверлении доходит до 55%.
3. Размерныйизнос инструмента.
При обработке резаниемпроисходит износ рабочего инструмента, т. е. постепенно истирается и уносится встружку или обрабатываемой поверхностью часть инструментального материала.Явление износа может иметь различные последствия для инструмента,технологической системы и получаемого технологического размера. Результатомизноса может быть затупление, что изменяет геометрию резания, приводит кувеличению силы резания и, следовательно, к дополнительным упругим деформациямтехнологической системы, которые и обуславливают часть погрешности динамическойнастройки. Для оценки затупления в этом случае применяют размер площадки износана задней грани или радиус, округление режущей кромки. Однако износ сказываесяна результате обработки не только через динамику процесса резания и упругиесвойства (жесткость технологической системы). При износе независимо от того,сопровождается он затуплением инструмента или нет, изменяется положение вершинырезца относительно ее положения в первоначальный момент резания на величину и.Как видно из рисунка … величиной и оценивается износ, измеренный внаправлении нормали N кобрабатываемой поверхности.
Такой износ принятоназывать равномерным.
4. Деформацияобрабатываемых деталей в результате перераспределения внутренних напряжений.
Практически каждаяпоступающая на обработку заготовку несет в себе внутренне напряжение (их ещеназывают остаточным напряжениями). Они характеризуются знаком, величиной иэпюрой распределения. Эпюра напряжений может охватывать:
· Весьобъем материала, и такие напряжения называют макронапряжениями или напряжениямипервого рода;
· Вмикроскопических объемах – напряжения второго рода;
· Вультрамикроскопических объемах – напряжения третьего рода.
Этинапряжения остаются в детали после снятия нагрузок предыдущей обработки ивнешне себя ничем не проявляют, так как взаимно уравновешиваются. Но примеханической обработке с заготовки снимается какая-то часть материала, чтонарушает равновесие внутренних напряжений. Начинается перераспределениенапряжений и переход материала в новое равновесное состояние, и этот переходсопровождается деформацией обработанной детали.
Этадеформация может протекать постепенно по мере съема припуска или же тормозитьсясилами крепления заготовки. В последнем случае обработанная детальдеформируется после открепления и нарушаются ее формы и размеры. Таким образом,для повышения точности обработки необходимо всемерно уменьшать внутреннеенапряжение в заготовке.
51.Принцип совмещения базы заключается в том, что для достижения наиболее высокойточности конструкторского размера расположения поверхности следует в качестветехнологической базы при ее обработке использовать конструкторскую размернуюбазу.
Контрольнаяработа по «Основы технологии машиностроения» №2
Вопросы
32. Управление упругими перемещениями технологической системы. Системыадаптивного управления (САУ), разновидности, достоинства и недостатки.
42. Организационно-технические меры сокращения внецикловых затрат времени нарабочем месте.
63. Время технического обслуживания на рабочем месте затрачивается на …
Ответы
32. Управление упругими перемещениямивнесением поправки в размер статистической настройки.
На рис.приведена блок-схема САУ для управления упругими перемещениями втехнологической системе горизонтально-фрезерного станка для фрезерованияторцевой фрезой плоскости на детали в размер />. В ходе обработки детали датчики /> и /> измеряют перемещение базовой плоскости фрезы 1 испециальной измерительной поверхности на корпусе приспособления 2. Полученнаяинформация в виде электрических сигналов поступает в сравнивающее СУ, гдепоказатели датчиков суммируют и сравниваются с опорным сигналом, поступающим иззадающего устройства ЗУ. Фактически двумя датчиками измеряются отклоненияразмера />, составляющего размерной цепи А, описывающеготехнологический размер />. По измеренным отклонениям этого размера судят обизменениях размера />, возникающих в результате упругих перемещений.Сравнивающее устройство вырабатывает управляющий сигнал, соответствующийнеобходимой поправке в размер статической настройки, который усиливается вусилителе У и подается в исполнительный механизм ИМ. ИМ через механизмпоперечной подачи перемещает стол вместе с приспособлением и заготовкой навеличину />
Отклонения размера /> представляетсобой сумму отклонений всех mсоставляющих звеньев технологической цепи Б. Из этого вытекает два следствия.Во-первых, Останутся не учтенными при управлении отклонения звеньев /> которыеучаствуют в формировании отклонения технологического размера />, что несколькоснижает точность управляемого размера. Во-вторых, приведенная на рисунке САУкроме изменений упругих перемещений в результате колебаний силы резанияучитывает также и тепловые деформации всех составляющих звеньев размерной цепиБ, что положительно скажется на периоде работы технологической системы доподналадки, т. е. приведет к увеличению количества годных деталей, полученныхпри изменой наладке.
Однако САУ с внесениемпоправок в размер статистической настройки обладает одним недостатком,существенно сужающим возможности их применения. Недостаток заключается втрудности получения малых реверсивных перемещений инструмента или заготовки сприспособлением при внесении поправки. Малое перемещение узлов и деталей станкавсегда связано с появлением скачка, причиной которого является разностькоэффициентов трения покоя и движения. В ряде случаев величина этого скачкасоизмерима с полем допуска технологического размера. Создание исполнительныхмеханизмов для осуществления малых перемещений с незначительным скачком или безнего – трудная техническая задача.
Управление упругимиперемещениями внесением поправки в размер динамической настройки.
— Поскольку причинойвозникающих упругих деформаций является сила резания, то косвенные измеренияупругих перемещений чаще всего сводятся к измерению сил резания. Современная техникадинамометрических измерений позволяет достаточно надежно получать непрерывноинформацию о действующей силе резания, например, с помощью тензометрии,использующей объемную деформацию нагруженной силой детали для суждения овеличине силы, породившей эту деформацию. Технологическая система представляетсобой динамически замкнутую систему, в которой силы резания воспринимаютсяотдельными ее частями (инструментом, обрабатываемой заготовкой), передается настанину и там замыкается (уравновешиваются). Любую нагруженную силой резаниядеталь технологической системы можно использовать для целей измерения силырезания, например, наклев на нее тензодатчик. Но чаще всего в динамическую цепьвключают специальное упругое звено или целое специальное измерительноеустройство. Возникающую в таком упругом звене деформацию тарируют в величинахдействующую силы резания. По величине силы резания можно определить величинуупругих перемещений в технологической системе путем пересчета. Этот пересчетможет быть автоматизирован включением в управляющую систему микропроцессорногоустройства, но чаще пока используют тарирование возникающих упругих перемещенийисполнительных поверхностей инструмента и станка или приспособления дляустановки заготовок в зависимости от прилагаемой во время тарирования силы.
Включение втехнологическую систему измерительного динамометрического устройства позволяетполучать непрерывно достаточно объективную информацию о ходе процесса обработкии величине возникающих упругих перемещений, что дает возможность создания автоматическойсистемы управления ими путем внесения поправки в размеры как статической так идинамической настройки.
Поскольку />, Н/м, топоддерживать постоянной величину упругих перемещений технологической системы,возникающих на этапе динамической настройки, возможно двумя путями:
1. Стабилизироватьвеличину силы резания, т.е. обеспечить условия /> или />=0;
2. Сделатьпеременной величину жесткости технологической системы />var,поставив ее в зависимость от изменяющейся силы резания: />
Возможности управлениявеличиной силы резания, например, при точении вытекает из формулы:
/>
Из формулы следует, чтокомпенсировать изменение силы, возникающие в результате колебаний глубинырезания, твердости материала в партии заготовок и затупления инструмента, можноизменением подачи или коэффициента />,характеризующего условия обработки, т. е. геометрию режущего инструмента,материал режущей части, скорость резания и т. д.
Изменения подачи должнысоответствовать условию, полученному из формулы:
/>
Преимущественноиспользования подачи в качестве управляемого параметра является возможностьсоздания очень тонкого и чувствительного механизма управления упругимиперемещениями. Поправка вносится в размер динамической настройки за счетизменения величины самих упругих перемещений, не требуется никакихотносительных перемещений частей станка или приспособления, поэтому нет причинудля скачкообразных изменений величины вносимой поправки. Размер статическойнастройки остается неизменным в течение всего времени обработки заготовок междуподналадками.
На рис… приведенаблок-схема системы адаптивного управления упругими перемещениями прифрезеровании торцевой фрезой в технологической системе вертикально-фрезерногостанка путем изменения минутной подачи стола вместе с заготовкой. Всоответствии с назначенными режимами резания определяется величина упругихперемещений /> и во времяналадки устанавливается задающим устройством ЗУ. Отклонения силы подачи /> измеряетсядатчиком (динамометрическим устройством) Д и в виде электрического сигнала /> дается черезусилитель УС в сравнивающее устройство СУ. В сравнивающем устройстве сигналсопоставляется с заданной при наладке в задающем устройстве ЗУ величиной,определяется величина и знак рассогласования и этот сигнал как команда науправления подается через усилитель в командное устройство КУ и далее настаторную обмотку двигателя постоянного тока, приводящего в движение механизмподачи стола. В соответствии со знаком управляющего сигнала напряжение настаторной обмотке двигателя увеличивается или уменьшается, в результате плавноизменяется число оборотов двигателя и, следовательно, минутная подача столастанка. Изменение подачи происходит до тех пор, пока не будет достигнутозаданное значение силы />.
Недостаткомиспользования подачи для управления упругими перемещениями являетсянеодинаковая шероховатость как на отдельных участках поверхности одной деталитак, так и на разных деталях партии. Известно, что с увеличением подачи растетвысота остаточных микронеровностей на обрабатываемой поверхности. В рядеслучаев этот недостаток удается компенсировать созданием на инструментедополнительной режущей кромки, параллельной направлению подачи.
Управлять величинойсилы резания возможно путем изменения геометрии резания. Принципиальные схемыреализации такой возможности применительно к точению приведены на рис….Поворотом резца в горизонтальной плоскости вокруг его вершины можно изенятьвеличину главного угла в плане ф1, а поворотами резца в вертикальной плоскостивокруг его продольной оси а-а, проведенной через вершину, можно изменять уголнаклона режущей кромки λ и, как следствие, заданной α и передний yуглы резания. Эти изменения к соответствующим изменениям величины силы резанияи таким образом опосредственно повлияют на величину упругих перемещений втехнологической системе.
Для сохраненияпостоянства величины упругих перемещений можно изменять и жесткостьтехнологической системы в функции силы резания. Для этого в динамическую цепьтехнологической системы необходимо включить упругое звено с изменяемойжесткостью, управляя которой можно изменять жесткость всей технологической системы.В качестве примера на рисунке приведена схема резцедержателя для токарногорезца с переменной жесткостью. Резец 1 опирается на плоскую пружину 2. Этапружина представляет собой балку на двух опорах. Расстояние между опорами можетизменяться вращением винта 3 с правой и левой резьбой, который приводится вовращение электродвигателем. Работой электродвигателя управляет автоматическаясистема, аналогичная приведенной на рис… Очевидно, что при возрастании силырезания для сохранения постоянной величины упругих перемещений необходимо опорыпружины 2 сближать и наоборот.
42.Доля подготовительно-заключительного времени />, приходящаясяна изготовление одного изделия t = />/n,зависит от числа и изделий в партии. В условиях крупносерийного и массовогопроизводств, когда n очень велико,доля t становится исчезающе малой величиной и ее сокращение практически невлияет на повышение производительности процесса.
В условиях единичного имелкосерийного производств доля подготовительно-заключительного временидоминирует, достигая порой 70…80 % от tшгк- Поэтому в этом случае сокращение величины /> приобретаетособую актуальность.
Подготовительно-заключительноевремя включает затраты времени: на получение и ознакомление рабочего с задачей,которую ему необходимо выполнить /> – на получениеи установку на станке режущего инструмента — />, иприспособлений, служащих для установки и закрепления обрабатываемых объектов — to, на статическую настройку размерных и кинематических цепей технологическойсистемы — />.
/>
Сокращение /> осуществляетсяс помощью быстросменных приспособлений, например, для смены сверл, разверток,блоков с заранее установленными режущими инструментами и т.п.
Примером может служитьсменная револьверная головка с державками и настроенным режущим инструментомдля обработки одной или нескольких, близких по назначению, а иногда иразличных, деталей. Сменные головки позволяют быстро осуществить перенастройкувысокопроизводительного станка с обработки одной детали на другую.
Для сокращения времени />, затрачиваемогона статическую настройку размерных цепей технологической системы, используютсяразличные средства, служащие одновременно и для увеличения точности, в видевстроенных индикаторов, линеек, габаритов и т.д.
Одним из радикальныхсредств, служащих для этой же цели, являются станки с программным управлением.Станки с ЧПУ могут быть достаточно быстро перенастроены с обработки однойдетали на другую путем смены программы. Программа позволяет обеспечитьнеобходимые начальные перемещения узлов станка, их рабочие и холостые движения.Однако при программированном управлении за наладчиком остается настройкаразмерных цепей технологической системы на требуемую точность обрабатываемойдетали. Это обстоятельство существенно сказывается на производительностиобработки.
Стремлениеизготовить всю деталь на одном-двух станках сталкивается с проблемой сокращениязатрат времени на настройку станка на заданную точность при обработке каждойповерхности. Большие затраты времени имеют место при разработке управляющихпрограмм на изготовление сложных деталей. Поэтому эту работу целесообразноосуществлять вне станка, что сокращает цикл обработки заготовки, но при этомотладка управляющей программы осуществляется рабочим и требует больших затратвремени.
Приизготовлении детали с большим числом ответственных поверхностей время нанастройку технологической системы резко возрастает.
Другим путемсокращения подготовительно-заключительного времени, приходящегося на единицуизделия, является увеличение количества изделий в партии, обрабатываемой приодной настройке размерных и кинематических цепей технологической системы.
Увеличениеколичества изделий может быть достигнуто двумя путями:
1)увеличением одинаковых изделий в партии, как это имеет место, например, вмассовом производстве, когда на ряде настроенных технологических системпроизводится обработка одних и тех же изделий иногда в течение нескольких лет.В таких условиях учет вообще теряет смысл, так как это время становитсяисчезающе малой величиной;
2)увеличением количества деталей за счет обработки различных деталей, близких послужебному назначению и по конструкции, размерам, материалу, техническимусловиям и т.д.
Обработкадеталей группы во втором случае требует незначительной переналадкитехнологической системы при переходе от обработки одной детали к другой.Действительно, если, например, на револьверном станке обрабатывают валы одногодиаметра, но различной длины, то д, ля перехода на обработку более длинного валанеобходимо только переставить упоры ограничения длины хода револьвернойголовки. Следовательно, обработка группы такого типа деталей как бы увеличиваетколичество деталей, обрабатываемых с одной настройкой или при небольшойперенастройке технологической системы, что, в итоге, привело к появлениюгрупповой технологии. Для ее реализации используются различного родауниверсальные приспособления, позволяющие обрабатывать группу деталей с быстройперенастройкой.
Для тех жецелей используются различного рода унифицированные наладки, позволяющиеосуществлять быстрый переход с обработки заготовки одной детали на обработкузаготовки другой детали.
63.Время технического обслуживания на рабочем месте затрачивается на сменуинструмента, регулировку и подналадку механизма в процессе работы, правкуинструмента и другие подобные действия рабочего, связанные с уходом за рабочимместом при выполнении заданной работы.