Вопросы изготовления точности

акбаров Х.У., Алматаев Т.А., Раманкулов М.

Вопросы обеспечения точности изготовления деталей

Конечной целью совершенствования металлорежущих станков является повышение эффективности процесса обработки. Достижение этой цели связано с изменением в желаемом направлении производительности, себестоимости и точности обработки. Эти параметры взаимозависимы, и поэтому заманчивая перспектива их одновременного благоприятного изменения нереальна; можно лишь, в соответствии с известными принципами оптимизации, стремиться к достижению экстремального значения какого-либо одного параметра, наложив соответствующие ограничения на остальные. Так, когда целью является достижение наивысшей возможной в данных конкретных условиях точности, налагают ограничения, не решим и другие параметры обработки.

Задача повышения точности обработки может быть особо выделена из общей проблемы повышения эффективности механообработки.

Отметим два наиболее известных направления решения этой задачи.

Первое направление связано с увеличением жесткости технологической системы и повышением точности изготовления узлов и деталей станка. Получаемый при этом эффект достигается главным образом за счет уменьшения ошибок положения и перемещения инструмента и обрабатываемой детали, а также уменьшения погрешностей, вызванных деформирующими усилиями [1].

Второе направление основано на выборе таких технологических режимов и условий протекания процесса обработки, которые обеспечивают заданную точность.

Действительно первое направление основано на увеличении сопротивляемости технологической системы воздействию факторов, ухудшающих точность обработки. Таким путем принципиально невозможно ликвидировать влияние технологических факторов. Достижение при этом особе высоких точностей обработки требует чрезвычайных мер по увеличению жесткости и точности изготовления станков. Однако эти меры сами по себе еще не могут гарантировать достижение особо важной точности обработки, и их обычно дополняют мерами, относящимися ко второму направлению, т.е. снижают режимы резания, стабилизируют характеристику заготовок и внешние условия. В результате повышения стоимости изготовления станка дополненное снижением производительности, может привести к нежелательному повышению стоимости обработки.

Поэтому, наряду с двумя направлениями повышение точности обработки используют еще одно направление, связанное с применением систем автоматического управления точностью обработки (САУТО).

По сравнению с первым направлением повышение точности обработки, приводящим лишь к пассивному ослаблению действия причин погрешностей, применение САУТО дает существенное преимущество. Это преимущество заключается в их способности компенсировать (в принципе - полностью) влияние факторов, порождающих погрешности обработки. Тем самым технологической системе придается свойство независимости по отношению к факторам, на компенсацию которых рассчитана САУТО.

Переходя к сравнению третьего подхода со вторым направлением, отметим, что выбор решения и условий обработки при традиционном проектировании технологического процесса основывается, по существу, на прогнозе течения процесса обработки.

Действительно, чтобы выбрать технологические режимы, гарантирующие заданную точность обработки и в то же время обеспечивающие требуемую производительность, необходимо оценить величины факторов, участвующих в формировании погрешностей обработки (ожидаемые величины усилий резания, предполагаемые значения жесткости технологической системы и т.п.). Эти оценки являются прогнозирующими, так как относятся к будущему, еще не реализованному, процессу обработки. Эффективность намеченного технологического процесса в значительной степени зависит от точности прогноза.

При традиционном проектировании технологических процессов принципиально невозможно достичь высокой точности прогноза. Это объясняется тем, что в ходе такого проектирования судят о факторах, влияющих на процесс обработки, основываясь лишь на априорных данных об усредненных характеристиках заготовок, инструмента и паспортных данных о технологических возможностях станка. Однако в реальных условиях действительные значение факторов (припуск, твердость заготовок, состояние технологической системы) не остаются постоянными, причем отклонения от средних значений могут быть весьма существенными [3]. Кроме того, и сами зависимости по которым осуществляется прогнозирование, могут изменяться в процессе обработки.

В общем случае точность прогнозирования зависит от характера между предсказываемой величиной и той информацией, которая используется для предсказания. В этом случае теснота связи и определяемая его точность прогноза зависит от времени предсказания. Чем ближе момент получения информации к моменту осуществления предсказываемого события, тем точнее может быть прогноз [2].

Это означает, что от приближенного оценивания факторов, осуществляемого на стадии традиционного проектирования процесса обработки, необходимо переходить к их измерению непосредственного в ходе процесса обработки.

Прогнозируя на основе текущих измерений результаты влияния учитываемых факторов, можно осуществлять регулированием параметров технологического процесса (режимов резания, настройки и. т. п.) в ходе самого процесса.

В этом состоит преимущество третьего направления, основного на использовании САУТО, кроме того САУТО создает возможность повышения точности обработки не только за счет компенсации или подавления тех или иных факторов, но также и путем использования принципа обратной связи по отклонениям размера или связанных с ним параметров.

Накопленный в промышленности опыт разработки и применения САУТА относится главным образом к финишным операциям в массовом производстве [4].

Распространение этого опыта на серийное производство, станки с ЧПУ связано с преодолением ряда препятствий. В ряду этих проблем не последнее место занимает трудности измерения размерных и иных параметров, от которых зависит точность обработки.

В зависимости от источника информации, по которой судят о действительном размере можно выделить следующие способы измерений (рис.1).

Наиболее простым и часто применяемым видом в автоматических мало серийных и единичных производствах является измерение обработанной детали. Этот вид измерения осуществляется на отдельных контрольных позициях, например, на КИМ и непосредственно

Так погрешности установки обусловлены:

- погрешностями технологических баз детали;

- погрешностями исполнительных поверхностей станка;

- погрешностями, вызванными силами закрепления детали.

Погрешность статической настройки технологической системы:

- погрешностями положения режущих кромок инструмента относительно баз исполнительных поверхностей станка;

- погрешностями базирования и закрепления приспособления;

- погрешностями статических параметров оборудования.

Погрешность динамической настройки технологической системы обусловлена погрешностями, вызванными:

- неравномерностью припуска;

- неоднородностью материала детали;

- переменной жесткостью технологической системы;

- качеством и состоянием режущего инструмента;

- температурными деформациями технологической системы;

- вибрациями технологической системы.

Иначе говоря, погрешности W_y, W_c, W_∂ можно представить, как функции вида:

W_y = F(x _у1; х _{у 2} ; …у_{у n})

W_c = F(х _с1; х_с2; …х_сn)

W_∂ = F(x_∂1; x_∂2; …x_∂n)

Отыскав эти функциональные зависимости и измеряя значения аргументов в ходе

технологического процесса, можно судить о значениях W_У, W_с, W_∂ т.е. о параметрах детали.

Достоинство этой разновидности, косвенной оценки параметров точности детали заключается в ее универсальности. Существует возможность определения любого параметра точности детали в ходе механической обработки в зависимости от значений аргументов х_уi, x_сi, x_∂i которые можно условно назвать «элементарными».

Недостатком является то, что к настоящему времени функциональные зависимости W_y = (F(х_уi); W_c = F(x_сi); W_∂ = F(x_∂i) установлены далеко не для всех видов обработки и не для всех параметров точности и в большинстве случаев они являются приближенными, вследствие недостаточного изучения процессов, происходящих при механической обработке, что обуславливает большие погрешности результатов расчетов.

Можно избежать многих вышеперечисленных трудностей, если оценивать параметры точности детали по замеру значений комплексных характеристик, отражающих воздействие на технологическую систему сразу нескольких возмущающих факторов («элементарных»).

Таким параметрами могут быть: силы резания, мощность, затрачиваемая в процессе резания, температура в зоне резания. Например, на значение такого параметра технологического процесса как сила резания влияет целый ряд факторов: скорость резания, подача, глубина резания, износ инструмента, твердость материала и др. Оценивая только значение силы резания, можно получить информацию о совокупном влиянии целого ряда «элементарных» факторов технологического процесса на формирование параметра детали.

Способы косвенной оценки параметров точности деталей имеют большие преимущества по сравнению с другими способами. Во-первых, они позволяют производить измерения непосредственно в ходе технологического процесса; во-вторых, в сравнении с другими видами, позволяющими производить измерения параметра точности, в процессе его формирования они имеют большую универсальность, и их реализация относительно проста.

Обобщая все вышеуказанное, можно сказать, что способ косвенной оценки параметров точности деталей обладает всеми преимуществами других способов и исключает их многие существенные недостатки.

Литература

1. Маталин А.А. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов Л., Машиностроение, 1970. 318 с.

2. Невельсон М.С. Автоматическое управление точностью металлообработки Л., Машиностроение, 1973. 176 с.

3. Кюттнер Р.А. Разработка и исследование методики определения оптимальных режимов механической обработки. Автореф. канд. дисс. ЛИТМО, 1972. 18 с.

4. Невельсон М.С. Автоматическое управление точностью обработки на металлорежущих станках. Л., Машиностроение, 1982. 184 с.

2