Точность токарных станков чпу. Исследование точности станков с чпу. Повторяемость и точность изготавливаемых деталей

Работая в автоматическом или полуавтоматическом режиме станок с ЧПУ прежде всего должен обеспечить точность изготовляемых деталей, которая зависит от суммарной погрешности. Суммарная погрешность в свою очередь складывается из ряда факторов:

Точность станка;

Точность системы управления;

Погрешности установки заготовки;

Погрешности наладки инструментов на размер;

Погрешности наладки станка на размер;

Погрешности изготовления инструмента;

Размерный износ режущего инструмента;

Жесткость системы СПИД.

Под точностью станка понимают, прежде всего, его геометрическую точность, т.е. точность в ненагруженном состоянии. Различают станки четырех классов точности: Н (нормальной), П (повышенной), В (высокой), А (особо высокой). При проверке станков на соответствие нормам точности выявляют точность геометрических форм и положения базовых поверхностей, точность движений по направляющим, точность расположения осей вращения, точность обработанных поверхностей, шероховатость обработанных поверхностей.

Точность станков с ЧПУ характеризуют дополнительно следующие специфические проявления: точность линейного позиционирования рабочих органов, величина зоны нечувствительности, т.е. отставание при смене направления движения, точность возврата, стабильность выхода в заданную точку, точность в режиме круговой интерполяции, стабильность положения инструмента после автоматической смены.

Следует отметить, что для станков с ЧПУ стабильность выхода рабочих органов в заданную точку часто важнее чем сама точность станка. Для сохранения точности станка в течении длительного времени эксплуатации нормы геометрической точности при изготовлении станка по сравнению с нормативными ужесточают на 40%, резервируя тем самым запас на изнашивание.

Точность системы управления. Точность системы управления, прежде всего, связывают с работой в режиме интерполяции – режим при котором система осуществляется управления одновременно несколькими осями. Отклонения, связанные с работой интерполятора не превышают цены дискреты. Для современных станков с ценой единичных импульсов 0,001-0,002 мм погрешность является незначительной, но проявляется в виде отклонений микрогеометрии, т.е. шероховатости.

Весьма существенными могут оказаться погрешности, не зависящие от работы интерполятора, но проявляющиеся в режиме интерполяции. Их причиной является систематическая ошибка в передаче движения приводами подач. Эти ошибки возникают в кинематической цепи двигатель привода подач – редуктор – ходовой винт – датчик. При движении по одной оси такие ошибки проявляются виде неравномерности движения рабочих органов и практически не влияют на результат обработки. Однако при движении по нескольким осям неравномерность движения даже по одной оси приводит к погрешности обработки виде волнистости обработанной поверхности.

Погрешности установки заготовок. Погрешность установки определяется суммой погрешностей базирования и закрепления. Погрешность базирования возникает вследствие несовмещения установочной базы с измерительной. На станках с ЧПУ имеется возможность достижения более высоких точностей, когда за один установ обрабатывают измерительные базы и все поверхности, размеры которых отсчитаны от этих баз.

При закреплении заготовок возможны ее смещения под действием зажимных сил. Смещение заготовки из положения определяемого установочными элементами приспособления, происходит вследствие деформаций отдельных звеньев цепи: заготовки, установочных элементов, корпуса приспособления. В связи с неоднородностью качества поверхностей и нестабильностью удельных нагрузок компенсировать возникающие деформации при помощи коррекции инструмента невозможно.

Погрешности наладки инструментов на размер. При наладке инструмента на размер вне станка независимо от точности используемого прибора возникают погрешности. Эти отклонения определяются погрешностью самого прибора и погрешностью закрепления налаженного на размер инструмента. Такую погрешность компенсируют после пробного прохода.

Погрешности наладки станка на размер. Наладка станка на размер заключается в согласованной установке налаженного на размер режущего инструмента, рабочих элементов станка и базирующих элементов приспособления в положение, которое с учетом явлений происходящих в процессе обработки, обеспечивает получение требуемого размера. Погрешность наладки станка возникает вследствие того, что невозможно расположить рабочие элементы станка и инструменты точно в расчетное положение. Для обеспечения требуемой точности изготовления наладчик использует пробные ходы. Под регулировкой установочного размера понимают восстановление установочного размера, изменившегося вследствие размерного изнашивания инструментов или температурной деформации системы. Для того чтобы сократить количество подналадок на протяжении обработки партии деталей необходимо правильно выбрать установочный размер. Рекомендуется установочный размер выбирать таким образом, чтобы он отстоял от нижней или верхней границы поля допуска на 1/5 поля. Ближе к нижней границе следует налаживать инструменты при обработке наружных поверхностей, а ближе к верхней при обработке внутренних поверхностей.

Погрешности изготовления инструмента. При фасонной токарной обработке поверхность формируется различными точками, лежащими на закругленной части резца. Современные УЧПУ позволяют программировать коррекцию на радиус инструмента. При отсутствии такой возможности необходимо радиус закругления при вершине резца учитывать при составлении программы обработки. Необходимо помнить о том, что для режущий инструмент изготавливают с некой допустимой погрешностью, которую также необходимо учитывать при программировании обработки.

Размерный износ режущего инструмента. В процессе обработки режущий инструмент подвержен изнашиванию, что в свою очередь влияет на погрешность обработки. Критерием износа является размер площадки износа по задней грани. Изнашивание инструмента вносит в первоначальную наладку систематическую погрешность т.е. действительный размер обработанной поверхности выходит за пределы поля допуска, через некоторый интервал времени, требуется подналадка. Период подналадки зависит от интенсивности изнашивания инструмента. Коррекция (подналадка) на износ инструмента может быть автоматической или ручной. При ручной коррекции оператор вносит изменения в наладку через определенный интервал времени, а при автоматической коррекцию размера осуществляет система ЧПУ по программе.

Жесткость системы СПИД. Упругие деформации. Как отмечалось ранее, система СПИД представляет собой упругую систему. Под жесткостью упругой системы понимают ее способность оказывать сопротивления деформирующему действию. При недостаточной жесткости под действием сил резания происходит деформация системы СПИД, что вызывает погрешности формы и размеров обработанной поверхности. Погрешности связанные с недостаточной жесткостью системы тем выше, чем выше нагрузки (т.е. чем больше силы резания). Для уменьшения указанных погрешностей необходимо уменьшить размер снимаемого за один проход слоя металла. Необходимо отметить, что станки с ЧПУ как правило имею жестокость на 40-50% выше чем универсальное оборудование, что позволяет вести обработку за меньшее количество проходов.

Тепловые деформации и деформации от внутренних напряжений заготовки. В процессе работы оборудования происходит нагрев всех элементов и узлов станка. Эти деформации весьма существенны, например нагрев стального стержня длиной 1м на 1º С приводит к удлинению его на 11 мкм.

Тепловые деформации протекают интенсивно в начальный период работы станка после чего величина деформации стабилизируется и не влияет на дальнейшую работу. Изменения протекающие в начальный период могут значительно повлиять на точность обработки, поэтому необходим прогрев станка до начала обработки деталей. Также следует избегать продолжительных остановок оборудования.

Тепло, выделяемое в зоне резания, способствует нагреву заготовки, особенно при многопроходной черновой обработке на высоких скоростях резания. При этом происходит ее деформация. Для того, чтобы получить высокую точность необходимо перед началом чистовой обработки обеспечить охлаждение заготовки. Для этих целей применяют обработку с использованием СОЖ, а при обработке нескольких заготовок (на многоцелевых) станках используют также рациональную схему обработки, при которой осуществляется выдержка времени на стабилизацию температуры. Кроме того, высокоточные станки устанавливают в термоконстантных помещениях.

Заготовкам присущи внутренние напряжения, образующиеся при неравномерном охлаждении отдельных частей заготовки при их изготовлении. С течением времени внутренние напряжения выравниваются, а заготовка деформируется. Особенно активно протекает процесс деформации после снятия поверхностных слоев, имеющих наибольшие напряжения. Для уменьшения воздействия таких деформаций следует разделять черновые и чистовые деформации, а для получения высокоточных деталей следует между черновой и чистовой операцией выполнять естественное или искусственное старение.

Обработка металла с высокой (прецизионной) точностью требует особого подхода для изготовления станочного оборудования. Все прецизионные станки делятся на классы по степени предельной точности, с которой они способны обрабатывать детали:

• Станки класса А (особо высокая точность).
• Класс B (оборудование высокой точности).
• Класс C (станки особой точности).
• Станки класс П (повышенная точность обработки).

Прецизионное оборудование обеспечивает обработку деталей идеальной геометрической формы, особо точным пространственным расположением осей вращения. Станки позволяют получить шероховатость поверхности до одиннадцатого класса чистоты. Параметры изготовления, при определенных условиях, достигают значений характерных для первого класса чистоты.

Для достижения таких показателей необходимо применение станочных узлов и агрегатов, изготовленных по соответствующим стандартам, имеющих минимальные погрешности при их производстве . Особое значение придается используемым подшипникам. На прецизионных станках по металлу используются гидродинамические и аэростатические подшипники высокого класса изготовления.

При работе металлообрабатывающего оборудования происходит большое выделение тепла, воздействующее как на узлы станка, так и на заготовки. При этом и те, и другие испытывают механические деформации, приводящие к снижению точности изготовления. В высокоточных станках реализована функция активного отвода тепла, препятствующая геометрическим отклонениям элементов станка и деталей. Понижение уровня нежелательных вибраций также способствует точности изготовления.

Основы теории высокоточной обработки металла

Современный металлорежущий станок можно рассматривать как некую систему из трех составляющих: измерительной, вычислительной, исполнительной. Ни одна из них несовершенна, каждая вносит погрешности в точность изготовления.

Точность измерительной части зависит от показаний применяемых датчиков. Точность измерения повышается с применением более совершенных датчиков - измерительных устройств. Сегодня подобные устройства способны отслеживать размеры до нескольких нанометров.

Исполнительная точность непосредственно зависит от узлов и агрегатов станка. Чем выше будут параметры составляющих оборудования, тем меньшая сложится окончательная погрешность.

К погрешностям металлообрабатывающих станков относятся:

• Геометрические , зависящие от качества изготовления комплектующих станка и их сборки. От этого зависит точность расположения относительно друг друга рабочего инструмента и заготовки в процессе обработки.
• Кинематические погрешности зависят от соответствия передаточных чисел в механизмах станка. Кинематические цепи особое влияние оказывают на точность изготовления зубчатых элементов, резьбы.
• Упругие погрешности определяются деформациями станка. В процессе резания происходит отклонение, под действием возникающих сил, взаимного расположения инструмента и заготовки. В прецизионных станках, для борьбы с такими проявлениями, создают особо жесткие конструкции.
• Температурные . Неравномерный нагрев узлов станка приводит к потере начальной геометрической точности, снижая качество изготовления.
• Динамические погрешности объясняются относительными колебаниями рабочего инструмента и заготовки.
• Погрешности изготовления и установки режущего инструмента.

Двигатели, редукторы содержат подвижные части, имеющие люфты, поверхности скольжения со временем претерпевают износ - все это непосредственно влияет на качество обработки. Такое понятие,

как точность позиционирования системы «станок - деталь», напрямую зависит от исполнительной точности.

Некоторые способны обрабатывать детали с точностью до 0,0002 мм, при частоте вращения шпинделя 15000 об/мин. Такие показатели имеют и оборотную сторону. Стоимость оборудования значительно выше по сравнению с обычными станками. Это является следствием применения новейших наукоемких технологий при изготовлении станков. В качестве примера можно указать использование аэростатических направляющих, где суппорт с рабочим инструментом скользит на расстоянии в несколько микрон от поверхности. То есть фактически находится в «воздухе».

Современный прецизионный шлифовальный станок - это автоматизированный комплекс, позволяющий обрабатывать детали с точностью до 0,01 мм . Служит для заточки инструментов из алмазов, твердых сплавов, инструментальной стали. Ультрапрецизионные шлифовальные станки способны обрабатывать внутренние и внешние поверхности детали за одну установку. Прецизионный сверлильный станок обладает жесткой конструкцией, оборудован цифровой индикацией, отображающей параметры сверления.

Общим для всех типов прецизионных станков является использование в приводах фрикционных передач. При этом повышается качество изготовления, упрощаются кинематические цепи. Более высокий КПД снижает себестоимость работ.

В этой статье представлены теоретические рассуждения на этапе подготовки к созданию . Без этих знаний не стоит приступать к его созданию, поэтому статья рекомендуется к прочтению тем, кто еще только планирует построить свой станок с ЧПУ. Спустя полтора года с момента ее опубликования, я написал следующую статью для тех, у кого уже есть сам станок. Она называется . В ней я расскажу о методике измерения точности и о выводах, которые следуют после измерений.

Начну с того, что для домашнего производства станок с ЧПУ является просто незаменимым оборудованием. Поэтому я и решил собрать фрезерный станок с ЧПУ своими руками. Дело это нелегкое и, надо сказать, крайне затратное. На данный момент потраченная на создание станка сумма уже приближается к стоимости готового станка. Но для меня это не было секретом — об этом везде и часто пишут. Просто когда делаешь фрезерный станок с ЧПУ своими руками, то по неволе будешь досконально знать все тонкости: как он работает, как его настроить, какие шаги предпринять, чтобы повысить его точность, скорость обработки и другие параметры. В общем, с головой окунаешься в технологическую среду станкостроения.

В данной статье на ТехноБлоге Dimanjy пойдет речь о точности станка с ЧПУ в зависимости от выбора типа передачи, шаговых двигателей и режимов их работы.

Совсем немного теории. Если вы уже интересовались фрезерными станками с ЧПУ, то наверняка знаете, что они состоят из режущего/фрезерующего инструмента (шпиндель с установленной фрезой) и системы линейных перемещений инструмента, т.е. системы, обеспечивающей автоматическое перемещение инструмента в пространстве. Именно так станок с ЧПУ сам выпиливает заданную деталь.

Система линейных перемещений станка строится (обычно) на базе шаговых двигателей. Здесь я буду рассматривать именно станки с ЧПУ, собранные своими руками, а не дорогие промышленные образцы, на которых могут стоять гораздо более дорогие промышленные серво-двигатели. А собирая станок своими руками обычно стараются придерживаться минимального бюджета. Именно бюджетным вариантом является использование шаговых двигателей.

Идем далее. Задача системы линейного перемещения на базе шаговых двигателей состоит в преобразовании вращательного движения ротора двигателя в поступательное (линейное) движение каретки, к которой крепится инструмент. Существует два вида преобразователей: передача винт-гайки (и ее разновидности) и зубчатые передачи (зубчатые ремни или рейки).

Выбирая тип передачи (винтовая или зубчатая), конструктор руководствуется задачами, которые стоят перед станком, требованиями точности и доступности тех или иных материалов. В общем случае, винтовая передача обеспечивает более высокую разрешающую способность станка, чем зубчатая передача, но уступает последней в скорости перемещения инструмента. Если вам нужен станок, способный фрезеровать ювелирные украшения, то он скорее всего должен быть построен на винтовых передачах, но он будет медленный. Если вы хотите выпиливать много и быстро не мелких деталей (относительно ювелирки), то строить его желательно на зубчатых передачах. Но на нем нельзя будет делать что-то очень мелкое, т.к. его разрешающая способность не позволит. Давайте теперь немного посчитаем на конкретных примерах.

Расчеты начинаются с шагового двигателя, у которого есть такой параметр, как число шагов на один полный оборот. Для самодельных станков с ЧПУ обычно применяют шаговые двигатели, имеющие 200 шагов на один оборот (360° / 200 = 1.8°). Шаговые двигатели могут работать в режиме полушага и делать 400 шагов на оборот. Теперь попробуем переложить это число на винтовую и зубчатую передачи, и посмотреть, какой теоретической разрешающей способности можно добиться от них при использовании одного и того же шагового двигателя. Здесь и далее я буду говорить именно о разрешающей способности, а не о точности, хотя нередко люди путают эти понятия и под «точностью станка с ЧПУ» подразумевают именно его разрешающую способность.

Итак, какое же разрешение можно получить на винтовой передаче, имея шаговый двигатель с 400 полушагами на один оборот? Винтовая передача имеет такой параметр, как шаг резьбы. Пусть шаг резьбы у винтовой передачи будет 2 мм (именно такой шаг делают на обыкновенных строительных шпильках). Т.е. гайка, накрученная на этот винт за полный оборот переместится на 2 мм. Если приделать к винту шаговый двигатель и покрутить им винт, то получится, что за один полушаг двигателя винт переместит гайку на 2мм/400 = 0.005 мм! или 5 микрон! Невероятно! С таким разрешением тульский Левша не только подковал бы блоху, но и набил бы ей татуху!

Однако представьте, теперь, что при помощи такой винтовой передачи нам нужно переместить инструмент на 20 см. Это 100 оборотов винта или 100 х 400 = 40.000 полушагов. Скорости шаговых двигателей обычно относительно небольшие — 50 оборотов в минуту это уже достаточно быстро для шаговика. Значит чтобы переместить инструмент на 20 см, сделав 100 оборотов, надо ждать целых 2 минуты! Катастрофа!

Посмотрим теперь на точность зубчатого ремня. Точнее, разрешающую способность, которой можно добиться используя передачу на зубчатом ремне. В самодельных станках с ЧПУ часто применяют зубчатые ремни с шагом зубьев 5.08 мм. На ротор шагового двигателя одевается шкив, который также имеет определенное число зубьев, входящих в зацепление с зубчатым ремнем. Для примера расчетов возьмем шкив на 12 зубьев. Получается, что за полный оборот шагового двигателя (400 полушагов) зубчатый ремень пройдет 12 х 5.08 = 61 мм. Значит на один полушаг приходится 61 / 400 = 0.15 мм.

Да уж! Тут микронами и не пахнет, и даже в «десятку» (одну десятую миллиметра) не укладываемся. Но задайте себе вопрос, будете ли вы создавать детали, у которых элементы (например, соседние отверстия) будут располагаться друг к другу ближе чем на 1 мм? И теперь представьте, как быстро будет перемещаться инструмент вашего станка с ЧПУ: при 50 оборотах в минуту передача на зубчатом ремне передвинет инструмент на 61 х 50 = 3000 мм или 3 метра! за минуту. Это вам не 10 см в минуту на винтовой передаче!

Здесь вы бы могли мне возразить, особенно если изучаете вопрос создания станков с ЧПУ своими руками достаточно длительное время, потому как в сети есть умельцы, которые разгоняют шаговые двигатели до космических скоростей. Я встречал упоминания чуть ли не о 500 оборотах в минуту! С такой скоростью можно и винтовую передачу крутить достаточно быстро. Теоретически, да… Но на практике шаговый двигатель очень сильно теряет свой момент при увеличении скорости вращения. Он вообще не предназначен для быстрого вращения — для этого существуют другие типы двигателей.

С самого начала, когда я только приступил к изготовлению станка с ЧПУ своими руками и начал описывать этот процесс в своем ТехноБлоге Dimanjy, я также решил использовать винтовую передачу. Набрал в ближайшем магазине строительных шпилек по 100 рублей, заказал для них гайки из капролона, купил на базаре подшипники, выточил на них держатели… Но когда я все это хозяйство собрал в единую конструкцию, то провернуть руками винт передачи просто не смог! Строительные шпильки все кривые — дают биение до 2мм на 1 метре длины. Подшипники отцентровать в домашних условиях просто нереально, поэтому ни о какой соосности речи быть не могло. Спрашивается, как это все будет вращать бедный шаговый двигатель? А никак!

После первого неудачного эксперимента я решил-таки обратить внимание на промышленные элементы передач для станков. Начал сравнивать их и прикидывать стоимость.

Винтовая передача требует высокоточные винты, подшипники на каждый винт с двух сторон, держатели для подшипников и гайку передачи на каждый винт. Но винты надо как-то вращать, поэтому на шаговые двигатели нужны еще специальные муфты, а еще лучше — те же зубчатые ремни и два шкива: один на двигатель, один на ходовой винт. В общем — уйма деталей, да еще и большой головняк при настройке, не говоря о изначально повышенных требованиях к станине будущего станка для соблюдения соосности при установке держателей винтов. Двойной ценник с заведомо непредсказуемым результатом. Нафик-нафик!

Передача на зубчатом ремне оказалась наиболее бюджетным вариантом. Для самодельного станка с ЧПУ нужен только сам зубчатый ремень, шкивы для него на шаговые двигатели и по два натяжных ролика в комплект к шкиву. Натяжные ролики я сделал из обычных подшипников. Настройка зубчатого ремня сводится только к его натягу — просто чтобы не болтался.

Итак решено — делаю на зубчатом ремне. Закупил комплектующие, переделал станину, установил шаговые двигатели и ремни. И вуаля — все зашуршало, и довольно бодро! Двигатели не испытывали никаких трудностей при перемещении много-килограммовой станины вместе с увесистым шпинделем. Все недочеты сборки и мелкую кривизну передача на зубчатом ремне сглаживает за счет собственной эластичности. Однако малое разрешение в 0.15 мм никак не давало мне покоя. Конечно всегда хочется большей точности, и я начал поиски путей ее увеличения.

Первое, что приходит на ум — использовать редуктор. Но это влечет к усложнению конструкции, ее удорожанию и, опять-таки, снижению скорости! А можно как-то повысить разрешающую способность самодельного станка с ЧПУ при сохранении прежней скорости перемещений? Оказалось, что теоретически такое возможно. Решение нашлось в способе управления шаговым двигателем.

Все дело в том, что шаговый двигатель может работать не только в полношаговом или полушаговом режиме. Специальным образом управляя током в обмотках двигателя можно добиться так называемого «микрошагового» режима работы двигателя. При этом есть возможность раздробить один полный шаг на множество более мелких шагов, получая 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 шага и даже больше! Уже при 1/4 шага разрешение станка с ЧПУ на ременной передаче повышается в 2 раза с 0.15 до 0.075 мм, при 1/8 — до 0.04 мм, при 1/16 — до 0.02 мм. Это уже кое-что!

Однако тут кроется небольшая проблема. Дело в том, что производители не гарантируют работу двигателя в микрошаговом режиме. Кроме того, разные шаговые двигатели ведут себя в режиме микрошага по-разному, и нигде не описывается характеристика конкретного двигателя в микрошаговом режиме. Оно и понятно — этот режим в принципе не предусматривался при разработке шагового двигателя, который по сути является конечным автоматом с четко определенными состояниями, свойственными цифровой технике (1 — шагнули, 0 — стоим на месте). Микрошаговый режим — это попытка аналогового управления двигателем, изначально рассчитанным на «цифровой» сигнал.

В микрошаговом режиме шаговый двигатель раскрывает перед нами всю свою аналоговую нелинейность, свойственную всему сущему в нашем мире. Если ток в одной из обмоток зафиксировать, а во второй плавно поднимать от нуля до того же уровня, то ротор двигателя, вопреки ожиданиям, не станет плавно перемещаться. При величине тока во второй обмотке порядка 50% от тока первой шаговый двигатель вообще не движется. От 50 до 70% ротор оживает и начинает еле заметно проворачиваться, а от 70 до 100% проворачивается уже в три раза быстрее. Т.е. зависимость угла поворота от величины тока в обмотке близка к экспоненциальной. Такая картина характерна для мощных гибридных шаговых двигателей, применяемых в самодельных станках с ЧПУ. Если же взять маломощный шаговый двигатель от старого принтера, то там зависимость уже другая, почти линейная. И так для каждого двигателя. Разные двигатели — разные характеристики для микрошагового режима.

На рынке широко представлены контроллеры шаговых двигателей с поддержкой микрошагового режима, но в них для его реализации применяется обычная таблица синусов, которая совершенно не учитывает нелинейность и индивидуальные особенности каждого конкретного двигателя. Какой прок от такого кривого микрошага? Как ни странно, но прок есть даже от такого. Все дело в том, что в обычном режиме полного шага или полушага шаговые двигатели сильно вибрируют. Наступает механический резонанс, который заставляет вибрировать и громыхать весь станок, что крайне негативно может сказаться на точности. Если же каждый шаг, поступающий из управляющей программы разделить на микрошаги и подать их на двигатель, то перемещение станет значительно плавнее и тише. Но фиксации двигателя в микрошаговом положении такие контроллеры не обеспечивают, потому как положение ротора в этом промежуточном состоянии совершенно не предсказуемо для обычного микрошагового контроллера.

Давайте теперь представим, что контроллер откуда-то знает о нелинейности характеристики шагового двигателя, и вместо стандартной таблицы синусов, записанной в его памяти, он будет выбирать значения для токов обмоток из специальной индивидуальной таблицы, составленной под конкретный двигатель. Тогда микрошаговый режим можно будет использовать не только для снижения резонанса, но и для реального увеличения разрешающей способности станка с ЧПУ!

Но как же передать в контроллер шагового двигателя эту волшебную таблицу, рассчитываемую индивидуально под каждый двигатель? Решить эту задачу нам поможет предварительная калибровка шагового двигателя и специальный контроллер, поддерживающий работу с этой калибровочной таблицей! Такой я как раз в данный момент и разрабатываю. На моем ТехноБлоге Dimanjy вы можете следить за ходом его разработки и последними обновлениями.

Я решил осуществлять оптическим методом с использованием обычной лазерной указки, жестко установленной на ротор шагового двигателя, но об этом читайте в моей следующей статье на ТехноБлоге Dimanjy.

Также я начинаю цикл статей о том, как создать , потому как у меня уже появились некоторые результаты в этом направлении. Следите за обновлениями!

Общие сведения о станках с ЧПУ. Конструктивные особенности станков с ЧПУ Точность и качество обработки на станках с ЧПУ. Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений заданных УП а также сохранить эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

ИКП МТО

Кафедра ТМ

Индивидуальное задание

на тему «исследование точности станков с ЧПУ»

2015

Введение…………………………………………………………………………...3

1 Общие сведения о станках с ЧПУ.…………………………...........................4

2 Конструктивные особенности станков с ЧПУ ……………………………… 8

3 Точность и качество обработки на станках с ЧПУ…………………...……..13

Заключение……………………………………………………………………….17

Список использованных источников…………………………………………...18

Введение

Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений, заданных УП, а также сохранить эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки, автоматизацию загрузки и выгрузки деталей, автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента, возможность встройки в общую автоматическую систему управления. Высокая точность обработки определяется точностью изготовления и жесткостью станка. В конструкциях станков с ЧПУ используют короткие кинематические цепи, что повышает статическую и динамическую жесткость станков. Для всех исполнительных органов применяют автономные приводы с минимально возможным числом механических передач. Эти приводы должны иметь высокое быстродействие.

Точность станков с ЧПУ повышается в результате устранения зазоров в передаточных механизмах приводов, уменьшения потерь на трение в направляющих и механизмах, повышения виброустойчивости, снижения тепловых деформаций.

1 Общие сведения о станках с ЧПУ.

Под управлением станком принято понимать совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающие выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления - устройство или совокупность, реализующих эти воздействия.

Числовое программное управление (ЧПУ) - это управление, при котором программу задают в виде записанного на каком-либо носителе массива информации. Управляющая информация для систем ЧПУ является дискретной и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми методами. Управление технологическими циклами практически повсеместно осуществляется с помощью программируемых логических контроллеров, реализуемых на основе принципов цифровых электронных вычислительных устройств. Системы ЧПУ практически вытесняют другие типы систем управления.

По технологическому назначению и функциональным возможностям системы ЧПУ подразделяют на четыре группы:

Позиционные, в которых задают только координаты конечных точек положения исполнительных органов после выполнения ими определенных элементов рабочего цикла;

Контурные, или непрерывные, управляющие движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории;

Универсальные (комбинированные), в которых осуществляется программирование как перемещений при позиционировании, так и движения исполнительных органов по траектории, а также смены инструментов и загрузки-выгрузки заготовок;

Многоконтурные системы, обеспечивающие одновременное или последовательное управление функционированием ряда узлов и механизмов станка.

По способу подготовки и ввода управляющей программы различают так называемые оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, для которых управляющая программа готовится независимо от места обработки детали. Причем независимая подготовка управляющей программы может выполняться либо с помощью средств вычислительной техники, входящих в состав систем ЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную или с помощью системы автоматизации программирования).

Системы числового программного управления (СЧПУ)-это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления ЧПУ станками. Устройство ЧПУ (УЧПУ) станками - это часть СЧПУ, выполненная как единое целое с ней и осуществляющая выдачу управляющих воздействий по заданной программе.

В международной практике приняты следующие обозначения: NC-ЧПУ; HNC-разновидность ЧПУ с заданием программы оператором с пульта с помощью клавиш, переключателей и т.д.; SNS-устройство ЧПУ, имеющее память для хранения всей управляющей программы; CNC-управление автономным станком с ЧПУ, содержание мини-ЭВМ или процессор; DNS-управление группой станков от общей ЭВМ.

Для станков с ЧПУ стандартизованы направления перемещения и их символика. Стандартом ISO-R841 принято за положительное направление перемещения элемента станка считать то, при котором инструмент или заготовка отходят один от другого. Исходной осью (ось Z) является ось рабочего шпинделя. Если эта ось поворотная, то ее положение выбирают перпендикулярно плоскости крепления детали. Положительно направление оси Z-от устройства крепления детали к инструменту.

Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовления детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок.

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ. В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства.

Принципиальная особенность станка с ЧПУ - это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80...90% трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

Производительность станка повышается в 1,5...2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением;

Сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата;

Снижается потребность в квалифицированных рабочих станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда;

Сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря предварительной подготовке программ, более простой и универсальной технологической оснастке;

Снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.производства, создание гибких автоматизированных производств, прежде всего, в машиностроении.

2 Конструктивные особенности станков с ЧПУ

Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокой надежности работы. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки (точение-фрезерование, фрезерование-шлифование), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей (что особенно важно при использовании промышленных роботов), автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента и т.д.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обычного станка того же назначения, для чего производят сокращение длины его кинематических цепей: применяют автономные приводы, по возможности сокращают число механических передач. Приводы станков с ЧПУ должны также обеспечивать высокое быстродействие.

Повышению точности способствует и устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение виброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и его гидросистемы. Температурную погрешность станка можно также уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур.

Базовые детали (станины, колонны, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными ребрами. Базовые детали изготавливают литыми или сварными. Наметилась тенденция выполнять такие детали из полимерного бетона или синтетического гранита, что в еще большей степени повышает жесткость и виброустойчивость станка.

Направляющие станков с ЧПУ имеют высокую износостойкость и малую силу трения, что позволяет снизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений, уменьшить рассогласование в следящей системе.

Направляющие скольжения станины и суппорта для уменьшения коэффициента трения создают в виде пары скольжения "сталь (или высококачественный чугун)-пластиковое покрытие (фторопласт и др.)"

Направляющие качения имеют высокую долговечность, характеризуются небольшим трением, причем коэффициент трения практически не зависит от скорости движения. В качестве тел качения используют ролики. Предварительный натяг повышает жесткость направляющих в 2...3 раза, для создания натяга используют регулирующие устройства.

Приводы и преобразователи для станков с ЧПУ. В связи с развитием микропроцессорной техники применяют преобразователи для приводов подачи и главного движения с полным микропроцессорным управлением - цифровые приводы представляют собой электродвигатели, работающие на постоянном или переменном токе. Конструктивно преобразователи частоты, сервоприводы и устройства главного пуска и реверса являются отдельными электронными блоками управления.

Привод подачи для станков с ЧПУ. В качестве привода используют двигатели, представляющие собой управляемые от цифровых преобразователей синхронные или асинхронные машины. Бесколлекторные синхронные (вентильные) двигатели для станков с ЧПУ изготавливают с постоянным магнитом на основе редкоземельных элементов и оснащают датчиками обратной связи и тормозами. Ассинхронные двигатели применяют реже, чем синхронные. Привод движения подач характеризуется минимально возможными зазорами, малым временем разгона и торможения, небольшими силами трения, уменьшенным нагревом элементов привода, большим диапазоном регулирования. Обеспечение этих характеристик возможно благодаря применению шариковых и гидростатических винтовых передач, направляющих качения и гидростатических направляющих, беззазорных редукторов с короткими кинематическими цепями и т.д.

Приводами главного движения для станков с ЧПУ обычно являются двигатели переменного тока - для больших мощностей и постоянного тока - для малых мощностей. В качестве приводов служат трехфазные четырехполосные асинхронные двигатели, воспринимающие большие перегрузки и работающие при наличии в воздухе металлической пыли, стружки, масла и т.д. Поэтому в их конструкции предусмотрен внешний вентилятор. В двигатель встраивают различные датчики, например датчик положения шпинделя, что необходимо для ориентации или обеспечения независимой координаты.

Преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями имеют диапазон регулирования до 250. Преобразователи представляют собой электронные устройства, построенные на базе микропроцессорной техники. Программирование и параметрирование их работы осуществляются от встроенных программаторов с цифровым или графическим дисплеем. Оптимизация управления достигается автоматически после введения параметров электродвигателя. В математическом обеспечении заложена возможность настройки привода и пуск его в эксплуатацию.

Шпиндели станков с ЧПУ выполняет точными, жесткими, с повышенной износостойкостью шеек, посадочных и базирующих поверхностей. Конструкция шпинделя значительно усложняется из-за встроенных в него устройств автоматического режима и зажима инструмента, датчиков при адаптивном управлении и автоматической диагностике.

Опоры шпинделя должны обеспечить точность шпинделя в течение длительного времени в переменных условиях работы, повышенную жесткость, небольшие температурные деформации. Точность вращения шпинделя обеспечивается прежде всего высокой точностью изготовления подшипников.

Наиболее часто в опорах шпинделей применяют подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опор обычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают число тел качения. Подшипники скольжения в оправках шпинделей применяют реже и только при наличии устройств с периодическим (ручным) или автоматическим регулированием зазора в осевом или радиальном направлении. В прецизионных станках применяют аэростатические подшипники, в которых между шейкой вала и поверхностью подшипника находится сжатый воздух, благодаря этому снижается износ и нагрев подшипника, повышается точность вращения и т.п.

Привод позиционирования (т.е. перемещение рабочего органа станка в требуемую позицию согласно программе) должен иметь высокую жесткость и обеспечивать плавность перемещения при малых скоростях, большую скорость вспомогательных перемещений рабочих органов (до 10 м/мин и более).

Вспомогательные механизмы станков с ЧПУ включают в себя устройства смены инструмента, уборки стружки, систему смазывания, зажимные приспособления, загрузочные устройства и т.д. Эта группа механизмов в станках с ЧПУ значительно отличается от аналогических механизмов, используемых в обычных универсальных станках. Например, в результате повышения производительности станков с ЧПУ произошло резкое увеличение количества сходящей стружки в единицу времени, а отсюда возникла необходимость создания специальных устройств для отвода стружки. Для сокращения потерь времени при загрузке применяют приспособления, позволяющие одновременно устанавливать заготовку и снимать деталь вовремя обработки другой заготовки.

Устройства автоматической смены инструмента (магазины, автооператоры, револьверные головки) должны обеспечивать минимальные затраты времени на смену инструмента, высокую надежность в работе, стабильность положения инструмента, т.е. постоянство размера вылета и положения оси при повторных сменах инструмента, имеют необходимую вместимость магазина или револьверные головки.

Револьверная головка-это наиболее простое устройство смены инструмента: установку и зажим инструмента осуществляют вручную. В рабочей позиции один из шпинделей приводится во вращение от главного привода станка. Револьверные головки устанавливают на токарные, сверлильные, фрезерные, многоцелевые станки с ЧПУ; в головке закрепляют от 4 до 12 инструментов.

3 Точность и качество обработки на станках с ЧПУ.

Под качеством в широком смысле понимается совокупность значимых признаков, свойств, особенностей рассматриваемого предмета в целом, характеризующих его как таковой и отличающих от других предметов. В промышленном производстве качеством продукции (согласно наиболее поздним редакциям ГОСТов) называется степень соответствия её характеристик предъявляемым требованиям. Сообразно этому, вводится понятие точности изделия, как меры соответствия образцу (обычно заданному чертежом и техническими условиями производства). Точность размеров, форм и взаимного расположения элементов изделия и является основной характеристикой его качества.

На качество продукции влияет ряд факторов, которые принято разделять на внешние и внутренние. Внешними факторами является уровень спроса и требования потребителей, а также законодательные стандарты. Ко внутренним факторам относятся материальная база предприятия, квалификация персонала и характеристики оборудования, выпускающего продукцию. Таким образом, удовлетворение внешнего спроса и получение конкурентного преимущества на рынке невозможно без обеспечения и постоянной работы по повышению качества выпускаемых предприятием изделий.

Проблемы обеспечения качества обработки.

Фрезерование является одним из основных методов обработки заготовок резанием. Как и в прочих случаях, фрезерование на станочном оборудовании связано с неизбежным появлением неточностей при обработке. Среди причин возникновения погрешностей размеров и формы изделия можно выделить:

1. степень точности (совершенства) фрезерного станка;

2. погрешности базирования (установки, крепления) заготовки;

3. износ режущего инструмента (а также ошибки при его установке/закреплении);

4. упругие и тепловые деформации системы «станок-приспособление-заготовка» в процессе обработки;

5. остаточные внутренние напряжения в заготовке.

Кроме вышеперечисленного, можно выделить и «человеческий фактор», т.е. квалификацию персонала. Для станков с ручным управлением этот фактор оказывает решающее влияние на качество выпускаемой продукции. При фрезеровании на современных автоматизированных станках с ЧПУ данный фактор (вопреки распространённому заблуждению) играет ещё большую роль, только в несколько «смещённой» форме. Здесь основная работа наладчиков и операторов выполняется при подготовке станка к работе, его программировании, пробном «прогоне», а также последующем периодическом обслуживании. Непосредственно в процессе обработки влияние «человеческого фактора» на качество изделий при обработке на фрезерных станках с ЧПУ сводиться к минимуму, однако полностью всё же не исключается.

Качество обработки на современных станках с ЧПУ.

Большинство описанных выше причин возникновения погрешностей при обработке изделий, практически полностью устранены или сведены к минимуму при использовании современных фрезерных станков с ЧПУ:

1.Высокая степень точности – за счёт совершенства механической конструкции и широкого использования электронных компонентов – достигает величин порядка 0,05-0,01 мм и не уменьшается в процессе работы (отсутствует накопление т.н. «плавающих ошибок»).

2.Неточности базирования заготовки не оказывают решающего влияния, поскольку большинство станков имеют возможность коррекции «нулевой точки» (начального позиционирования режущего инструмента), а некоторые модели оборудованы специальными датчиками, определяющими габариты заготовки и автоматически корректирующие свой «инструментальный ноль». Вспомогательные системы крепления заготовки на рабочем столе (как стандартные струбцины, так и сложные типа «вакуумный стол») позволяют размещать и надёжно фиксировать заготовки практически любой геометрии. А управляющая программа станка допускает отсчёт координат заготовки с любой удобной точки (т.о. выбор основных конструкторских баз существенно упрощён).

3.Появление станков с ЧПУ, способных фрезеровать на высокой скорости, активизировало соответствующее развитие режущего инструмента. В настоящий момент всё большее распространение получают твёрдосплавные фрезы с алмазным напылением. Отличающиеся малыми погрешностями размеров и низкими вибрациями, современные фрезы успешно противостоят износу и обеспечивают высокое качество обработки поверхностей. Для крепления фрез в патроне станка используются простые по конструкции и надёжные в эксплуатации цанговые патроны. Таким образом, риск неправильной/ненадёжной установки и закрепления инструмента тоже сводиться к минимуму.

4.Современные станки с ЧПУ, как правило, отличатся повышенной жёсткостью конструкции, способной эффективно противостоять вибрациям (даже при обработке на высоких скоростях) и сводить к минимуму деформацию системы «станок – приспособление – заготовка». Это исключает увод инструмента при обработке и повышает качество фрезерования. Надёжные системы охлаждения (как шпинделя станка, так и непосредственно фрезы) помогают поддерживать неизменный тепловой режим и обеспечивать сохранение высоких показателей точности даже при длительной напряжённой обработке.

Ещё одним важным достоинством автоматического станка с ЧПУ является постоянство характеристик обработки, что означает отсутствие существенных различий точности отдельных деталей внутри обрабатываемой серии.

Заключение

Исходя из вышеописанного видно, что современное оборудование с ЧПУ позволяет достичь высокой точности.Однако резерв повышения качества далеко не исчерпан и в большей степени заключается в совершенстве управляющих программ. То есть снова зависит от «человеческого фактора» – мастерства и таланта исследователей, работающих над выявлением новых технологических возможностей.

Список использованных источников

1 Гжиров Р.И. Программирование обработки на станках с ЧПУ / Р.И. Гжиров .- : Машиностроение, 1990. – 592 с.

2 Шурков В.Н. Основы автоматизации производства / В.Н. Шурков , 1989 - 240 с.

3 Харченко А.О. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем / А.О. Харченко.- : «Профессионал», 2004. – 304 с

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
12245.		ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ	46.96 KB
	Применение современных геодезических приборов для разбивки и контроля центров опор мостовых сооружений. Применение современных геодезических технологий для разбивки и контроля центров опор мостовых сооружений...
14532.		Особенности проектирования технологических процессов для станков с ЧПУ и ГПС	14.6 KB
	Особенности проектирования технологических процессов для станков с ЧПУ и ГПС При проектировании технологических операций для станков с ЧПУ необходимо учитывать ряд особенностей обработки. Порядок обработки поверхностей заготовок для деталей типа валов следующий. Черновая и чистовая обработка дополнительных форм поверхности если имеются дополнительные формы требующие черновой обработки. Обработка дополнительных форм поверхности не требующих черновой обработки.
19612.		Обслуживание электрооборудования металлорежущих станков на примере механического участка цеха №37	40.86 KB
	Заземлению не подлежат: а электрооборудование установленное на заземленных металлических конструкциях при этом на опорных поверхностях должны быть предусмотрены защищенные и незакрашенные места для обеспечения электрического контакта; б корпуса реле электроизмерительных приборов кнопок и т. При значительном износе контактов реле и переключателей контактные поверхности зачищают напильником с мелкой насечкой стараясь сохранить при этом форму контактной поверхности. При текущем уходе контролируют величины срабатывания реле: ток...
8947.		НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ	4.91 MB
	Их принимают главным образом в малонагруженных тихоходных передачах кинематические цепи подач станков в крупногабаритных соединениях шестернимаховики шкивы кузнечнопрессовых машин во всех ответственных неподвижных конических соединениях при единичном и мелкосерийном производстве изделий. Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизированы и выбираются в зависимости от диаметра вала а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединяемых деталей. Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные...
8949.		Нормирование точности зубчатых колес и передач	2.4 MB
	Кинематическая точность передачи определяет постоянство передаточного отношения за полный оборот зубчатого колеса. Колеса этих передач в большинстве случаев имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и низких скоростях. Плавность работы передачи зависит от колебания мгновенных передаточных отношений то есть от разностей передаточных отношений в каждый момент зацепления которые многократно воспроизводятся за один оборот зубчатого колеса.
13583.		Нормирование точности типовых соединений и их деталей	132.92 KB
	Взаимозаменяемостью изделий, их частей или других видов продукции называют их свойство равноценно заменять при использовании любой из множества экземпляров изделий, их частей или иной продукции другим однотипным экземпляром. Взаимозаменяемость может быть полной, неполной и групповой с применением регулирования и пригонки при сборке узлов и агрегатов машин. Наиболее широко применяют полную взаимозаменяемость.
8952.		НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И СОЕДИНЕНИЙ	1.98 MB
	Параметры резьбы В общем машиностроении наиболее широко применяется метрическая резьба. ГОСТ 247052004 устанавливает номинальный профиль метрической резьбы и размеры элементов профиля рис. Параметры метрических резьб d наружный диаметр наружной резьбы болта; D наружный диаметр внутренней резьбы гайки; d2 средний диаметр болта; D2 средний диаметр гайки; d1 внутренний диаметр болта; D1 внутренний диаметр гайки; dз внутренний диаметр болта по дну впадины; Р шаг профиля; Н высота исходного треугольника; = 60 угол...
13010.		Разработка технологического процесса изготовления детали сборочного изделия с использованием СNС станков и средств автоматизации	6.58 MB
	Для изготовления корпуса обычно используют металлы либо их сплавы: бронзу или латунь которые могут быть покрыты позолотой никелем хромом; нержавеющую сталь; титан; алюминий; драгоценные металлы: серебро золото платину а также пластик; керамику; карбиды титана или вольфрама; натуральный камень; сапфир; дерево резину. В качестве часового стекла обычно используется прозрачный пластик минеральное или сапфировое стекло...
5873.		ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ	25.61 KB
	Предметом изучения являются характеристики потребителей определяющие их поведение при выборе товара. Результатами данных исследований могут быть типологии потребителей выделение их типов классов групп прогнозы изменений емкости и доли рынка что позволит предприятию рационально осуществить сегментацию рынка определить целевые сегменты и разработать инструменты для позиционирования своего товара. При этом рассматривается влияние на поведение покупателя таких факторов как уровень его дохода цена товара его эксплуатационные свойства...
5916.		Исследование качества САУ	87.25 KB
	Анализ САУ установление выявление влияния структуры системы и ее параметров начальных условий и входных воздействий на показатели качества процесса управления. Ошибка отработки системой входного воздействия – мера динамической точности системы; количественный показатель качества регулирования функция образованная разностью между фактическим процессом на выходе исследуемой системы и требуемым желаемым эталонным видом выходной функции. Приоритетными в системах стабилизации являются свойства системы в установившихся режимах...

Выходные параметры станка по показателю точности

При оценке качества итехнического уровня станка в первую очередь необходимо уста­новить те выходные параметры, которые ха­рактеризуют его точность. При этом точность обработанных на станке деталей не может быть выбрана в качестве такого параметра, так как она является результатом влияния всех компонентов технологической системы (инстру­мента, заготовки и др.). Поэтому при проек­тировании станка надо установить и регла­ментировать те параметры, которые определяют точность обработки и являются входными для технологической системы (см. рис. 2.1).

Качество станка зависит от того, с какой степенью точности выполняются заложенные в технологическом процессе обработки взаимные перемещения инструмента и заготовки при воздействии на станок всего комплекса силовых и тепловых факторов. Поэтому основными вы­ходными параметрами станка как элемента технологической системы являются характе­ристики точности движения его формообразую­щих узлов.

Получать эти характеристики можно одним из следующих способов.

1.Оценивать те параметры траекторий формообразующих узлов станка, которые влия­ют на точность обработки. При этом траектории относятся к установочным базам станка, опре­деляющим положение приспособления, заготов­ки или инструмента.

2.Оценивать суммарное влияние парамет­ров траекторий рабочих органов станка на формирование так называемого «геометрическо­го образа» обработанной детали, когда опре­делены ее погрешности без учета влияния на точность других компонентов технологической системы.

Основная цель регламентации выходных па­раметров станка - создание такого технологи­ческого оборудования, погрешность работы ко­торого находилась бы в течение всего периода эксплуатации в пределах, установленных техно­логом.

Траектории формообразующих узлов, пара­метры которых устанавливают в качестве вы­ходных, относятся к специально выбранным опорным точкам, которые располагают на уста­новочных базах станка, определяющих поло­жение заготовки, приспособления или инстру­мента. Число опорных точек и их расположение связано с методом обработки, конструктивной схемой станка, характером движения его фор­мообразующих органов и методом крепления заготовки и инструмента.

Поскольку положение твердого тела в прост­ранстве определяют три фиксированные точки или параметры пространственного вектора, от­несенного к одной точке, то в общем виде необходимо установить шесть координат (нап­ример, три линейных и три угловых откло­нения вектора данной точки от заданного по­ложения). Однако при рассмотрении различных конструкций формообразующих узлов станка число этих характеристик может быть умень­шено, если отдельные отклонения не оказыва­ют существенного влияния (слагаемые второго порядка малости) на точность обработки.

Рис. 2.3. Опорные точки формообразующих узлов станка:
а - суппорт; б - стол; в - шпиндель

На рис. 2.3 показаны типичные случаи вы­бора опорных точек. Для характеристики точ­ностных параметров суппорта токарного станка достаточно одной опорной точки 1, совпадаю­щей с вершиной резца (рис. 2.3, а), поскольку целью при создании конструкции суппорта явля­ется стремление к обеспечению прямолиней­ной траектории для инструмента, которая не изменяет своей формы и положения при силовых воздействиях и различных положениях инструмента в рабочем пространстве. Траектория данной опорной точки будет служить характеристикой возможностей суппорта по об­работке заданной номенклатуры деталей с обес­печением точности размера, формы обработан­ной поверхности, волнистости, шероховатости и других показателей точности.

При движении стола с закрепленной на нем заготовкой (рис. 2.3, б) у фрезерных , расточ­ных, шлифовальных и других станков необ­ходимо оценить точность перемещения стола в пространстве. Положение заготовки или приспо­собления для ее закрепления определяется положением в пространстве плоскости стола. Поэтому в общем случае должны быть уста­новлены либо три опорные точки 1 , 2, 3, траекто­рии движения которых рассматривают, либо рассматривают вектор для одной из точек стола с характеристиками его положения в простран­стве в каждой точке траектории (три линей­ных и три угловых отклонения от заданного положения при пространственном перемещении стола).

Для шпиндельного узла (рис. 2.3, в) точность его вращения и изменение положения оси шпинделя связаны с геометрической погреш­ностью элементов узла, с силовыми и тепловы­ми деформациями. Все это влияет на положение инструмента или заготовки, установленной в шпинделе с помощью приспособления (патро­на, центра).

Когда положение патрона определяет плос­кость переднего торца шпинделя, три фик­сированные точки располагают на этой плос­кости или, что более целесообразно, опреде­ляют для точки, находящейся в центре шпин­деля, положение в пространстве вектора R , перпендикулярного к плоскости установочной базы. Характеристики траекторий опорных то­чек формообразующих узлов определяют качество станка с позиций возможного достиже­ния точности обработки и его вклада в суммар­ную погрешность обработки .

Рис. 2.4. Типичные ансамбли траекторий при посту­пательном движении рабочего органа станка

При осуществлении на станке различных технологических процессов (в соответствии с его назначением и степенью универсальности) траектории опорных точек проявляются как случайные функции и образуют совокупности (ансамбли) траекторий. Такие совокупности могут иметь различный вид, характеризующий статистическую природу явлений (например, с сильным или слабым перемешиванием реализа­ций или с другими особенностями). На рис. 2.4 показаны типичные совокупности траекторий при поступательном движении рабочих орга­нов станка (суппортов, столов, ползунов и др.).

Широкополосные ансамбли траекторий (рис.2.4, а) характерны для случая, когда основное влияние на форму траектории и ее смещение по отношению к средней линии или к непод­вижной оси координат оказывают внешние силовые воздействия. Узкополосные ансамбли траекторий (рис. 2.4, б) характерны при пре­валирующем влиянии геометрической погреш­ности направляющих, что и определяет форму кривой математического ожидания траекто­рий М X . Дисперсия, связанная с силовыми воздействиями на узел, здесь играет второсте­пенную роль. Миграция совокупностей траекто­рий (рис. 2.4, в) вызвана, как правило, теп­ловыми деформациями узла.

Каждая реализация любой совокупности свя­зана с параметрами точности той конкретной детали, которую при этом обрабатывали, а характеристики всего ансамбля влияют на точ­ностные характеристики партии обработанных на станке деталей. Поэтому для каждой кон­кретной модели станка в зависимости от его назначения необходимо установить и регла­ментировать те параметры траекторий, которые определяют те или иные виды погрешностей, возникающие на обработанных поверхностях.

Как известно , погрешность обработки подразделяют на пять основных видов: погреш­ность размеров, отклонения расположения поверхностей, отклонения формы, отклонение параметров волнистости и шероховатости по­верхности.

При назначении номенклатуры параметров траекторий рабочих органов станка учитывает­ся их взаимосвязь с погрешностью обработ­ки, которая зависит от метода обработки и кинематики процесса формообразования.

На рис. 2.5 показаны типичные траектории при поступательном движении формообразую­щего узла станка. Их параметры (Х 1 , Х 2 , ..., Х п), определяющие соответствующую погреш­ность обработки, приведены в табл. 2.2. Эти параметры связаны с размером и формой обработанной поверхности, точностью взаимного положения поверхностей, волнистостью и шероховатостью поверхности.

2.2. Выходные параметры станка по показателю точности

Для вращательного движения характерна передача погрешностей траектории опорной точки шпинделя (ее формы и высокочастотных составляющих) на обработанную поверхность цилиндрической детали (рис. 2.6).

Для периодических кривых разложение траектории в ряд Фурье позволяет выделить те параметры, которые определяют форму, волнистость и шероховатость обработанных поверхностей при токарной, расточной, шлифовальной и других операциях.

Анализ траекторий целесообразно осуществлять, рассматривая отклонение текущего радиуса R от номинального R0 в полярной системе координат, и определять

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

Разложим данную функцию в ряд Фурье с ограниченным числом членов:

где Сk - амплитуда k-гармоники; φ -начальная фаза; n - порядковый номер высшей гармоники полинома. Согласно теории Фурье нулевой член Со разложения является средним значением функции f(φ) за период 2π:

поэтому Со определяет значение погрешности размера.

Рис. 2.5. Типичные виды реализаций траекторий при поступательном движении

Первый член разложения C1cos(φ+φ) выражает несовпадение центра вращения шпинделя в О" с геометрическим центром траекторий О, т. е. эксцентриситет е = ОО", что определяет погрешность в отклонении расположения обработанных цилиндрических поверхностей (рис. 2.6, б). Остальные члены ряда, начиная со второго, определяют характеристику формы, которую образуют траектории и которая непосредственно связана с формой обработанной детали (овальностью и огранкой).

Рис. 2.6. Форма поперечного сечения обработан­ной цилиндрической поверхности (а) и траектория движения опорной точки шпинделя (б):
1- форма поверхности; 2 - волнистость; 3 - шеро­ховатость; R д - номинальный радиус обработан­ной детали

При выборе номенклатуры выходных параметров данной модели станка и установлении их допустимых значений необходимо учитывать следующее.

1.Чем выше класс точности станка и требования к точности обработанных поверхностей, тем большее число назначают выходных параметров (характеристик траекторий формообразующих узлов) станка.

2.Допустимые значения выходных параметров станка составляют часть соответствующего допуска на изготовление детали, поскольку погрешность обработки зависит от всех компонентов технологической системы.

3.Расчет доли суммарной погрешности, приходящейся на станок и другие компоненты технологической системы, осуществляется методами, применяемыми в технологии машиностроения для расчета точности обработки

В первом приближении можно принимать допустимое значение для выходного параметра станка как долю от соответствующего допуска на точность изготовления детали, равную 6 = 0,4...0,8, учитывая степень влияния других компонентов технологической системы и давая запас на возможное изменение параметров станка в процессе эксплуатации.

Для прецизионных станков значение k принимается большим, так как в этом случае станок играет основную роль в обеспечении точности обработки.

Точность является основным показателем станка, однако для оценки его технического уровня и полной характеристики его качества необходимо применять показатели, определяющие весь диапазон требований, предъявляемых к станку потребителем.