CC BY
66
о случайном характере причин возникновения отказов (скрытые дефекты при изготовлении деталей, внешние ненормированные воздействия, преждевременное старение материалов и др.). На этапе старения происходит возрастание интенсивности отказов, связанных с длительностью эксплуатации, износом и иными стандартными причинами [1, 5].
Вероятность безотказной работы гидроцилиндров приведена на диаграмме (рис. 2).
Библиографический список
1. Тюкавкин, В. П. Повышение надежности лесозаготовительной техники / В. П. Тюкавкин, Ф. П. Попов. — М. : Лесная промышленность, 1978. — 173 с.
2. Половко, А. М. Основы теории надежности / А. М. По-ловко, С. В. Гуров. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб. : БХВ-Петербург, 2006. - 704 с.
3. Темкин, В. Э. Привод машин и механизмов лесной промышленности / В. Э. Темкин, К. Г. Суетин. — М. : Лесная промышленность,1990. — 208 с.
4. Барышев, В. И. Надежность и диагностика гидропривода : учеб. пособие / В. И. Барышев. — Челябинск : ЮУрГУ, 2003. — 154 с.
5. Сырицын, Т. А. Надежность гидро- и пневмопривода / Т. А. Сырицын. — М. : Машиностроение, 1981. — 216 с.
ДОРОШЕНКО Виктор Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры гидравлики. Адрес для переписки: [email protected] ЗАЛОГИН Олег Валерьевич, аспирант кафедры гидравлики.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 19.01.2015 г. © В. А. Дорошенко, О. В. Залогин
УДК 621.924.56 О. С. ЛОМОВА
Омский государственный технический университет
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПРЕЦЕССИИ ОСИ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ЗАГОТОВКИ НА ТОЧНОСТЬ КРУГЛОГО ШЛИФОВАНИЯ
В статье математически описана связь погрешностей исполнения и положения технологических баз круглошлифовального станка с прецессией оси вращения заготовки и точностью обработки. Полученные зависимости позволяют прогнозировать точность обработки в случае погрешности исполнения центровых отверстий или несоосности центров и производить при необходимости корректировку режимов резания с целью стабилизации динамической точности станка.
Ключевые слова: процесс шлифования, точность обработки, радиальное смещение оси, отклонение формы, точки контакта.
Надежность и долговечность функционирования различных технологических машин зависят от точности изготовления их ответственных деталей, многие из которых представляют собой тела вращения (валы, роторы, гильзы, золотники и т.д.). Прогноз показывает, что уже в ближайшие годы допуски на размеры прецизионных деталей изделий будут соответствовать 1Т2-1Т4, отклонение от плоскостности 0,2 — 2 мкм, отклонение от округлости 0,2—1 мкм, шероховатость в пределах Яа 0,0075 — 0,1 мкм [1].
Эксплуатационные свойства цилиндрических деталей формируются в основном при финишной обработке на круглошлифовальных станках. Шлифование является сложным процессом, на который оказывают влияние многие факторы [2]. Одним из условий точного шлифования является правильное исполнение и расположение технологических баз, которыми для деталей типа валов являются их центровые отверстия и центры станка. Считается, что базирование в центрах станка обеспечивает стабильное положение оси детали при вращении. Однако детальное рассмотрение реальной формы и расположения поверхностей этих элементов
не подтверждает этот факт, особенно при оценке точности обработки прецизионных деталей [3].
Некоторые авторы отмечали смещение оси заготовки при обработке [4, 5]. Однако количественная связь между смещением, первичными погрешностями и точностью обработки поверхностей практически не исследована. В то же время в ряде работ показано, что, несмотря на погрешность технологических баз, ось детали в центрах не смещается, однако отклонение формы обработанных реальных поверхностей, а не экспериментальных образцов указывает на возможность этого смещения.
При установке заготовки в центры станка большую трудность представляет определение оси её вращения. Траектория перемещения оси может быть круговой или по линии в зависимости от погрешности исполнения центровых отверстий заготовки или изменения положения заднего центра станка. Так как радиальные смещения оси заготовки имеют переменный характер, то отклонение формы обработанной поверхности в различных сечениях неодинаково. Влияние только двух погрешностей, таких как перекос центров станка и погрешность
№
а)
а)
б)
Рис. 1. Следы точек контакта на центре: а) из-за несоосности центров; б) при погрешности центрового отверстия; 1 — центр; 2 — центровое отверстие; А — смещение
б)
Рис. 2. Перемещение точек на центре: а) при постоянном контакте центра с центровым отверстием; б) при переменном контакте
исполнения центровых отверстии детали приводит к нарушению нормальных условий базирования. При этом деталь будет иметь прецессию оси, влияющую на погрешность формы обработанной поверхности. Математическое определение этой траектории и величины смещения оси заготовки позволят прогнозировать точность обработки при шлифовании.
Как правило, центры станка и центровые отверстия детали рассматривают как геометрически правильные элементы. Однако эти допущения ошибочны. Центровые отверстия детали на конической поверхности могут иметь волны, по выступам которых происходит контакт с центром станка. Отклонения их формы наследуется наружной поверхностью обработанной детали. Действие сил резания также может изменять положение центра задней бабки. Это повлечет за собой смещение оси детали и приведет к погрешностям её формы. Таким образом, при изменении соотношения между элементарными погрешностями, такими как отклонение формы, несоосность центровых отверстий и центров, несовпадение углов их конусов, торцовое биение заготовки изменяются условия контактирования конусных поверхностей технологических баз [6].
При погрешности формы центрового отверстия контакт с центром происходит по нескольким постоянным точкам, расположенным на конусе центрового отверстия заготовки. При несоосности центров станка контакт осуществляется по переменным точкам, расположенным по линиям пересечения центра с центровым отверстием и торцом заготовки. В первом случае точки за один оборот детали перемещаются по конусу центра, оставляя на нем кольцевой след (рис. 1а). Во втором случае происходит линейное перемещение точек вдоль оси центра по образующей его поверхности (рис. 1б).
Найдем смещение оси заготовки для случая погрешности исполнения ее центровых отверстий и при перекосе оси центров. Для упрощения задачи примем расположение центровых отверстий и центров в одной плоскости. При этом не учитываем действие сил резания и контактные деформации технологических баз. Также условно принимаем абсолютную жёсткость сопрягаемых тел. Таким образом, определение смещения оси заготовки производим при свободном вращении детали в центрах станка.
Если оси центров станка совпадают, то происходит их полное прилегание к центровым отверстиям заготовки. Тогда их контакт на торце детали осуществляется по точкам К2, Р2 (рис. 2а) или С2, В2 (рис. 2б). Если общая ось центров не совпадает с осью центровых отверстий заготовки, то их контакт может осуществляться по постоянным (Е,, и К1, Р,) или переменным точкам (А,, В1 и С,, В). В этом случае при повороте детали на 180° точки постоянного контакта перейдут в положение Е2, 02 и К2, Р2, а переменного контакта в А, В2 и С, В, при этом точка С2 отстоит от центра на расстояние Б2, а точка В2 на расстояние 5,. Поскольку общая ось детали связана с точками контакта на центровом отверстии, то по их перемещению можно судить о прецессии оси детали во время обработки.
Для условия контактирования технологических баз по постоянным точкам расстояния Б, и Б2 можно найти как:
= с • ¿д(30° + Ду) +
d - D 2 • ^(Др)
52 = — - с • tg(30°-Дy) ,
2 ^ ДР
(1) (2)
где с — глубина центрового отверстия, мм; В, d — малый и большой диаметры центрового отверстия, мм; Ар, Ау — углы, характеризующие положение оси детали на центрах.
Тогда радиальное смещение оси детали можно определить как:
А = 5 • га!<30° + Ау),
(3)
где 5
ч - ч
51 J2
Аналогично находится смещение оси детали для случая, когда точки контакта переменны (Ар < Ау):
^ = с • ^(Др) - (с-8ш) • (ЦДр)+ + ^(30о+др) + ^ • cos(дp) - ^С^(ДР) , (4)
Б2 = d ■ sin(дp) • tg(30° + Ду - Др) . (5)
Радиальное смещение оси детали при переменных точках контакта так же определяется по выражению (3). Определим погрешность формы детали для основных видов контактов центра и центрового отверстия:
Дф = 2 • а • 1, (6)
где а — угол между осью детали и осью центров.
Угол а при смещении оси центров можно найти следующим образом. Построим перпендикуляр от оси детали к оси смещения центров. В образовавшемся треугольнике АОМЬ сторона МЬ — смещение оси центров, тогда угол а будет равен:
а = tg (МЬ/ОЬ) = tg (А/1),
Аф = 2 • 1 • д (А/1).
(7)
где ОЬ — длина детали 1.
Тогда погрешность формы детали можно определить как:
(8)
Погрешность шлифования была рассчитана на примере золотника гидроцилиндра, выполненного из стали 45 диаметром d = 32 002 мм и длиной 1=100-1,1 мм. Погрешности расположения технологических баз были выбраны так, чтобы соблюдались условия их контактирования по постоянным и переменным точкам. Для этого были найдены погрешности центровых отверстий детали (Ау = 10', Ар = 45', В = 8 мм; d = 2,5 мм; с = 3 мм) и перекосы центров станка (Ау = 45'; Ар = 10'). Затем для каждого случая определяли радиальное смещение оси детали и находили погрешность ее формы.
Расчеты показали, что даже незначительный перекос оси центров или погрешность центровых отверстий приводит к отклонению формы золотника в 16,8 мкм и 12,6 мкм соответственно. Результаты расчетов показали хорошее совпадение с исследованиями авторов [7, 8]. Подобные результаты показали и экспериментальные исследования, которые проводились на круглошлифовальном станке модели ЗА110М на режимах выхаживания. Шлифование заготовок производилось в двух сечениях: сечение I — у подвижного центра, сечение II — у неподвижного центра. Затем заготовку выдерживали на центрах станка 60 минут и далее измеряли её радиус в горизонтальной и вертикальной плоскостях (рис. 3).
Измерения радиусов деталей показали разные результаты. Замеры радиусов деталей в эталонных
Рис. 3. Измерения радиуса заготовки
центрах резко отличались от измерений в центрах станка. Этот факт объясняется разной величиной перекоса центров круглошлифовального станка и измерительного прибора. Следовательно, при изменении положения центров станка изменяется положение оси детали, влияющее на точность обработки.
Круглограммы заготовок, обработанных при контакте технологических баз по постоянным точкам, показали, что в сечении заготовки у заднего центра погрешность ее формы представляет собой овал и составляет 22 мкм. В сечении у переднего центра погрешность формы составляет 3 мкм (рис. 4). Все обработанные на режимах выхаживания детали имели отклонение радиусов. Также было зафиксировано осевое смещение заднего центра станка. Таким образом, можно отметить, что даже при свободном вращении в центрах происходит смещение оси заготовки, связанное с погрешностью расположения центров. В эталонных центрах величина радиусов отличалась от измерений на станке по той же причине.
Аналитические и экспериментальные исследования показали, что при переменных точках контакта технологических баз отклонение формы центрового отверстия наследуется наружной поверхностью детали. Траектория перемещения оси детали представляет собой смещение в плоскости перекоса центров станка. Одновременно деталь имеет радиальное биение, величина которого равна величине перемещения оси. При постоянных точках контакта технологических баз форма обработанной поверхности детали копирует траекторию перемещения ее оси.
Доказано, что радиальное смещение оси детали у центра задней бабки в несколько раз больше, чем у центра передней бабки. Расчеты подтвердили, что при переменном контакте центра и центрового отверстия из-за перекоса центров станка величина смещения оси детали больше, чем при постоянном их контакте из-за погрешности формы центровых отверстий. Таким образом, различное сочетание погрешностей технологических баз приводит
к разным видам их контакта. Это служит причиной переменного радиального смещения оси детали, которое наследуется обработанными поверхностями. На практике величина несоосности центров вследствие влияния силы резания и других технологических факторов значительно больше полученных расчетных значений. Это вызывает существенные отклонения формы деталей при круглом наружном шлифовании.
Библиографический список
1. Васильев, А. С. Направленное формирование качества изделий машиностроения в многосвязных технологических средах : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / А. С. Васильев. — М. : Моск. гос. техн. ун-т им. Н. Э. Баумана. — 32 с.
2. Новоселов, Ю. К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке / Ю. К. Новоселов. — Саратов : Изд-во Саратовского ун-та, 1979. — 232 с.
3. Brinksmeier E. Prediction of shape deviations in machining. CIRP Annals / E. Brinksmeier, J. S^ter // Manufacturing Technology. - 2009. - Vol. 58. - Issue 1. - Pp. 507-510.
4. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве / A. M. Дальский [и др.] ; под ред. A. M. Дальского. - М. : МАИ, 2000. - 364 с.
5. Ковенский, И. М. Повышение эффективности управления обработкой высокопрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ / И. М. Ковенский, Р. Ю. Некрасов, У. С. Путилова // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2008. -№ 2. - С. 116-118.
6. Ломова, О. С. Точность обработки деталей на кругло-шлифовальных станках / О. С. Ломова, С. М. Ломов, А. П. Моргунов. - М. : Технология машиностроения, 2011. - 176 с.
7. Dimitrov, D. System for Controlling the Accuracy and Reliability of Machining Operations on Machining Centres / D. Dimitrov, V. Karachorova, T. Szecsi // The Manufacturing Engineering Society International Conference. - 2013. - Vol. 63. - pp. 108-114.
8. Ананченко, В. Н. Модель процесса круглого центрового шлифования / В. Н. Ананченко, А. В. Ковалев, И. Н. Несте-ренко // Вестник ДГТУ. - 2001. - Т. 1. - № 1. - С. 26-32.
ЛОМОВА Ольга Станиславовна, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтехимических технологий и оборудования. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 12.01.2015 г. © О. С. Ломова
Книжная полка
621.3/М94
Мылов, Г. В. Методологические основы автоматизации конструкторско-технологического проектирования гибких многослойных печатных плат / Г. В. Мылов, А. И. Таганов. - М. : Горячая линия-Телеком, 2014. - 167 c. - ISBN 978-5-9912-0367-8.
Изложены методологические основы, включающие в себя современную концепцию построения информационного сопровождения стадий жизненного цикла гибких многослойных печатных плат (ГМП), основы анализа и синтеза проектных конструкторско-технологических решений и информационной поддержки этапов автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства изделий ГМП. Для специалистов, будет полезна аспирантам и студентам.
