Преимущества применения приборов активного контроля при обработке уплотнительных и лабиринтных колец на плоскошлифовальных станках

Тигнибидин Александр Васильевич; Пастухова Ольга Павловна; Белгебаева Кристина Эльдаровна

УДК 681.2.08:621.747.543

Л. В. ТИГНИБИДИН О. П. ПЛСТУХОВЛ К. Э. БЕЛГЕБЛЕВЛ

Омский государственный технический университет

ПРЕИМУЩЕСТВЛ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИБОРОВ ЛКТИВНОГО КОНТРОЛЯ ПРИ ОБРЛБОТКЕ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ И ЛАБИРИНТНЫХ КОЛЕЦ НЛ ПЛОСКОШЛИФОВЛЛЬНЫХ СТЛНКЛХ

Описан способ контроля изделий, таких как лабиринтные и уплотнительные кольца, при их обработке на плоскошлифовальных станках с помощью широкодиапазонного прибора активного контроля. Приведена схема прибора и перечислены основные преимущества его использования в производстве авиадвигателей. На данный момент омское производство авиатехники нуждается в повышении конкурентоспособности, поэтому качество изготовления деталей авиадвигателей является актуальной задачей для предприятий г. Омска.

Ключевые слова: уплотнительное кольцо, лабиринтное кольцо, прибор активного контроля, плоское шлифование.

Распад СССР в 1991 году оказал самое негативное влияние на состояние российского авиапрома, разорвав производственные связи между союзными республиками, а предпринимавшиеся с середины 1990-х годов попытки возрождения отечественного авиапрома успехом не увенчались.

С 1 апреля 2002 года Евросоюз наложил запрет на полёты советских самолётов над своей территорией из-за несоответствия требованиям по уровню шума. И если военная авиационная промышленность России сохранила и упрочила свою конкурентоспособность на мировом рынке, то гражданский авиа-пром оказался на грани исчезновения.

С начала XXI века российскому гражданскому авиапрому правительством была поставлена задача развития авиастроения. В настоящее время было разработано и реализовано множество проектов, но, к сожалению, омское производство все еще находится в упадке: устаревшие станки, отсутствие нового измерительного оборудования, нехватка молодых работников. Однако в данный момент на предприятиях проводится политика модернизации оборудования и планируется перейти на новый уровень выпускаемой продукции. Предприятия нацелены на повышение конкурентоспособности, а следовательно, на повышение качества продукции.

Активный контроль при плоском шлифовании [ 1 ] применяется значительно реже, чем при круглом и внутреннем шлифовании, так как плоских, точных и посадочных поверхностей меньше и время обработки на плоскошлифовальном станке составляет несколько минут. Однако, при обработке деталей центробежных насосов, торцов колец, впадин шли-цевых валов и т.п. применяют приборы активного контроля. Детали авиационных двигателей, такие как лабиринтные и уплотнительные кольца, также обрабатываются на плоскошлифовальных станках.

Существенное влияние на качество обработки деталей на плоскошлифовальных станках оказывают различного рода погрешности. Для шлифовального станка без приборов активного контроля, как известно, суммарная погрешность обработки складывается из следующих основных погрешностей: 8упр — погрешности обработки от упругой деформации элементов технологической системы под действием сил

резания; 8

погрешности установки заготовки;

8

погрешности от всплытия столов станков,

размер которой зависит от сил резания; 8изн — погрешности от размерного износа инструмента при обработке и правке круга; 8тем — погрешности от температурных деформаций технологической системы; 8 — погрешности от неточного линейного

' поз ^

позиционирования круга при подходе в заданное положение; 8повт — погрешности при повторном подводе шлифовального круга в заданную точку; 8сраб — погрешности в запаздывании срабатывания элементов управления и исполнительного механизма станка на отвод шлифовального круга; 8нал — погрешности наладки станка; 8стан — погрешности обработки формы в поперечном и продольном сечениях инструмента от геометрических неточностей станка; А — сум-

изм

марная погрешность измерения универсальным средством [2].

Анализ прогнозируемой точности технологической системы (ТС) без и с прибором активного контроля для абразивной обработки деталей проведем методом элементарных погрешностей на основе расчета суммарной погрешности по ГОСТ 27.202-83. Для ТС без средств автоматического контроля суммарная погрешность обработки деталей составит:

Ъ8обр = К\Х13упр +Х23изм +Х33тем-

о

го >

+ Ч5сраб + Л55стан + Л65уст

+^7^бспл +■Ч5пол+Л96повт+Чо^ал ^П^зм'

где К — коэффициент риска; А,2...А,И — коэффициенты, учитывающие закон распределения элементарных погрешностей, которые рассчитываются при наличии данных о законе распределения элементарных погрешностей; при нормальном законе распределения коэффициенты равны 0,111.

Если плоскошлифовальный станок оснастить прибором активного контроля, то в этом случае в ТС часть элементарных погрешностей 5упр, 5изн, 5вспл, 5поз, 5повт, компенсируется приборами активного контроля, а погрешности 5сраб, 8тем, 5уст, и 5нал значительно уменьшаются соответствующей настройкой станка и выбором оптимальных режимов обработки.

С учетом сказанного, суммарная погрешность обработки детали в ТС с прибором активного контроля на операциях шлифования будет определяться погрешностями:

батываемой на станке.

Первое условие можно сформулировать через коэффициент точности:

ъзУпк

К = = ° < 0,4 - 0,6

Т т

(3)

где ш — поле рассеяния геометрических размеров детали, обработанных на станке с прибором активного контроля.

Вторым условием, предъявляемым к ТС с прибором активного контроля, является возможность увеличения точности обработки. Для инструментальных ТС можно достичь двух-, трехкратного увеличения точности обработки. Это подтверждено результатами испытаний приборов активного контроля многими исследователями. Второе условие, предъявляемое к ТС с прибором активного контроля, выразим через коэффициент увеличения точности К:

К =

> 2 - 3

(4)

^ОбР = Ч А53с2тан +Х15бр + Ли^зм

(2)

где 5стан — суммарная погрешность станка; 5пр — погрешность приспособления, на которое устанавливается обрабатываемая деталь; Лизм — суммарная погрешность управляющих приборов (УП) [3, 4].

Целесообразность использования приборы активного контроля в ТС для повышения ее точности и производительности будет обеспечена в том случае, если величина суммарной погрешности обработки

^обр будет составлять 40 — 60% от допуска Т на линейный размер наиболее точной детали, обра-

где ш1 и ш2 — поля рассеяния обработанных деталей в ТС без и с прибором активного контроля.

Повышение производительности абразивной обработки детали на 40 — 60% является третьим, предъявляемым к ТС с прибором активного контроля, и достигается это за счет исключения многочисленных внутриоперационных измерений размеров детали в период настройки станка и особенно после каждой правки круга, которая, как известно, выполняется в зависимости от требований к точности геометрической формы, через 5 — 60 минут.

Приборы активного контроля просто необходимы в производстве. Их использование сокращает время на проведение измерительных операций и не

Рис. 1. Принципиальная схема прибора активного контроля на плоскошлифовальных станках:

I — отчетно-командное устройство; 2 — измерительный наконечник; 3 — фрикционный механизм; 4 — направляющая качения; 5 — измерительный стержень; 6 — индуктивный преобразователь;

7 — ферритовый сердечник; 8 — подводящий ЭММ; 9 — якорь; 10 — отводящий ЭММ;

II — высокочастотный кабель; 12 — разъем; 13 — роликовая направляющая качения; 14 — шток;

15 — шлифовальный круг; 16 — объект контроля; 17 — магнитная плита; 18 — винтовая направляющая; 19 — электродвигатель; 20 — станина станка; 21 — подшипники качения; 22 — растровый преобразователь

требует высокую квалификацию работников при обработке изделия, повышает качество продукции. Как следствие, мы получаем сниженную стоимость затрат на изготовление детали и повышенное качество, что необходимо как раз для повышения конкурентоспособности российской продукции.

Одноконтактный метод позволяет упростить конструкцию прибора, тем самым снижая погрешность измерения деталей с прерывистой поверхностью.

Известные управляющие приборы для контроля линейных размеров изделий с прерывистыми поверхностями [5] имеют ряд недостатков. Общий недостаток, который им присущ, — это значительная погрешность измерения, достигающая от 10 до 15 мкм для одноконтактной измерительной головки.

В лаборатории ОмГТУ был разработан и изготовлен опытный образец одноконтактного прибора активного контроля [6], принципиальная схема которого представлена на рис. 1. Прибор содержит отчетно-командное устройство 1, измерительный наконечник 2, соединенный с измерительным стержнем 5 на роликовых направляющих качения 4. Движение измерительного стержня осуществляется электродвигателем 19, подсоединенным с винтовой направляющей 18, к которой закреплен стержень. В качестве первичного преобразователя используется индуктивный преобразователь 6 с ферритовым сердечником 7. Электромагнитный механизм 8 и 10 с помощью якоря 9 позволяет подводить и отводить измерительный наконечник к объекту измерения 16. Отсчет показаний производится с помощью растрового преобразователя 22; к измерительному стержню прикреплена растровая линейка, по которой производится отсчет перемещений, имеется датчик линейных перемещений ЛИР-3, считывающий показания со шкалы линейки. Настройка прибора осуществляется по эталону или столу станка. Сам прибор крепится на станину станка 20.

В результате проведенных экспериментальных исследований были выявлены следующие преимущества применения прибора активного контроля:

1. Уменьшение времени на измерение в 2 — 2,5 раза;

2. Сужение разброса размеров в поле допуска на 30-40%.

Приведенные материалы в статье рекомендуется использовать в инструментальных и машиностроительных производствах, а именно для производства деталей авиадвигателей на омских предприятиях.

Библиографический список

1. Активный контроль в машиностроении : справ. / Под ред. Е. И. Педя. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1978. — 352 с.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 1/ В. Б. Борисов [и др.] ; под ред. А. М. Дальского, А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 5-е изд., перераб. и доп. — М. : Ма-шиностроенние, 2001. — 912 с.

3. Леун, В. И. Основы проектирования элементов измерительных устройств управляющих приборов для контроля линейных размеров изделий прецизионного машиностроения: учеб. пособие / В. И. Леун. — Омск : ОмПИ, 1991. — 72 с.

4. Детали и механизмы металлорежущих станков. В 2 т. Т. 1 / Д. Н. Решетов [и др.] ; под ред. Д. Н. Решетова. — М. : Машиностроение, 1972. — 664 с.

5. Пат. 2397061 Российская Федерация, МПК7 В 24 В 49/00. Устройство для активного контроля линейных размеров изделий / Тигнибидин А. В., Николаева Е. В., Леун В. И. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. тех. ун-т. — №2008126834/02; заявл. 01.07.08 ; опубл. 20.08.10, Бюл. № 23— 5 с.

6. Тигнибидин, А. В. Повышение точности и производительности обработки на круглошлифовальных станках в инструментальном производстве / А. В. Тигнибидин// Технология машиностроения. — 2012. — Вып. 5 (119). — С. 14—17.

ТИГНИБИДИН Александр Васильевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Метрология и приборостроение». ПАСТУХОВА Ольга Павловна, студентка группы П-519 машиностроительного института. БЕЛГЕБАЕВА Кристина Эльдаровна, студентка группы П-519 машиностроительного института. Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Книжная полка

620.1/Д25

Девятое, С. А. Прочность стержней : учеб. электрон. изд. локального распространения: учеб. пособие / С. А. Девятов, С. А. Макеев ; ОмГТУ. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. — 1 о=эл. опт. диск (CD-ROM).

Настоящее учебное пособие включает краткое изложение теоретических вопросов, необходимых студенту при выполнении расчетно-графической работы, и расчеты прямых стержней на прочность. В пособии приводятся также примеры решения задач, аналогичных задачам предлагаемых в расчетно-графической работе для самостоятельного решения.

621.01/Ф33

Фёдоров, Н. Н. Теория механизмов и машин : учеб. электрон. изд. локального распространения: конспект лекций для студентов дистанц. формы обучения / Н. Н. Фёдоров ; ОмГТУ. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. — 1 о=эл. опт. диск (CD-ROM).

В конспекте лекций излагается основное содержание курса теории механизмов и машин, включающее структуру, кинематический, кинетостатический и динамический анализ механизмов, а также кинематику зубчатых механизмов и геометрию эвольвентного зубчатого зацепления. Предназначено для студентов дистанционной формы обучения.

о

го >

Advantages of using active control devices during labyrinth and sealing rings processing on surface grinding machines