книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

Таким образом, хотя при активном контроле размеров действу­ ет большее число факторов, определяющих их точность, и, следова­ тельно, сами погрешности имеют большую величину, чем при обыч­

учитываются все известные нам факторы, определяющие точность обработки или измерения. Однако при сложных методах получения и измерения размеров не всегда заранее известны все определяю­ щие факторы, от которых зависит точность рассматриваемого про­ цесса, не всегда известно их значение. Не всегда также точно из­ вестны законы их распределения и взаимосвязи. Кроме того, при прогнозной оценке погрешностей неизбежно приходится опериро­ вать полной величиной допуска на различные технологические по­ грешности, поскольку заранее неизвестны значения этих погрешно­ стей для каждого конкретного образца прибора или метода регули­ рования и контроля размеров. Таким образом, при расчетной оценке погрешностей определяется по существу не погрешность данного конкретного прибора, а предельная погрешность любого прибора, входящего в состав партии приборов данного типа, т. е. погрешность партии приборов.

Учитывая весьма условный характер расчетного (прогнозного) определения погрешностей, их окончательную оценку нужно произ­ водить после изготовления приборов в металле. Только при такой суммарной или комплексной проверке представляется возможным наиболее полно выявить фактическое влияние на точность обработ­ ки, регулирования или измерения различных определяющих фак­ торов. Это положение в равной степени относится как к средствам активного контроля размеров, так и к обычным средствам конт­ роля размеров, в частности, к универсальным приборам. Примени­

58

пускают образцовые детали и определяют параметры рассеивания

характеристики входных возмущений сложных систем регулирова­ ния и контроля редко бывают известны до тех пор, пока эти систе­ мы не построены и не испытаны. По-видимому, еще в течение долгого времени не будут найдены пути преодоления этого затруд­ нения. Как показывает практика, более или менее удовлетвори­ тельно оценить погрешности возможно (и то с некоторыми условностями) только для отдельных элементов измерительных систем или для простейших методов измерения.

При прогнозном определении погрешностей обработки (в том числе и погрешностей активного контроля размеров) основная трудность заключается в отсутствии для такого расчета надежных исходных данных. До сих пор отсутствуют достаточно объективные данные по размерному износу режущего инструмента, а также силовым и тепловым деформациям технологических систем. Бо­ лее того, эти данные нередко носят противоречивый характер. В настоящее время параметры различных эмпирических зависимо­ стей настолько широки, что при расчетном определении погреш­ ностей нередко возникают расхождения, доходящие до 100—200%- Почти полностью отсутствуют данные о значении параметров а и а для многих важных процессов обработки и измерения. Для аналитического расчета погрешностей необходимы данные о ба­ лансе тепла, выделяемого в процессе резания, о зависимостях между глубиной резания и нагреванием заготовок.

На данном этапе прогнозное определение погрешностей обра­ ботки и активного контроля размеров дает лишь ориентировочное, приближенное представление о точности технологических систем. Расчет погрешностей не столько оценивает действительную по­ грешность технологических и измерительных систем, сколько по­ зволяет установить структуру погрешности этих систем и дать некоторые рекомендации по повышению их точности.

Для определения опытным путем параметров рассеивания слу­ чайных размерных функций, помимо большого числа эксперимен­ тов, требуется также проведение значительного объема вычисли­ тельных операций. Отсюда вытекает необходимость разработки аппаратуры, позволяющей автоматизировать процесс регистрации результатов измерений.

59

Г л а в а I I I . ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ . МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТОЧНОСТИ

ДИСКРЕТНЫХ ПРОЦЕССОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАЗМЕРОВ

§12. А Н А Л И З ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ П О Г Р Е Ш Н О С Т Е Й

Впредыдущей главе было установлено, что основным крите­ рием оценки погрешности обработки является величина поля сум­ марного рассеивания размеров партии деталей, обработанных на металлорежущем станке. Главными факторами, обусловливающи­ ми рассеивание размеров деталей, являются размерный износ ре­ жущего инструмента, тепловые и силовые деформации технол©гической системы. Тепловые и силовые деформации (а иногда и из­ нос режущего инструмента) вызывают также отклонения от пра­ вильной геометрической формы.

Геометрическая (статическая) точность станка в основном оп­ ределяет погрешность формы обрабатываемых деталей и на рас­ сеивание размеров деталей существенного влияния не оказывает. Основной смысл использования методов активного контроля раз­ меров заключается именно в устранении влияния на точность об­ работки износа режущего инструмента, тепловых и силовых дефор­

температуры окружающей среды. Тепловое равновесие, характери­ зующееся равенством тепловыделения и теплоотдачи, наступает гораздо быстрее при значительных разностях температур, т. е. при

60

станка, как станина и бабки, требуется несколько часов, в то время

Рис. 14. Кривые изменения температурных полей станка

большего промежутка времени, чем температурные изменения пер­ вого вида. При этом температура нагревания гораздо меньше, чем в первом случае. Такое относительно небольшое нагревание свой­ ственно обычно тем узлам станка, которые сами не являются ис­ точниками тепловыделения и отстоят от последних на значитель­ ном расстоянии. К таким узлам относятся, например, станины станков. Эти узлы нагреваются главным образом под влиянием охлаждающей жидкости, температура которой постепенно повы­ шается. Температурные изменения второго вида часто не стабили­ зируются на протяжении всей смены.

К третьему виду (рис. 14, б) относятся изменения температур тех точек станка, которые сами не являются источниками тепловы­ деления, а тепло к ним поступает от источников тепловыделения. Графики температурных изменений третьего вида имеют харак­ терный S-образный вид. Это объясняется тем, что для распростра­ нения тепла до тех точек, которые сами не выделяют тепло, тре­ буется некоторый промежуток времени. При этом время должно отсчитываться от начала работы узла станка.

К третьему виду (рис. 14, б) можно отнести изменения темпера­ тур периферийных точек бабки изделия и столов круглошлифовальных станков. В отличие от температурных изменений первого

61

тепло, отдаваемое в единицу времени окружающей среде. Тепло­ отдача, возникающая в каждой нагреваемой точке, пропорциональ­

* Д л я упрощения принимаем, что параметры « и С постоянны.

62

для точки, не являющейся источником тепловыделения, принимает вид

63

До сих пор рассматривались лишь законы изменения темпера­ тур отдельных точек станка. Переходя от температурных измене­

ний к тепловым деформациям, необходимо иметь в виду, что теп­ ловые деформации тех или иных узлов зависят в основном от об­

и может быть выражен той же показательной функцией, при помо­ щи которой были охарактеризованы температурные изменения от­ дельных точек станка. Таким образом, закон изменения во времени

Параметр ß зависит от коэффициента теплоотдачи и теплоем­ кости деформирующегося объекта, а также от его массы и размер­ ных параметров. Полученные выше теоретические зависимости вы­ ведены исходя из условия непрерывности работы станка. Переры-

64

вы в работе приводят к значительному искажению теоретических графиков.

С точки зрения точности размеров существенно важным яв­ ляется то обстоятельство, что в станках наблюдается два вида тепловых деформаций:

стабилизирующиеся на протяжении сравнительно коротких про­ межутков времени;

стабилизирующиеся за более длинные отрезки времени. Суммарное влияние тех и других деформаций вызывает слож­

ное, в некоторых случаях немонотонное изменение размеров обра­ батываемых деталей. Типичным примером тепловых деформаций первого вида являются деформации шлифовальных бабок и теп­ ловое смещение шпинделей в подшипниках. Примером тепловых деформаций второго вида могут являться деформации станин станков.

Оба вида тепловых деформаций оказывают существенное влия­ ние на точность обработки. Однако наиболее сильно влияют тепло­ вые деформации второго вида. Это объясняется тем, что влияние указанных деформаций на точность размеров нельзя устранить методом предварительного разогревания станка, как, например, влияние тепловых деформаций первого вида.

О случайном характере происходящих в станках температурных изменений свидетельствует тот факт, что даже при работе станка вхолостую в результате различных опытов, которые проводятся, казалось бы, в одинаковых условиях, обычно получается целое семейство температурных кривых.

Местные тепловые деформации в значительной степени обуслов­ ливают характер процесса шлифования. Как показывают иссле­ дования, возникающие на поверхности шлифуемых деталей тем­ пературы могут достигать 1200—1300° С, что свидетельствует о зна­ чительных температурных изменениях, которые происходят в точках контакта зерен круга с поверхностью шлифуемых деталей.

Вследствие различной толщины стружек, снимаемых зернами круга с поверхности шлифуемой детали, местные тепловые дефор­ мации (местные выпучивания металла) также различны. Указан­ ные тепловые микронеровности срезаются другими зернами круга, в результате чего после охлаждения детали на ее поверхности воз­ никает дополнительная шероховатость.

Вместе с тем тепловые микронеровности, возникающие в точ­ ках контакта зерен круга с поверхностью шлифуемой детали, спо­ собствуют повышению интенсивности процесса шлифования, обус­ ловливают лучшее сцепление зерен круга с поверхностью обрабаты­ ваемой детали, не говоря уже о том, что высокие температуры нагревания облегчают сам процесс снятия стружки (в результате размягчения металла).

Таким образом, тепловые явления, возникающие на поверхно­ сти шлифуемых деталей, придают шлифованию характер самораз­ вивающегося процесса. Кроме того, местные тепловые деформа-

ции могут существенно изменять толщину и характер стружки, снимаемой с поверхности детали отдельными зернами шлифоваль­ ного круга.

Без учета местных тепловых деформаций картина процесса резания при шлифовании не может быть достаточно полной.

Анализ суммарного влияния на точность размеров износа режу­ щего инструмента, тепловых и силовых деформаций технологиче­ ской системы. На рис. 16 и 17 приведены схемы различных круглошлифовальных станков. На схемах показаны размерные цепи, ко-

R

торые при обычных методах обработки определяют точность разме­ ров шлифуемых на станках деталей; они относятся к категории плоских размерных цепей с параллельными звеньями.

При построении размерных цепей за охватывающее звено при­ нималось расстояние от точки закрепления шлифовальной бабки до оси (в общем случае до любой базовой поверхности) обрабатывае­ мой детали или расстояние между точками закрепления бабок станка, относительное расположение которых определяет размер обрабатываемых деталей. Замыкающим звеном являлся размер обрабатываемой детали.

66