Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

а) измерение радиального и осевого биения шпинделя;

б) измерение радиального и осевого биения шпинделя и траектории перемещения оси шпинделя;

в) измерение отклонения от перпенди­ кулярности оси шпинделя относительно по­ верхности стола;

г) измерение отклонения от перпенди­ кулярности двух движений (стола и шпин­ дельной бабки) с использованием калибро­ ванного лазерного источника;

д) измерение точности позиционирова­ ния стола;

е) измерение точности позиционирова­ ния стола с использованием лазерного интер­ ферометра;

ж) измерение точности передаточного отношения «шпиндель-суппорт» с помощью эталонного ходового винта;

з) измерение точности передаточного отношения «шпиндель-суппорт» с помощью лазерного интерферометра.

Контактные методы требуют во многих случаях применения специальных контроль­ ных оправок и точной оснастки (угольники, линейки, эталонные ходовые винты и др.), вносящих дополнительные погрешности в получаемые результаты. Этими методами, как правило, измеряются предельные отклонения и они мало приспособлены для измерения параметров траекторий узлов станка. Стан­ дартные проверки позволяют оценить лишь нахождение данного параметра в пределах допуска. Бесконтактные методы измерения открывают более широкие возможности по оценке выходных параметров станка, характе­ ризующих его точность. Они более легко по­ зволяют автоматизировать процесс измерения

иполучить массив данных при многократных измерениях, фиксировать результаты графи­ чески, на дисплее или в виде протокола ис­ пытаний, перерабатывать информацию с оценкой более широкой номенклатуры пока­ зателей, характеризующих точность станка.

Жеспгкость и вибростойкость станков. Де­ формации узлов станка, возникающие под действием силы резания, приводят к измене­ нию относительного положения инструмента

иобрабатываемой детали, т.е. к потере стан­ ком точности. Во многих случаях эти дефор­ мации играют решающую роль в общем ба­ лансе точности станка и поэтому высокая жесткость станка необходима для создания работоспособных, производительных станков.

Жесткостью узла называется его спо­ собность сопротивляться появлению упругих отжатий (деформаций) под действием нагруз­

ки. Жесткость узла j может быть определена как отношение силы Д приложенной к узлу в заданном направлении, к отжатию узла 8 (Н/мкм):

. Р

При этом применяются два основных способа измерения и подсчета жесткости уз­ лов — когда деформация измеряется в на­ правлении действия силы, и когда деформа­ ция измеряется в том направлении, которое оказывает наибольшее влияние на точность обработки и не совпадает с направлением действия силы.

Главную роль в снижении жесткости станков играют обычно деформации стыков. При контактировании небольших участков поверхностей на деформацию стыка влияет в основном шероховатость поверхности. Между давлением и деформациями обычно имеет место степенная зависимость:

Значения коэффициента К и показателя степени т зависят от метода обработки по­ верхности и для диапазона давлений р = 100...500 кПа и измерении 6 (мкм) имеют следующие значения: для грубо шабренных поверхностей — А'= 0,5...0,65 m = 0,5; при обычном шабрении ^ К- 0,25...0,3 т = 0,5; при финишном строгании и шлифовании — ^=0,15...0,2 т = 0,4...0,5.

Измерение жесткости стыков различных узлов станка показывает, что с увеличением размера соприкасающихся поверхностей их деформация растет.

Планки, клинья и другие регулировоч­ ные элементы, выполненные в виде тонких тел, имеют повышенную деформацию (до 3 раз) по сравнению с обычными стыками.

Для измерения жесткости пользуются специальными приборами, которые включают динамометр для создания и измерения сил, действующих на узел, и приборы, регистри­ рующие деформации (индикаторы, датчики).

В результате испытаний обычно строит­ ся кривая жесткости в координатах нагрузка Р — деформация 6. Схема кривой жесткости показана на рис. 3.1.4.

При нафужении узла до выбранного значения силы PQ В одном направлении (кривая О']) и в другом направлении (кривая 2-J) узел (например, суппорт) не воз­ вращается в исходное положение, если в со­ пряжениях имелись зазоры (величина z). При повторном нагружении кривые нагрузки со-

ответственно 2-7 и 4-3 не совпадают с кри­ выми разгрузки 1-2 и 3-4, образуя петли гис­ терезиса, площадь которых характеризует работу сил трения в стыках данного узла.

Методы оценки статической жесткости и допускаемые значения деформаций опреде­ ляются соответствующими стандартами «Станки металлорежущие. Нормы жесткости».

Жесткость основных узлов станков мо­ жет иметь значения от 10"* (суппорты) до 3 • 10^ (шпиндели) Н/мм.

Жесткость станин, приведенная к пере­ мещению инструмента, велика и выражается сотнями тысяч Н/мм.

Для оценки той доли деформации, кото­ рая приходится на отдельные элементы стан­ ка, и выявления слабых звеньев строят баланс жесткости станка, когда все деформации от­ носят к взаимному перемещению инструмен­ та и заготовки.

В зависимости от конструкции станка и метода обработки недостаточная жесткость узлов станка может по-разному влиять на точность обработки. В одних случаях возни­ кающие деформации непосредственно иска­ жают размеры и форму обрабатываемой дета­ ли, в других — это влияние можно значитель­ но уменьшить или почти исключить подналадкой станка. Часто происходит перераспре­ деление сил, действующих на узлы в процессе обработки, что во многих случаях приведет к изменению 1юложения узлов и, следователь­ но, к возникновению таких погрешностей обработки, которые трудно устранить подналадкой станка.

Помимо статической точности на рабо­ тоспособность станка существенное влияние оказывает его вибростойкость.

Возникновение в станках быстропротекающих колебательных процессов (вибрации) отрицательно сказывается на точности и каче­ стве поверхности обрабатываемых деталей, а также нередко уменьшает долговечность стан­ ка и снижает его технологические возможно­ сти.

Основные причины, вызывающие коле­ бания в станках, и соответственно виды коле­ бательных процессов следующие.

Вынужденные колебания появляются под действием внешней периодической возмущащей силы, возникшей, например, из-за пре­ рывистого процесса резания (рис. 3.1.5, а), дисбаланса вращающихся деталей (ротора электродвигателя, шпинделя с заготовкой (рис. 3.1.5, б)\ погрешностей в передачах, осо­ бенно в зубчатых, когда вход в зацепление каждого зуба сопровождается ударом. Колеба­ ния могут передаваться также извне от других станков или машин.

Устранение причин, вызывающих выну­ жденные колебания, связано, в первую оче­ редь, с уменьшением возмущающих сил (балансировка деталей, повышение точности передач) а также с повышением жесткости станков.

Параметрические колебания возникают при наличии какого-либо переменного пара­ метра, создающего эффект, аналогичный дей­ ствию переменной силы. Обычно таким па­ раметром является переменная жесткость детали или узла, например наличие шпоноч­ ной канавки на валу или переменная жест­ кость подшипников качения (рис. 3.1.5, в, г). Это приводит к тому, что при вращении вала при постоянной внешней силе Р прогибы вала будут периодически меняться.

Автоколебания при резании являются наиболее характерной формой колебательных процессов в станках. Автоколебания (неза­ тухающие самоподдерживающиеся колебания) характеризуются тем, что силы, поддержи­ вающие колебания системы, возникают в самом процессе колебаний.

Существует целый ряд теорий, объяс­ няющих происхождение сил, поддерживаю­ щих автоколебательный процесс. Так, соглас­ но так называемой теории координатной свя­ зи, траектория движения резца относительно заготовки имеет форму эллипса (рис. 3.1.5, д). На участке движения резца ВпЛ сила резания Р производит положительную работу, так как её направление почти совпадает с направле­ нием движения резца, а на пути ЛтВ — отри­ цательную работу. Так как на пути ВпА сила резания в среднем больше, чем на пути АтВ из-за большей глубины резания, то в течение одного полного цикла колебания эта сила совершит некоторую положительную рабо ту, поддерживающую колебательный процесс.

Рис. 3.1.4. Кривая жесткости

Эта работа характеризуется площадью диа­ граммы силы резания Р — перемещение рез­ ца S.

Если система станка устойчива, то фазо­ вый сдвиг между колебаниями резца в ради­ альном и тангенциальном направлениях та­ ков, что движение верщины резца по эллипсу будет происходить в направлении обратном, показанному на рис. 3.1.5, д. В этом случае силы резания будут оказывать демпфирующее действие на колебания и площадь эллипса будет характеризовать величину рассеяния энергии.

Автоколебания возникают обычно с час­ тотой, близкой к частоте собственных колеба­ ний узлов и деталей. Поэтому в станках на­ блюдаются высокочастотные колебания, соот­ ветствующие частоте собственных колебании резца (/*= 2000...6000 Гц), колебания средней частоты, соответствующей частоте собствен­ ных колебаний щпинделя (/= 200...300 Гц ) и низкочастотные колебания суппортной груп­ пы (/"=80... 150 Гц) или обрабатываемой дета­ ли.

Фрикционные автоколебания. Причина этих колебаний заключается в переменности силы трения в направляющих элементах; они могут возникать при перемещении столов, суппортов и других узлов станка.

Одной из причин фрикционных автоко­ лебаний является то, что сила трения покоя FQ больще силы трения движения F , и зави­ сит от продолжительности неподвижного кон­ такта.

Эти явления способствуют возникнове­ нию релаксационных (прерывистых) автоко­ лебаний при медленных перемещениях узлов (рис. 3.1.5, ё). При малой равномерной скоро­ сти перемещения VQ ведущего звена 7 будет происходить деформация передаточного звена 2 и движение ведомого звена 3 начнется лишь тогда, когда будет преодолена сила сопротив­ ления /о. Как только начнется движение, сила трения резко уменьшится, так как F < FQ и ведомое звено под действием потенциальной энергии сжатого звена 2 получит перемеще­ ние с переменной скоростью v и остановится. Далее циклы скачков будут повторятся во времени t.

Основными методами повыщения виб­ ростойкости станка и всей технологической системы являются повыщение жесткости уз­ лов, качества и точности механизмов, выбор рациональных режимов обработки.

Большое влияние на точность станка оказывают тепловые деформации его узлов, приводящие к относительным линейным и угловым смещениям рабочих органов, несу­ щих заготовку и режущий инструмент.

Наименование показателя

Вероятность безотказной работы

Ресурс (установленный)

Запас надежности по вы­ ходному параметру

Коэффициент техническо­ го использования

Наработка на отказ (сред­ няя)

т.Определяется периодом работы до капиталь­ ного (среднего) ремонта или назначается

Конструкторское или технологическое решение

конструкция

технология

материалы

смазка

Примеры

Портальные конструкции станин, ребра жесткости. Разгрузка направляющих. Устройства для компенсации износа направляющих и опор

Повышение точности изготовления и сборки ответственных де­ талей и узлов

Применение износостойких материалов. Антифрикционные покрытия направляющих. Термообработка и повышение твердо­ сти зубчатых передач, направляющих и др. пар трения

Шпиндельные опоры и направляющие с гидростатической смазкой. Аэростатические опоры. Смазка масляным туманом. Специальные смазки с присадками

Изоляция:

вибрации

тепло

внешняя среда

Автоматика: быстро протекающие процессы

процессы средней скоро­ сти

медленные процессы

Виброизолирующие фундаменты и опоры Покрытия с демпфирующей способностью

Термоконстантные помещения. Охлаждение жидкостей гидро­ систем. Системы отвода тепла (обдув, тепловые трубк) Изоляция источников тепловьшеления

Щитки и "меха" для защиты направляющих. Устройства очистки от запыленности, механизмы удаления стружки

Автоматическая балансировка шпинделя с заготовкой в процес­ се обработки. Управление силой трения в направляющих стола прецизионных станков

Автоматическая компенсация деформаций. Автоматическая подналадка режущего инструмента и правка шлифовального круга. Создание направленного теплового поля Автоматическая компенсация износа. Автоматическая очистка трущихся поверхностей

Во всех группах металлорежущих стан­ ков с ЧПУ в 1,5...2 раза повысится точность позиционирования рабочих органов за счет применения новых систем ЧПУ и более точ­ ных линейных и круговых измерительных преобразователей систем обратной связи.

Зарубежное станкостроение имеет ряд особенностей. Хотя большинство станко­ строительных фирм специализируется на вы­ пуске определенных типов металлорежущих станков (токарных, фрезерных, сверлильнорасточных, многоцелевых станков, зубообрабатывающих, ШLяифoвaльныx и др.), выпуск этих станков производится небольшими пар­ тиями, но при достаточно широком диапазоне их типоразмеров и модификаций.

При выборе покупаемого металлорежу­ щего станка или комплектующих узлов для него и фирмы, производящей их, необходимо учитывать следующие факторы:

технические параметры предлагаемого металлорежущего станка (размеры обрабаты­ ваемых изделий, величину ходов рабочих ор­ ганов, диапазон частот вращения шпинделя и подач рабочих органов, количества управляе­ мых координат, точностные характеристики и

др.);

дизайн покупаемого станка (общий вид, компоновку, цвет, удобство обслуживания и доступа к отдельным узлам станка и др.);

возможный комплект поставки (приспо­ соблений, оправок, режущих инструментов, устройств, расширяющих технологические возможности станка и др.);

возможность получения вместе со стан­ ком разработанного технологического процес­ са обработки заданной группы изделий с

обоснованным и согласованным с заказчиком необходимого комплекта приспособлений, режущего и вспомогательного инструмента;

стоимость станка и условия платежа за станок: оплата всей стоимости станка сразу при его заказе; части стоимости, например, 20 % при заказе, а остальное — после его поставки; оплата части станка после его по­ ставки, а остальное — в рассрочку;

срок поставки станка; возможность про­ изводителя изготовить станок по техническим требованиям заказчика, с учетом его специ­ фических требований, соответствия стандар­ там страны заказчика, представления фирмой технической документации на станок необхо­ димой комплектности и изложение её на язы­ ке заказчика;

гарантия качества станка, его соответст­ вие требованиям техники безопасности;

участие поставщика в техническом об­ служивании станка при запуске и в процессе эксплуатации (запуск станка у заказчика, ус­ ловия поставки запасных деталей и узлов: только в период гарантированной работы, в любой период эксплуатации станка, поставка запасных деталей и узлов бесплатно или за отдельную плату);

возможность проведения изготовителем последующего ремонта станка и необходимой модернизации после его длительной эксплуа­ тации.

В табл. 3.1.9 — 3.1.32 приведены техни­ ческие характеристики основных групп и типов отечественных и ряда зарубежных ме­ таллорежущих станков, осуществляющих об­ работку лезвийным инструментом.

478

Параметр

верхних

заднего среднего

отрезного

Ход продольного суппорта, не более:

Частота враще­ ния шпинделей, мин "^:

нормальное

исполнение

быстроходное

исполнение

Подача на оборот, не более:

продольного

суппорта

поперечных суп­ портов

Длительность бы­ строго хода, с

Глава 3.1. МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

Продолжение табл. 3.1.10