Введение к работе
Актуальность темы. Станкостроение относится к числу базовых отраслей машиностроения, от технического состояния которого во многом зависит уровень развития всей экономики страны. Развитие станкостроения также является одним из важнейших факторов обеспечения модернизации промышленности в целом.
Можно отметить, что в последнее время все больше предпочтений на предприятиях отдается 5-координатным станкам с ЧПУ. Это связано с широкими технологическими возможностями таких станков: они позволяют проводить черновые и чистовые операции за один установ, наилучшим образом обрабатывать сложные детали (колеса турбин, гребные винты и сборные лопасти), пресс-формы или детали из труднообрабатываемых материалов. Такие станки становятся незаменимыми в военной, авиационной, космической и автомобильной отраслях промышленности наряду с автоматическими линиями.
Однако, повышение требований к качеству изготовления деталей, а также техническое совершенствование материалов требует постоянного контроля точности как отдельных элементов конструкций, так и их составных узлов в целом. Как результат, предъявляются повышенные требования к точности оборудования, на котором происходит обработка деталей, и, в первую очередь, к металлорежущим станкам.
Соответственно, обеспечение необходимой "объемной" точности 5-ти координатных станков при их изготовлении и эксплуатации является важной задачей, решению которой в последнее время посвящается все больше теоретических и экспериментальных исследований. Актуальными становятся вопросы отладки, юстировки и диагностики многокоординатных обрабатывающих центров. Однако в этих работах не уделяется должного внимания всему многообразию возможных методов и методик измерений точности станков и их усовершенствованию, а также влиянию возмущающих факторов (вес узлов станка, температура) на точность 5-ти координатных машин с ЧПУ.
Существует непрерывно растущая потребность в отслеживании, выявлении и решении проблем, оказывающих воздействие на повышение точности многокоординатных станков с ЧПУ. В связи с этим тема диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук, направленная на повышение точности 5-координатных многоцелевых станков с ЧПУ, на примере моделей МС-300, производимых в ОАО "Национальный институт авиационных технологий" (НИАТ) является актуальной.
Цель работы. Повышение точности 5-координатных многоцелевых станков с ЧПУ на основе разработки новых (метод измерения отклонения непересечения поворотных осей, оценка статической и динамической жесткости, уменьшение влияния системы охлаждения) и существующих методов измерения геометрических отклонений.
Задачи исследования. Для достижения заданной в работе цели поставлены следующие задачи:
1) Систематизировать и предложить новые методы и средства измерения первичных отклонений исполнительных органов применительно к 5- координатным станкам.
-
Провести экспериментальные исследования на многоцелевых станках и дать оценку их "объемной" точности с последующим выявлением причин отклонений от заданных траекторий движения рабочих органов. Предложить пути повышения точностных характеристик 5-координатных многоцелевых станков с ЧПУ.
-
Выявить и исследовать влияние погрешностей изготовления и сборки, а также возмущающих факторов (вес, температура станка) на первичные отклонения рабочих органов многоцелевых станков и принять соответствующие меры, в том числе по вводу программной коррекции в систему ЧПУ.
-
Разработать метод экспериментальных исследований для оценки статической и динамической жесткости рабочих органов многокоординатных станков с ЧПУ по отклику на силовое ступенчатое воздействие.
-
Разработать метод повышения точности воспроизведения эталонной траектории и выявить способы сравнения первичных отклонений, полученных в системе станка с ЧПУ, охваченной обратной связью датчиков, с отклонениями, которые показывают реальную динамику перемещений узлов 5- координатных станков с использованием прибора Ballbar.
В качестве объекта исследования в данной работе были использованы 5- координатные многоцелевые станки модели МС-300. Применительно к станкам этой группы по разработанным методам проведены необходимые измерения с последующим внесением соответствующих коррекций и компенсаций в его систему ЧПУ. Все эти мероприятия позволили повысить точностные характеристики исследуемых станков.
Предметом исследования в работе является улучшение точностных характеристик станков, а также изучение возможностей коррекции измеряемых параметров с помощью системы ЧПУ.
Научная новизна работы заключается в:
создании новых методов экспериментальных исследований и анализа погрешностей несущей системы станка на стадии калибровки (в том числе, отклонений от непересечения осей угловых координат его узлов), позволивших повысить точность 5-координатных станков с ЧПУ;
разработке алгоритмов и программ коррекции работы системы ЧПУ станка на основе полученной информации о первичных отклонениях (от перпендикулярности, параллельности, позиционирования и прямолинейности) исполнительных органов станка, что позволило повысить объемную точность станка в несколько раз (до заданных значений);
выявлении на основе проведенных на 5-координатном станке экспериментов, количественных взаимосвязей условий работы его системы охлаждения и случайных составляющих погрешностей позиционирования станка по линейным и угловым координатам;
разработке методов анализа статической и динамической жесткости несущей системы многокоординатных станков, позволяющих оценивать качество сборки и уровня совершенства конструкции станка в целом.
Практическая значимость работы состоит в разработке методов и устройств диагностирования, юстировки и отладки, а также в выявлении влияния
действий возмущающих факторов на первичные отклонения (отклонения перпендикулярности, параллельности, позиционирования, непересечения осей) исполнительных органов станков.
Работа, в значительной степени, выполнена по экспериментальным данным, что способствует накоплению информации и опыта для последующей оценки первичных отклонений 5-координатных станков. Результатом работы являются рекомендации по установлению теплового режима станка для измерения отклонений позиционирования и воспроизведения эталонной окружности.
Реализации и внедрения. Результаты работы внедрены и использованы на 5-координатных станках МС-300, применяемых в производстве ОАО Национального института авиационных технологий (НИАТ).
Апробации работы. Результаты, полученные автором в ходе работы, докладывались на заседаниях кафедры «Станки» МГТУ «СТАНКИН», заседаниях Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении» (ИМАШ им. Благонра- вова, Москва, 2010), XXIII Международной Инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов «МИКМУС-2011» (ИМАШ им. Бла- гонравова, Москва, 2011), международной научной конференции «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении» (ИМАШ им. Благонравова, Москва, 2012), X Международного научно- технического форума «Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии (ИнЭРТ-2012)» (ИЦ ДГТУ, Ростов-на-Дону, 2012).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 - в трудах международных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы из 58 наименований. Основная часть работы изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 72 рисунка и 11 таблиц.
