Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса, цели и задачи исследования 4
1.1 Тенденции развития токарной обработки 4
1.2 Точность обработки на токарных станках 8
1.3 Диагностика и мониторинг 16
1.4 Траектории формообразующих элементов станка 18
1.5 Постановка цели и задач исследования 28
Глава 2. Разработка математических моделей по расчету показателей точности обрабатываемой детали 29
2.1 Расчет сил резания 29
2.2 Расчет упругодеформационной системы шпинцель-патрон-деталь 34
2.3 Обработка экспериментальных данных 42
2.4 Расчет геометрического образа в поперечном сечении детали 46
2.5 Расчет показателей точности в поперечном сечении детали 52
2.6 Расчет и построение геометрического образа в трехмерном пространстве 65
Глава 3. Разработка интерфейсного обеспечения точности обработки детали 76
Глава 4. Экспериментальные исследования 89
4.1 Измеряемые величины 89
4.2 Конструкция датчиков 94
4.3 Тарировка датчиков 99
4.4 Оценка погрешностей измерения 101
4.5 Измерение перемещений детали и резца 102
4.6 Геометрический образ и показатели точности 107
4.7 Обработка в центрах 115
4.7 Система определения ожидаемой точности обработки деталей 117
Общие выводы 129
Литература 130
Приложение 137
- Траектории формообразующих элементов станка
- Расчет показателей точности в поперечном сечении детали
- Разработка интерфейсного обеспечения точности обработки детали
- Система определения ожидаемой точности обработки деталей
Траектории формообразующих элементов станка
Первые попытки определения траектории оси шпинделя относятся к послевоенным годам (таблица 1.1). Однако определение траектории в то время было самоцелью, так как использовать ее в целях оценки точности не было возможности. Потребовалось около 50 лет для того, чтобы появились патенты, которые предложили методику использования траектории оси детали и вершины резца для гостроения геометрического образа поперечного сечения обработанной поверхности, что давало возможность определить необходимые показатели точности.
Первые траектории оси шпинделя и вершины резца были записаны А.П. Соколовским [66], который использовал для этого самодельный тензометрический датчик, удерживаемый в руках экспериментатора. Естественно такой эксперимент не может претендовать на точность.
С.Н. Иванников, В.Б. Шолохов и Н.Т. Минченя сняли траекторию оси шпинделя на токарно-винторезном станке 16К20П, 16К20В с использованием промышленной аппаратуры.
А.В.Пуш [55,62] на созданном испытательно-диагностическом комплексе для оценки качества и надежности станков произзел снятие траекторий оси шпинделя на токарно-винторезном станке 16К20.
В.В.Юркевич [85,87,90] произвел снятие оси детали установленной на токарном станке МК-3002 и траекторию вершины резца [84].
Известно, что форма детали, а, следовательно, и погрешности ее определяются взаимным перемещением формообразующих элементов станка. Однако ряд авторов не смогли найти правильный переход от траекторий к форме детали.
В.В. Селезнева [65] произведя снятие перемещений шейки шпинделя по осям X и Y, построила траекторию оси шпинделя, на основе которых сделала ряд совершенно неверных выводов. Она считает, что наибольший размер Н траектории определяет максимальный диаметр обработки, что неверно, т.к. максимальный диаметр обработки определяется максимальным колебанием только по оси X, что следует из построения геометрического образа детали, который Селезнева не строила. Также не учитывается влияние колебания резца на размер обработанной поверхности. Неверно также утверждение, что разность А между максимальным Ктах и минимальным Kmin отклонениями формы траектории от идеальной есть численное значение отклонения формы. Отклонение от круглости может быть определено, только после того как будет построен геометрический образ обработанной поверхности. Неверно также утверждение о том, что по траектории можно определить шероховатость. Размеры чувствительного наконечника датчика перемещений превышают на 4 и более порядков величину шероховатости. Поэтому измерение шероховатости используемым способом невозможно.
И.П. Ерошенко [26] в своей теоретической работе "разработал методику построения прогнозируемого геометрического образа с заданной вероятностью достоверности прогноза, которая позволяет получить образ поверхности детали до начала обработки". Для этого он рекомендует использовать характеристический вектор R. Поэтому «положение шпинделя в пространстве характеризуется 5 показателями - координатами а, б, с опорной точкой О и углами а и (3 характеристического вектора R». Если с координатами а, б все в порядке, их снимали все вышеприведенные авторы, то с координатой С и углами а и (3 дело обстоит сложнее. Дело в том, что в мировой практике еще никто этих параметров на токарных станках не снимал. Поэтому какие же могут быть расчеты, когда отсутствуют исходные данные? При этом автор постоянно ссылается на то, что все эти данные берутся из базы данных, которой не существует. Автор утверждает, что им «описан способ оптимизации режимов резания, основывающийся на данной методике прогнозирования точности и позволяющий подобрать наиболее производитетьный режим резания с обеспечением регламентированных параметров точности». В главе посвященной этому вопросу отсутствует даже упоминание о многокритериальной оптимизации параметров или формировании обобщенной целевой функции качества. В примере подбора оптимальных режимов резания для обработки заднего гидростатического подшипника станка 16Б20А величины диаметров dimin и dimax взяты с потолка.
В ряде работ [53,62] профиль поперечного сечения детали сравнивается с траекторией и высказывается мнение об их подобии. Как будет математически доказано во 2ой главе, геометрический образ обработанной поверхности зависит от перемещения детали по оси X и не зависит от перемещения по оси Y.
Е.Ю. Фадеев [78] пытается оценивать точность токарной обработки по траектории оси шпинделя. Прежде всего, он утверждает, что точность детали определяется в большей мере только движением оси детали, а поэтому перемещениями резца он пренебрегает. Литературные источники по этому поводу приводят совершенно разные данные. Видимо это объясняется тем, что для различных типов станков и различных технологий влияние на точность детали траектории детали и траектории режущей кромки будут различноми, а это значит, что пренебрегать перемещениями режущей кромки нельзя. Действительно работ посвященных экспериментальным исследованиям величины перемещения режущей кромки при токарной обработке очень мало, однако это вовсе не повод к тому, что ими можно пренебрегать. Кроме того автор принимает, что форма траектории оси детали, это форма получаемая на поверхности детали при обработке, что совершенно неверно, так перемещение режущей кромки по оси Y (вертикальная плоскость) не влияет на форму обработанной поверхности. Это приводит к тому, что выводы сделанные автором являются ошибочными.
В.В.Юркевич [84,90] произвел экспериментальные исследования по определению перемещений оси детали и режущей кромки резца.
На (рис. 1.5) приведена схема экспериментальной установки на базе токарного станка МК-3002 изготовленного на заводе "Красный пролетарий". На корпусе шпиндельной бабки 1 и станине станка был закреплен кронштейн 7. В шпинделе станка при помощи конуса Морзе закреплена прецизионная оправка 2, на которой закреплялась сменная деталь 3. Оправка изготовлена с высокой точностью. В кронштейне 7, изготовленном из пластмассы, закрепляются четыре бесконтактных датчика 4 перемещения. Датчики 4 , расположенные в одном сечении, установлены под углом 9Сг друг к другу. Первая пара датчиков 4 расположена на расстоянии 41мм от фланца шпиндельной бабки, а вторая пара на расстоянии 112мм. Резец 6 для обработки детали установлен в резцедержателе 5. Чувтствительные наконечники вихретоковых датчиков 4 взаимодействуют с поверхностью оправки 2. Датчики 4 соединяются проводами с усилителем ИП-22. Усиленный сигнал подается на катодный осциллограф С8-17.
Результаты экспериментальных исследований приведены на (рис. 1.6 и 1.7). Траектории оси шпинделя были записаны на экране катодного осциллографа С8-17, а затем сфотографированы. На рис. 1.6 представлены траектории оси шпинделя при работе станка на холостом ходу. Частота вращения шпинделя составляла на рис.1.6,а п = 900 мин"1, рис.1.6,6 п= 1250 мин"1, рис.1.6,в п = 2000 мин"1, рис.1.6,г п = 3150 мин"1. На рис.1.6,д представлено наложение траекторий для частоты вращения п = 2000 мин"1 и п = 3150 мин"1, рис.1.6,е наложение траекторий для частоты вращения п = 900 мин"1 и п = 3150 мин1. Из рассмотрения траекторий можно сделать несколько заключений. Траектория оси шпинделя токарного станка МК-3002 по своей форме близка к ллипсу, что определяется кинематическими воздействиями в опорах шпинделя. Рассеивание траекторий как результат того, что процессы протекающие в станке при его работе имеют стохастическую природу, сравнительно невелико. На рис. 1.6,6 явно видно, что записано более одного оборота шпинделя и второй виток траектории не совпадает с первым витком. Тем не менее, рассеивание не превышает 1,5 мкм. При увеличении частоты вращения шпинделя траектория приобретает несколько большие размеры. Это хорошо видно на рис.1.6,е где траектории наложены друг на друга. Увеличение размера траектории при увеличении частоты вращения шпинделя объясняется тем, что с увеличением частоты вращения увеличивается центробежная сила неуравновешанных масс шпинделя, что приводит к дополнительной деформации в первую очередь подшиши-ков качения. На рис.1.6,а,б,в,г записаны две траектории двумя парами датчиков. Первая пара датчиков находилась на расстоянии 41 мм от корпуса шпиндельной бабки, а вторая пара датчиков была установлена на расстоянии 112 мм от корпуса шпиндельной бабки. Как видно траектории по форме похожи друг на друга, но имеют резко отличающиеся размеры. Малая траектория была снята датчиками, которые были установлены на расстоянии 41 мм от корпуса шпиндельной бабки, а большая с датчиков установленных на расстоянии 112 мм от корпуса шпиндельной бабки. Это доказывает тот факт, что в процессе работы шпиндель движется по криволинейной конической поверхности, что является результатом действия неуравновешанных масс консоли шпинделя.
Расчет показателей точности в поперечном сечении детали
А.В. Пупі в [61] рассмотрел вопрос построения прилегающих линий и поверхностей для оценки отклонения формы профилей сечений и поверхностей. Разработанная методика позволяет определить параметры прилегающей окружности и прилегающего цилиндра посредством оптимального перебора всех возможных окружностей с применением элементов комбинаторики.
При реализации этой методики в целях нахождения прилегающей окружности для поперечного сечения цилиндрической поверхности предлагается из совокупностей всех возможных окружностей, получаемых как сочетания С (п - число точек на поперечном профиле, координаты которых заданы), путем оптимального перебора выделять прилегающую окружность (если число п достаточно мало, то можно использовать метод полного перебора).
На этой основе построен алгоритм генерации сокращенной комбинации. Из теории ошибок следует, что отклонение от центра искомой окружности тем меньше, чем больше расстояние между рассматриваемыми точками. Следовательно, в качестве рассматриваемых точек тн, m2j, т зь где і = 1, ... , п, необходимо выбрать точки, наиболее удаленные друг от друга. После этого вычисляются по представленным ниже формулам параметры опорного треугольника, которыми являются координаты центра и радиус описанной окружности
Затем осуществляется переход к соседним точкам по или пр-тив часовой стрелки, и вычисления повторяются. Переходы повторяются до тех пор, пока начальной точкой не окажется точка m со вторым индексом і = п. Во время этой процедуры как бы происж)-дит вращение опорного треугольника.
После генерации совокупностей точек опорного треугольника и определения параметров x0j, y0j и Roj осуществляется поиск окружности с наименьшим радиусом, для которого выполняется условие нахождения внутри всех точек. Для этой цели расчитываются радиус-векторы ц где (j = 1, р) с центром (xoi, y0i) и проверяется неравенство Roj гу.
Приведенную методику нахождения прилегающей окружности удобно использовать и при построении прилегающего цилиндра для реальной цилиндрической поверхности со следующими исходными данными: текущий радиус этой поверхности в узловой (ij) - й точке; координаты узловых точек; высота h цилиндра. Все измеренные точки цилиндрической поверхности проектируются на плоскость, перпендикулярную к оси цилиндра и проходящую через точку пересечения этой оси с торцом исследуемой поверхности.
Определяя из полученной совокупности точек (их число равно пр), наиболее удаленные от центра профиля, получают множество из п точек, для которого, используя описанную выше методику, наю-дят параметры описанной прилегающей окружности. На ее базе строят правильный цилиндр с основанием в виде найденной прилегающей окружности и высотой L, равной высоте h исследуемой цилиндрической поверхности, деленной на косинус угла между торцом данной поверхности и ее осью. Полученный цилиндр будет искомым (прилегающим для данной исследуемой цилиндрической поверхности).
Реализация данной методики показала, что при количестве точек за оборот более 200 машинное время для поиска прилегающей окружности составляет несколько минут, что недопустимо при проведении в условиях реального производства Вопросу построения прилегающей окружности посвящены работы [2, 82, 98]. Поэтому были приложены усилия для поиска более простого варианта решения поставленной проблемы.
Как говорилось выше, для построения геометрического образа в поперечном сечении детали достаточно определить перемещения оси детали ХДІ и вершины резца Хрі по углу поворота шпинделя ф только по оси X и рассчитать текущий радиус детали по формуле
Измерительная система установленная на станке МК-3002 позволяет производить измерение величин ХДІ и Хрі и через плату сбора данных типа ЛА-2 подавать на компьютер, где производится их обработка методами математической статистики. Обработанные данные представляются в виде таблицы 2.1.
Пример построения геометрического образа детали в поперечном сечении изображен на рис.2.9. Построение геометрического образа в поперечном сечении детали производятся по образцу построения профилограмм на профилометрах. В качестве исходной выбирается окружность 1, относительно которой производится построение геометрического образа. Диаметр окружности 1 соответствует настроечному диаметру Д при обработке конкретной детали на токарном станке. Обычно настроечный диаметр строится в масштабе 1 мм детали равен на чертеже 1 мм. Если мы будем откладывать отклонения геометрического образа в этом же масштабе, то эти отклонения будут укладываться в толщину линии чертежа, так как они измеряются в десятках и единицах микрометров. Поэтому для отклонений геометрического образа используется другой масштаб. При построении использовался масштаб, когда 1 мкм отклонения геометрического образа соответствовал на чертеже отрезок равный 1 мм. Это позволяет получить наглядную картину искажения обработанной поверхности детали. Но не следует забывать, что эта картина является искаженной, точно также как и профилограмма.
Отметчик оборотов подает сигнал положения шпинделя на плату ЛА-2. Это положение фиксируется как точка Ai и находится на положительной ветви оси Y, (рис.2.9). На чертеже шпиндель вращается против часовой стрелки и поэтому, когда он повернется на угол 90 то точка А і будет лежать на отрицательной ветви оси Уи так далее.
Построение начинается с точки Аь Из таблицы 2.1 берутся значения перемещений оси детали Хдет1 и вершины резца ХрЄЗі для точки Ai и определяют их алгебраическую сумму Хдеті + Хрезі, которая откладывается от окружности 1 по направлению от центра О. Таким образом получается точка Аь которая соответствует геометрическому образу поперечного сечения детали в этом месте. Далее аналогичные построения производятся для точек Д, А2, ..., А2оо- В результате получается кривая геометрического образа поверхности детали в поперечном сечении. Геометрический образ в полной мере отражает все свойства детали и может быть использован для определения показателей точности в поперечном сечении детали. Однако для их определения необходимо иметь базовую окружность в соответствии с ГОСТ 10356-63 «Отклонения формы и расположения поверхностей». В ГОСТе сказано, что отсчет отклонений формы производится от прилегающей поверхности или в т-шем случае от прилегающей окружности, которой является окружность наименьшего возможного диаметра, описанная вокруг реального профиля или в нашем случае описанная вокруг геометричесю-го образа поперечного сечения детали. Как видно из чертежа окружность 1 не соответствует требованиям ГОСТ, а следовательно и оси координат XOY не будут соответствовать требованиям расчета показателей точности.
Определение и построение прилегающей окружности 2 производится в следующем порядке. Сначала производится расчет диаметров геометрического образа по формулам
Разработка интерфейсного обеспечения точности обработки детали
К персональному компьютеру устройства сопряжения могут быть подключены тремя способами [46], соответствующим трем типам стандартных внешних интерфейсов, средства которых входят в базовую конфигурацию компьютера:
- через системную магистраль ISA;
- через параллельный интерфейс Centronics;
- через последовательный интерфейс RS-232c.
Каждый из трех указанных методов подключения имеет свои преимущества и недостатки. В таблице 3.1 приведено сравнение этих трех методов подключения по параметрам, которые надо учитывать при выборе одного из них. Из таблицы видно, что выбор системной магистрали обеспечивает наибольшую скорость обмена. При этом плата устройства сопряжения устанавливается в корпус компьютера, а источник питания используется тот, который есть в компьютере. В то же время одноплатное исполнение ограничивает сложность устройства сопряжения, а соседство с быстродействующими и мощными цифровыми узлами компьютера приводит к высокому уровню электромагнитных помех и наводок в цепях.
Выбор Centronics или RS-232c позволяет расположить устройство сопряжения на большом расстоянии от компьютера. Но при этом достигается гораздо меньшая скорость обмена, а также требуется внешний конструктив и дополнительный источник питания, что существенно увеличивает стоимость системы. Немаловажно и то, что без специальных ухищрений через интерфейсы можно подключить только одно устройство сопряжения. Что касается сложности узлов сопряжения, то обмен в параллельном формате гораздо проще, чем в последовательном.
На базе токарного станка МК-3002 была создана экспериментальная установка по прогнозированию точности обработки детали на токарном станке в процессе ее изготовления. Измерительная система включает датчик угла поворота шпинделя, бесконтактный датчик перемещения детали и датчик перемещения резца, которые через устройства сопряжения соединялись с компьютером.
В качестве устройства сопряжения использовалась плата сбора данных, изготавливаемая ЗАО «Руднев - Шиляев» типа ЛА-2. Она содержит следующие независимые узлы: аналогово-цифровой канал, трехканальный счетчик-таймер, цифровой порт ввода-вывода и интерфейс ввода-вывода. Аналогово-цифровой канал состоит из входного мультиплексора, полного инструментального усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, и собственно 12 разрядного АЦП с выборкой хранения. С помощью переключателя SA7 выбирают режим - 8 дифференциальных или 16 однополосных каналов. С помощью SA8 может быть задан коэффициент усиления инструментального усилителя в диапазоне 2 - 100 по выбору пользователя. 12 разрядный аналогово-цифровой преобразователь последовательного приближения со временем преобразования 1,6 мкс имеет два переключаемых диапазона входных напряжений ±5 В и ±10 В. Кварцевый генератор имеет частоту 1,789763 МГц. Запуск АЦП может быть программный, от таймера или от внешнего сигнала. Цифровой порт содержит 16 цифровых линий, 8 линий на вывод (порт РА) и 8 линий на ввод (порт РВ). Линии ввода и вывода независимы.
Плата сбора и обработки аналоговой и цифровой информации устанавливается в компьютер с процессором Intel Pentium 150 МГц с оперативной памятью SIMM 32 Мб.
Разработанное программное обеспечение позволяет реализовать математическую модель по расчету и построению геометрического образа детали в трехмерном пространстве с последующим расчетом требуемых показателей точности. Обобщенная блок-схема программы представлена на рис.3.1.
Как видно из рисунка весь алгоритм программы «TTMdiagnostic» состоит из четырех модулей. Первый - модуль ввода экспериментальных данных, второй - модуль «Связь с базой данных «TTMdiagnostic DATA», третий - модуль «Настройка «TTMdiagnostic», четвертый - модуль «Геометрический образ». В первом модуле пользователь заносит в память компьютера исходные данные о параметрах резанья: глубину резанья t, подачу s, частоту вращения шпинделя п, углы заточки резца; размеры по длине шпинделя, поперечные размеры шпинделя, величины радиальных жесткостей передней и задней опор, размеры патрона и параметры детали - длину и диаметр. Затем программа автоматически рассчитывает силы резанья, деформационные смещения упругой линии шпиндель-патрон-деталь и представляет эти величины в графическом интерфейсе. На этом этапе пользователь может изменять любые данные добиваясь нужного результата. Во втором модуле -«Связь с базой данных «TTMdiagnostic DATA», пользователь работает с базой данных по файлам траекторий колебаний детали и резца. В окне модуля предоставлена информация о каждом файле, такая как, о характеристиках станка на котором проводились эксперименты, о параметрах резанья и времени проведения эксперимента. Найдя искомый файл, он будет открыт и доступен для работы в четвертом модуле. В зависимости от характера закрепления детали на станке, в центрах или консоли, система запросит дополнительно открыть необходимый файл из предоставленного базой данных списка. Здесь можно осуществлять создание новых файлов данных, ручным или автоматическим способом с применением формул математической статистики. В третьем модуле - «Настройка «TTMdiagnostic» происходит настройка исходных параметров системы - тарировоч-ных коэффициентов по расчету геометрического образа, регламентированных параметров точности; коэффициентов настройки - графических интерфейсов первого и четвертого модулей, блока печати на принтер и монитор. В четвертом модуле - «Геометрический образ» пользователь работает с изображением виртуальной детали в пространстве. Графический интерфейс предоставляет возможности трехмерных преобразований, позволяет легко изменять структуру изображения на экране; производить построения поперечных и продольных сечений геометрического образа детали в трехмерном пространстве, проецировать их на плоскость параллельной выбранным сечениям; производить доступ к блокам программы отвечающим за расчет регламентированных показателей точности и вывод их на экран, к блокам печати на принтер, к модулю «Настройка «TTMdiagnostic». При работе с программой система автоматически открывает пользователю модули для ввода необходимой информации и отслеживает корректность вводимых данных.
Программа «TTMdiagnostic» была создана на базе алгоритмического языка Microsoft Visual Basic 3.0. Программный пакет реализует следующие функции:
- осуществляет автоматическую обработку файлов экспериментальных данных по формулам математической статистики;
- создает и формирует базу данных по файлам экспериментов;
- осуществляет режим ввода данных по пареметрам резанья;
- осуществляет режим ввода данных по параметрам станка и детали;
- производит расчет сил резания;
- производит расчет упругой линии шпиндель-патрон-деталь;
- производит расчет геометрического образа обработанной поверхности в и плоском сечении и пространстве;
- производит расчет регламентированных показателей точности для поперечного сечения: отклонение от крутости, овальность, максимальный и минимальный диаметры; для продольного сечения - отклонение образующей от прямолинейности;для детали - отклонение от цилиндричности;
- обеспечивает высокую производительность при расчетах параметров точности;
- обеспечивает простоту и удобство работы с графическим интерфейсом;
- обеспечивает универсальный режим работы с файлами данных по обработке, редактированию и сохранению;
- обеспечивает получение твердых копий по результатам экспериментов;
Регламентированные показатели точности в поперечном сечении определяютя по известным методикам.
На (рис.3.2 - 3.8) представлены распечатки с экрана монитора программы «ТТМdiagnostic».
Система определения ожидаемой точности обработки деталей
Проведение экспериментальных исследований (разделы 4.5, 4.6) позволило выявить ряд важных закономерностей формирования показателей точности обрабатываемых деталей. На втором этапе исследований была создана и запущена в работу автоматизированная система определения точности обработки деталей на токарных стачках по геометрическому образу.
Схема системы определения ожидаемой точности обработки деталей приведена на рис.4.18. Она состоит из экспериментальной установки по определению перемещений формообразующих элементов на токарном станке М-3002, платы ввода-вывода информации ЛА-2, компьютера с процессором Intel Pentium 150 Мгц с оперативной памятью SIMM 32 Мб, и программного продукта. Описание экспериментальной установки приведено в разделе 4.5 и изображено на рис.4.7. Интерфейсное обеспечение приведено в главе 3.
Работа системы происходит следующим образом. Заготовка устанавливается на токарный станок. Система определения ожидаз-мой точности подготавливается к работе. При выполнении получистового прохода с компьютера подается команда по снятию перемещений детали и резца. С датчиков установленных на токарном стачке на плату ЛА-2 подается четыре сигнала. Преобразователь угловых перемещений ЛИР-158А подает два сигнала. Один сигнал это опорная метка, которая выдается один раз за оборот шпинделя. Она служит для того, что бы начать отсчет числа оборотов шпинделя и подать команду на отключение после того, как будет записана информация о перемещении детали и резца за 40 оборотов шпинделя. Второй сигнал выдаваемый ЛИР-158А это референтные метки, число которых составляет 200 на один оборот шпинделя. Эти метки служат командой для снятия показаний с бесконтактных датчиков перемещения, которые фиксируют положение оси детали и вершины резца. Все четыре сигнала поступившие на плату ЛА-2 обрабатываются, переводятся в цифровой код и подаются в компьютер. В компьютере поступившая информация обрабатывается методами математической статистики в результате чего получаются два осреднен-ных массива. Массив перемещения оси детали за один оборот шпинделя и массив перемещения резца также за один оборот шпш-деля. Распечатка с экрана монитора с кривыми перемещения оси детали и вершины резца представлена на рис.4.19. Кроме того при использовании датчика перемещения установленного по оси Y можно получить построение траектории оси детали (рис.4.20).
Используя математические модели, которые приведены в главе 2 компьютер производит расчет и построение на экране монитора геометрического образа поперечного сечения детали (рис.4.21). После чего производится построение прилегающей окружности и переход в новую систему координат. Расчет текущего радиуса поперечного сечения Rj и диаметров D; позволяет произвести определения регламентированных показателей точности для поперечного сечения
Затем производится построение геометрического образа детали в трехмерном пространстве (рис.421, 4.22). Программа позволяет производить построение любого продольного сечения детали (рис.4.22). Профиль продольного сечения уточняется за счет того, что производится расчет влияния на форму детали в продольном сечении износа направляющих, теплового удлинения резца и его износ. По уточненному продольному сечению определяют отклонение профиля продольного сечения Аоппс образующих обрабатываемой поверхности детали, из которых выбирается максимальное значение, которое будет соответствовать величине отклонения от цилиндричности Аоц.
Все рассчитанные показатели точности выводятся на экран монитора еще до окончания получистового прохода, так как измерения и обработка данных производится в режиме реального времени.
Оператор сравнивает определенные ожидаемые показатели точности с допусками на рабочем чертеже и принимает решение о продолжении обработки, если эти показатели укладываются в величины допусков рабочего чертежа, либо об остановке обработки, так как после обработки деталь не будет отвечать требованиям рабочего чертежа.
Кроме того было разработано устройство для компенсации х-плового смещения оси шпинделя токарного станка, на которое была подана заявка на получение патента. Устройство было установлено на токарном станке МК-3002 (рис.4.23). Устройство содержит измерительную часть и исполнительную часть и монтируется на станке 1. В измерительную часть входят два датчика перемещения 2 и 3, установленные в основной плоскости станка и два цифровых приб)-ра 4 и 5. Датчик перемещения 2 закреплен на станине 6 и его чувствительный наконечник взаимодействует с корпусом 7 шпиндельной бабки. Датчик перемещения 3 закреплен на основании задней бабки и его чувствительный наконечник взаимодействует с корпусом 8 пиноли. Исполнительная часть состоит из гидроцилиндра 9, регулятора давления 10 и гидростанции станка 11. Гидроцилиндр 9 закреплен на основании задней бабки, а его шток упирается в корпус 8 га-ноли. Регулятор давления 10 управляется вручную и изменяет давление масла, подаваемого в гидроцилиндр 9 от гидростанции 11.
Устройство работает следующим образом. Вначале включают в работу токарный станок, корпус 7 шпиндельной бабки начинает прогреваться. В результате теплового расширения корпуса 7 шпиндельной бабки ось шпинделя смещается в пространстве, что приводит к тому, что обработанные детали имеют коническую форму.
В процессе разогрева станка датчик перемещения 2 фиксирует смещение корпуса 7 шпиндельной бабки и выдает сигнал, который подается на цифровой прибор 4, на экране которого появляются цифры соответствующие величине смещения оси шпинделя. Для того, чтобы компенсировать это смещение оператор повышает давление масла, которое подается от гидростанции 11, регулятором давления 10, в результате чего гидроцилиндр 9 оказывает силовое воздействие на корпус 8 пиноли и смещает ее ось. Это смещение фиксируется датчиком 3 перемещения, сигнал от которого подается на цифровой прибор 5. Оператор изменяет дашение регулятором 10 до тех пор, пока показания на цифровых приборах 4 и 5 не станут одинаковыми. В результате этого ось детали будет снова занимать положение, параллельное оси станины 6, а следовательно, обработж-ная поверхность детали будет иметь цилиндрическую форму.
Так как время прогрева станка по продолжительности состш-ляет от 0,5 -ь 2,5 часов, то введение автоматики в процесс компенсации теплового смещения оси шпинделя не является целесообразным, так как оператор легко справляется с регулировкой исполнительной системы.
Установка устройства для компенсации теплового смещения оси шпинделя на токарном станке МК-3002 приведена на рис.4.24. На основании задней бабки 2 закрепляется плита 7, на которой крепится гидроцилиндр 4, что позволяет перемещать заднюю бабку 2 вдоль станины 1 станка. К плите 7 крепится кронштейн 5, на котором установлен бесконтактный датчик перемещения 6 фирмы Turc. Чувствительный наконечник датчика 6 взаимодействует с поверхностью пиноли. Подвод масла к гидроцилиндру производится по трубопроводу 3.
Испытание предложенной системы на станке МК-3002 позволило уменьшить конусность обрабатываемой детали с 0,131 мм до 0,016 мм.
С целью проверки системы определения ожидаемой точности детали в процессе ее изготовления была проведена обработка контрольной детали. Обработка производилась на токарном станке МК-3002. Заготовка из стали 35 имела диаметр D = 60 мм и длину L = 100 мм. Обработка производилась проходным резцом с твердосплавной пластинкой Т15К6 с углами у = 0; а = 8; ср = cpl = 45; частота вращения шпинделя п = 1250 мин" ; подача s = 0,05 мм/об и глубина резания t = 0,13 мм.
В процессе обработки были сняты показания перемещений детали и вершины резца в 13 сечениях. Для каждого сечения снимались показания для 40 оборотов и в каждом обороте снимались показания для 200 точек. Экспериментальные данные подвергались обработке методами математической статистики с определением для каждого дискретного поворота шпинделя определением математического ожидания и дисперсии. По перемещениям оси детали и вершины резца были построены геометрические образы поперечных сечений контрольной детали, которые приведены на рис.4.25 и рассчитаны для них показатели точности (таблица 4.1).
