Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ методов оценки качества шпиндельных узлов 9
1.1. Анализ существующих методов оценки качества станков и их узлов 9
1.2. Использование вероятностного подхода к оценке качества станков и их узлов. Программный метод испытаний 16
1.3. Влияние шпиндельной системы на погрешности формообразования изготавливаемой детали и методы оценки ее качества 21
Выводы по главе I .Цель и задачи работы, 31
Глава 2. Теоретические основы метода оценки качества шпиндельных узлов по параметрам точности 34
2.1. Выбор измерительной базы и выходных параметров точности шпиндельного узла. 34
2.2. Программный метод испытаний шпиндельных узлов 51
2.3. Возможности программного метода испытааний шпиндельных узлов и условия целесообразности его применения 67
2.4. Упрощенная оценка общей параметрической надежности шпиндельного узла ^4
Выводы по главе 2 80
Глава 3. Методика проведения испытаний шпиндельных узлов и создание измерительно-информационного комплекса 83
3.1. Основы методики проведения испытаний шпиндельных узлов. Требования к измерительно-информационному, комплексу 83
3.2. Разработка и исследование измерительно-информационного комплекса 88
3.3. Испытания шпиндельных узлов токарных станков. 112 Выводы по главе 3 122
Глава 4. Обработка и анализ результатов исследований 125
4.1. Анализ экспериментальных результатов 125
4.2. Обработка экспериментальных данных и анализ погрешностей экспериментов 140
4.3. Прогнозирование изменения параметрической надежности шпиндельного узла при изменении условий его эксплуатации 151
4.4. Повышение параметрической надежности шпиндельных узлов 156
Выводы по главе 4 162
Общие выводы 165
Литература -167
Приложения . 180
Приложение I. Программы подготовки испытаний и обработки их результатов 181
Приложение І.І. Блок-схема расчета эмпирической функции распределения и подготовки испытательной таблицы при эксплуатационном распределении значений факторов 182
Приложение 1.2. Программа расчета эмпирической функции распределения и подготовки испытательной таблицы при эксплуатационном распределении значений факторов 184
Приложение 1.3. Программа подготовки испытательной таблицы при равномерном распределении значений факторов 188
Приложение 1.4. Программа подготовки испытательной таблицы при нормальном распределении значении факторов 189
Приложение 1.5. Блок-схема обработки результатов испытаний 190
Приложение 1.6. Программа обработки результатов испытаний 192
Приложение 2. Схема и протоколы испытаний ВТП 197
Приложение 2.1. Принципиальная схема ВТП 198
Приложение 2.2. Протокол испытаний ВТП Ф 6 мм 199
Приложение 2.3. Протокол испытаний ВТП ф 10 мм 200
Приложение 3. Характеристики оптикоэлектронного преобразователя 202
Приложение 4. Акт внедрения результатов работы. 203
- Анализ существующих методов оценки качества станков и их узлов
- Выбор измерительной базы и выходных параметров точности шпиндельного узла.
- Основы методики проведения испытаний шпиндельных узлов. Требования к измерительно-информационному, комплексу
- Анализ экспериментальных результатов
Анализ существующих методов оценки качества станков и их узлов
Проблема создания методов оценки технического состояния по показателям качества металлорежущих станков возникла одновременно с появлением этих станков. Первые методы проверки включали,в основном, контроль прямолинейноети граней. Первые требования к станкам по соосности сформулировал русский ученый Савин в 1913 г., составив таблицу соосности и перпендикулярности, после него ряд существенных положений внес Шлезингер [б] . В 1933 г. Фрешман и Салмон предложили ряд практических тестов для испытания узлов металлорежущих станков, преимущественно в статике [б] . Исследования жесткости и люфтов узлов металлорежущего оборудования ведутся с 1823 г. [б] .
Согласно ГОСТ 22267-76 [б] , регламентирующему схемы и способы измерения геометрических параметров металлорежущих станков, проверка этих параметров осуществляется на неработающем станке без нагрузки, действующей на узлы станка при его работе, и результаты сравнивают с жестко заданными границами.
Испытания по ГОСТ 7035-75 [7] , регламентирующему условия испытаний станков на жесткость, выражающую свойство узлов станка сопротивляться изменению их формы и взаиморасположения под действием нагрузки, проводятся при действии заданной силы. При этом за основу принят статический метод испытаний станков на жесткость, при котором к частям станка, несущим инструмент и заготовку, прилагается плавно возрастающая до заданного предела нагрузка и одновременно измеряется относительное перемещение этих частей. В качестве нормируемых показателей принимаются наибольшие допустимые перемещения узлов, несущих инструмент и заготовку, при определенных нагружающих силах. При испытании величину силового воздействия рекомендуется выбирать из условия приближения к значению силового воздействия при типовом виде обработки. В регламентируемые условия проверки входят схемы положения узлов станков, направления и величина нагружающих сил и точки их приложения, направления и точки, в которых должны измеряться перемещения, способы и средства измерения перемещений. Так, в частности, ГОСТ 18097-72 [в] , ГОСТ 8-82 [э] , регламентирующие нормы точности и жесткости токарных станков, при проверке станка на жесткость, оправку, закрепленную в отверстии шпинделя, нагружают посредством устройства, закрепленного в резцедержателе, плавно изменяющейся силой, действующей под углом 60 к направлению поперечной подачи, причем испытания проводят всего дважды и за результат принимают среднее арифмети -ческое значение измерений в этих двух испытаниях.
Выбор измерительной базы и выходных параметров точности шпиндельного узла
Для формообразования детали существенно влияние траекторий движения тех элементов системы СПИД, которые являются заключи -тельными по отношению к детали в размерной цепи, т.е. элементов, непосредственно участвующих в формообразовании. Для группы токарных станков при точении детали в патроне этим элементом со стороны станка является движение оси патрона, закрепленного на переднем фланце шпинделя и, следовательно, движение переднего фланца шпинделя.
Траектория движения переднего фланца шпинделя является результатом влияния других элементов размерной цепи системы, поведение каждого из которых обусловлено их характеристиками. Таким образом, траектория движения переднего фланца шпинделя является интегральной выходной характеристикой станка в указанном выше смысле [3,4,18] . Хотя для формообразования детали существенно их относительное движение, по существующим методикам измерений геометрических параметров узлов станков за измеритель -ную базу при оценке подвижных узлов типа шпинделя используются неподвижные узлы станка. Это достаточно удобно для формирования измерительной схемы, кроме того, соответствующий пересчет относительных траекторий при одной измерительной базе достаточно прост, поэтому согласно ГОСТ 22267-76 [б] выберем в качестве измерительной базы станину станка.
В соответствии с вышеизложенным и рекомендациями междуна -родного стандарта ИСО [34] выберем неподвижную относительно станины декартову систему координат следующим образом: начало координат поместим в центр переднего фланца шпинделя, ось 1 - вдоль продольных направляющих станины, ось X - горизонтально вдоль поперечных направляющих, ось У - в дополнении до правой системы координат (рис.2).
При исследовании шпиндельных узлов токарных станков принято [65,66,69,70,82] движение оси шпинделя разделять на осевое (по оси 2 ), радиальное (по оси X ) и угловое (угол между ооью Е и осью шпинделя). Для определения этих выходных параметров предлагаются различные методики и измерительные схемы, которые по сути относятся к различным участкам оси шпинделя. В силу того, что шпиндель (и его ось) деформируется при действии различных сил, трудно сопоставить результаты, полученные различными методиками для разных участков шпинделя.
Основы методики проведения испытаний шпиндельных узлов. Требования к измерительно-информационному, комплексу
Для проведения исследований шпиндельных узлов в соответствии с вышеизложенным программным методом весь процесс подготовки и проведения испытаний разделен на следующие основные этапы:
1. Сбор и обработка информации об условиях эксплуатации исследуемых шпиндельных узлов с целью определения областей действия и функций распределений значений вышеуказанных действую -щих факторов.
2. Подготовка исходных данных для проведения натурных ис -питаний этих узлов.
3. Проведение натурных испытаний шпиндельных узлов согласно изложенному программному методу.
4. Обработка и анализ полученных в ходе испытаний резуль -та тов.
Первые два этапа, а также последний, осуществляются с использованием ЭВМ. Третий этап реализуется с помощью измерительно-ин -формационного комплекса. На этапе сбора и обработки информации об условиях эксплуатации шпиндельных узлов определяется номенклатура, количество и технология изготовления деталей на иссле -дуемых станках, на основе чего находится область действия факторов Fx , Fy » F , %At 2Zf П и оцениваются функции распределения их значений.
Анализ экспериментальных результатов
Для выявления характера влияния факторов и их сочетания на выходные параметры точности шпиндельных узлов были проведены предварительные эксперименты.
На рис.33 представлены средние траектории движения начала характеристического вектора в плоскости "{X, У} для станка модДЕбІМГіпри различных значениях действующих силовых факторов. Средние траектории определены как среднее значение траекторий при каждом сочетании значений факторов за 10 оборотов шпинделя. При данном сочетании значений факторов при увеличении действующей силы Jx отмечено уменьшение разброса траекторий относительно средней, а также уменьшение амплитуды биений при одновременном увеличении смещения центра биений в направлении, близком, но отличном от направления действующей силы
Как показывают результаты испытаний, положение центра и амплитуды биений являются реакциями узла на значения действующих факторов.
На станке IE6JMT определялось изменение амплитуды биения оси шпинделя по оси 1 при постоянных значениях i x , J" у при изменении значения силы І (рис.34), смещение центра биений по осисСрис.Зб), влияние момента /Wg на С (рис.36).
Как показывают результаты испытаний, изменение значения силы Tg от 0 до 500 Н может изменять амплитуду биений по оси X на величину 35-65%. Анализ влияния изменения силы J 2 при постоянном значении остальных факторов на величину радиального биения шпинделя, показывает, что этот эффект обусловлен в основном, изменением траектории движения шариков в упорных шарикоподшипниках по дорожкам качения при одновременном увеличении жесткости опор.
