Разработка методов обеспечения точности базирования и жесткости автоматически сменных узлов с распределенными базами в перекомпонуемых системах машин Левашкин Денис Геннадьевич

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Аналитический обзор состояния исследований методов обеспечения точности и жёсткости перекомпонуемых производственных систем 11

1.1. Анализ состояния применения перекомпонуемых производственных систем в машиностроении 11

1.2. Анализ методов и необходимости обеспечения жёсткости автоматически сменных узлов перекомпонуемых производственных систем 22

1.3. Анализ методов и необходимости обеспечения точности базирования автоматически сменных узлов перекомпонуемых производственных систем 38

1.4. Основные принципы исследования методов обеспечения точности базирования и жёсткости сменных узлов с переменными базами 48

Глава 2. Разработка метода обеспечения жесткости автоматически сменных узлов перекомпонуемых производственных систем 55

2.1. Моделирование пространства нагружения автоматически сменных узлов при многосторонней обработке деталей 55

2.2. Моделирование внешних силовых факторов при нагружении автоматически сменных узлов 85

2.3. Моделирование схем нагружения автоматически сменных узлов при многосторонней обработке деталей 90

2.4. Моделирование метода обеспечения жёсткости автоматически сменных узлов при многосторонней обработке 131

Глава 3. Разработка метода обеспечения точности базирования автоматически сменных узлов в перекомпонуемых производственных системах 144

3.1. Анализ взаимного влияния упругих деформаций и точности базирования автоматически сменных узлов на точность многосторонней обработки деталей 144

3.2. Моделирование метода обеспечения точности обработки базирующих отверстий автоматически сменных узлов на плоскости 148

3.3. Алгоритм и методика обеспечения точности обработки базирующих отверстий носителя на одной грани 175

3.4. Моделирование метода обеспечения точности базирования автоматически сменных узлов относительно их пространственной модели 195

3.4.1. Постановочные условия и алгоритмы метода обеспечения точности базирования носителя призматической формы относительно его пространственной модели 195

3.4.2. Моделирование метода обеспечения точности базирования носителя при обработке базирующих отверстий относительно пространственной его модели 203

3.4.2.1. Моделирование процесса обеспечения точности обработки базирующих отверстий грани G2 203

3.4.2.2. Моделирование процесса обеспечения точностиобработки базирующих отверстий грани G3 212

3.4.2.3. Моделирование процесса обеспечения точности обработки базирующих отверстий грани G4 220

3.4.2.4. Моделирование процесса обеспечения точности обработки базирующих отверстий грани G5 226

3.4.2.5. Моделирование процесса обеспечения точности обработки базирующих отверстий грани G6 234

3.5. Зависимость погрешности многосторонней обработки деталей от погрешности базирования автоматически сменных узлов 243

Глава 4. Экспериментальные исследования и оценка методов обеспеченияя точности базирования и жёсткости автоматически сменных узлов 247

4.1. Экспериментальная оценка метода обеспечения точности базирования автоматически сменных узлов 247

4.1.1. Исходные данные экспериментальных исследований 247

4.1.2. Подготовка экспериментальных исследований метода обеспечения точности изготовления базирующих отверстий 249

4.1.3. Алгоритм и методика проведения эксперимента 252

4.1.4. Результаты эксперимента 253

4.2. Экспериментальная оценка метода обеспечения жесткости автоматически сменных узлов 259

4.2.1. Исходные данные экспериментальных исследований 259

4.2.2. Подготовка экспериментальных исследований метода обеспечения жёсткости автоматически сменных узлов 262

4.2.3. Алгоритм и методика проведения эксперимента 278

4.2.4. Результаты экспериментальных исследований 279

4.3. Рекомендации по конструктивному исполнению автоматически сменных узлов при многосторонней обработке 289

Общие выводы 294

Библиографический список 296

Приложение 307

• Анализ методов и необходимости обеспечения жёсткости автоматически сменных узлов перекомпонуемых производственных систем
• Моделирование внешних силовых факторов при нагружении автоматически сменных узлов
• Моделирование метода обеспечения точности обработки базирующих отверстий автоматически сменных узлов на плоскости
• Экспериментальная оценка метода обеспечения жесткости автоматически сменных узлов

Введение к работе

Современное развитие автоматизированных систем в машиностроении ориентировано на создание систем машин переменной компоновки и структуры. Актуальны технические решения, обеспечивающие высокие технологические возможности, гибкость и приспосабливаемость автоматизированных систем к изменяющимся производственным условиям, сохраняя показатели высокой производительности механической обработки.

Данные тенденции охватывает развитие перекомпонуемых производственных систем (Reconfigurable Manufacturing Systems - RMS), предназначенных для выпуска постоянно меняющейся номенклатуры изделий, с увеличением производительности, снижением затрат на создание и эксплуатацию оборудования. В данных системах возникает необходимость применения автоматически сменных агрегатных узлов, в том числе призматической формы и с распределенными базами.

Автоматически сменный узел в RMS - носитель призматической формы, является неотъемлемой частью рабочей позиции и способствует автоматическому изменению структуры, увеличению вариантности компоновочных решений RMS. Это позволяет осуществлять многоинструментальную, многостороннюю, многоместную обработку сложных деталей с обеспечением максимальной концентрации процессов обработки на рабочей позиции RMS. Что решает вопросы автоматизированной обработки с достижением высокого уровня эффективности производства в условиях изменения производственных программ и номенклатуры изделий.

Работа направлена на исследования, обеспечивающие автоматизацию изменения структуры и компоновки RMS, при условии кантования носителя на рабочей позиции. Многосторонняя обработка деталей требует сохранения идентичности пространственного расположения деталей относительно каждой грани его корпуса при кантовании. Многообразие сочетаний методов технологического воздействия при многосторонней обработке приводит к возникновению переменных по величине упругих деформаций корпуса сменного узлов в направлении механической обработки, а, следовательно, и к потере точности изготовления деталей.

Внедрение сменных узлов призматической формы требует решения ряда проблем по обеспечению и повышению точности их базирования на рабочей позиции, одновременно решая вопросы повышения жесткости узлов RMS с учетом упругих деформаций, возникающих при многосторонней обработке корпусных деталей.

Решение изложенных проблем обеспечивает повышение эффективности применения автоматически сменных узлов призматической формы в RMS, что подтверждает актуальность выбранной темы работы. Работа выполнена в соответствии с Генеральным договором о сотрудничестве между Тольяттинским государственным университетом и ОАО «АВТОВАЗ» на 2001-2005 г.г., п. 2.2.5.

Цель работы. Обеспечение жесткости и точности базирования автоматически сменных узлов с распределенными базами в RMS, на основе? разработки методов расчета упругих деформаций и обработки базирующих элементов при многосторонней обработке деталей.

Задачи работы.

1. Разработка математических моделей метода обеспечения жёсткости сменных узлов в зависимости от схем многосторонней обработки корпусных деталей на RMS.

2. Разработка основных положений метода обеспечения точности базирования носителя на рабочий позициях RMS.

3. Провести экспериментальные исследования по определению погрешности базирования и параметров жесткости автоматически сменных узлов RMS при многосторонней обработке деталей.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований получить зависимость влияния погрешности базирования и погрешности упругих деформации носителя на точность многосторонней обработки корпусных деталей на рабочей позиции RMS. 5. Разработать технические решения по конструктивному исполнению корпуса носителя в зависимости от схемы многосторонней обработки деталей.

6. Разработать предложения по применению сменных узлов призматической формы для реализации многоинструментальной, многосторонней, многоместной обработки сложных деталей на рабочей позиции RMS.

Методы исследования: Работа включает в себя теоретические исследования вопросов обеспечения точности и жесткости станочных систем, расчеты параметров точности и жесткости носителей призматической формы с переменными базами, результаты математического моделирования в том числе и на ЭВМ с использованием пакетов твердотельного моделирования NASTRAN, WinMachine, ANSYS, MATHLAB 6.5. Исследовалось поведение конструкции носителя призматической формы в условиях напряжённо-деформированного состояния. Для выполнения теоретических исследований использовались известные методы инженерных расчетов, а также результаты научно-исследовательских работ по выбранной тематике. При разработке метода обработки базирующих отверстий носителя относительно каждой его г, грани применялись методы расчета размерных и технологических цепей в машиностроении. Методика расчета параметров жесткости корпуса носителя, разрабатывалась на основе прочностных расчетов нагруженных пространственных коробок в машиностроении.

Экспериментальные исследования проводились с использованием специально разработанного научно-исследовательского стенда и физической модели носителя призматической формы, включая компьютерную обработку экспериментальных данных в среде моделирования пакета MATHLAB 6.5 с применением программного обеспечения реального времени Simulink 5.0. Все пакеты применяемых программ являлись лицензионными.

Научная новизна.

- разработан метод обеспечения точности базирования носителя, позволяющий обеспечить изготовление базирующих отверстий с заданными параметрами точности на технологическом оборудовании; - разработан метод обеспечения жесткости носителей призматической формы в RMS, и алгоритмы расчета параметров их жесткости для схем инструментального воздействия при многосторонней обработке, что позволяет проектировать схемы многосторонней обработки деталей при условии выполнения требований по точности изготовления деталей на носителе;

- разработан метод контроля параметров жесткости корпуса носителя при многосторонней обработке деталей, осуществляемый на рабочих позициях RMS в режиме реального времени;

- разработана методика применения носителя для типовых схем многосторонней обработки корпусных деталей в RMS, позволяющая выбрать его конструктивные исполнения;

- получена зависимость влияния параметров жёсткости носителя и точности его базирования на точность многосторонней обработки деталей.

На защиту выносятся:

- метод обеспечения точности взаимного расположения базирующих отверстий при их изготовлении на боковых гранях носителя;

- математическая модель метода обработки базирующих отверстий носителя со связанными параметрами точности;

- метод обеспечения жесткости носителя при реализации вариантных схем многосторонней обработки корпусных деталей на носителе;

- результаты расчета параметров конструкции корпуса носителя призматической формы для типовых схем многосторонней обработки;

- результаты теоретических исследований зависимости точности многосторонней обработки корпусных деталей на носителе от погрешности базирования носителя и упругих деформаций его корпуса;

- метод контроля упругих деформаций и внутренних напряжений корпуса носителя при многосторонней обработке деталей на рабочих позициях RMS;

- техническое решение конструктивного исполнения носителя для типовых схем многосторонней обработки корпусных деталей;

- предложения по реализации многосторонней обработки деталей на носителе. Практическая ценность работы.

1. Разработанная конструкция носителя призматической формы, выполняет роль автоматически сменного узла на рабочей позиции RMS, при реализации многосторонней обработки корпусных деталей.

2. Предложенная методика обеспечения точности базирования носителей призматической формы, позволяет обеспечить точность обработки базирующих отверстий многогранного носителя.

3. Предложенная методика обеспечения жесткости носителей призматической формы, позволяет рассчитать параметры жёсткости корпуса носителя, оценить влияние параметров жесткости носителя на точность многосторонней обработки корпусных деталей, скорректировать технологический маршрут обработки корпусных деталей.

4. Методика контроля упругих деформаций носителя позволяет определить параметры жесткости станочной системы RMS, в режиме реального времени; 5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния над точность обработки деталей погрешности базирования и упругих деформаций носителя позволяют осуществлять выбор его конструктивного ( исполнения.

Апробация работы.

1) Апробация работы осуществлялась в производстве ОАО «АвтоВАЗ» (г. Тольятти)

2) Новизна работы закреплена поданными заявками на изобретения и патентами РФ (Приложение 1).

3) Диссертационная работа выполнена на основе проведённых научных теоретических и экспериментальных исследованиях по госбюджетной теме № 01.200.205164 «Теоретические исследования управления параметрами жесткости станочных узлов с распределенными базами в автоматизированных системах переменной структуры». 4) Разработан и изготовлен учебно-лабораторный стенд исследования жёсткости автоматически сменных модулей призматической формы для применения в RMS.

5) Результаты проведённых исследований были представлены на международных выставках, салонах и были отмечены медалями, призами и дипломами (Приложение 4):

- «V Московский международный салон инноваций и инвестиций», Москва ВВЦ, 15-18 февраля 2005г, Диплом и Серебряная медаль за разработку «Учебно-лабораторный стенд исследования жёсткости мехатронных модулей призматической формы».

- «Третья окружная ярмарка бизнес-ангелов и инноваторов», Самара, 14-15 апреля 2005г, Диплом участника.

- «3-я специализированная выставка Автоматизация 2005», Москва ВВЦ, 18-21 мая 2005г, Диплом и Золотая медаль за разработку «Учебно-лабораторный стенд исследования жёсткости мехатронных модулей призматической формы».

6) Результаты работы докладывались неоднократно на научных семинарах и конференциях Тольяттинского государственного университета и кафедр «Мехатроника и робототехника», «Резание, станки и инструмент».

Свидетельства РОСПАТЕНТА и публикации.

По теме диссертации получено свидетельство РОСПАТЕНТА на изобретение № 2258593 «Многоместное приспособление-спутник» от 20 августа 2005 г., а также опубликовано 11 печатных работ. 

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 272 страницах машинописного текста, содержит 113 рисунков, 13 таблиц, 4 приложений. Список литературы включает в себя 130 наименований.  

Анализ методов и необходимости обеспечения жёсткости автоматически сменных узлов перекомпонуемых производственных систем

Решение вопросов многоинструментальной, многоместной обработки с применением автоматически сменных узлов в RMS связано с проблемой обеспечения их жесткости. В области обеспечения жесткости исследования основывались на методиках используемых в трудах известных отечественных ученых: Проникова А. С. [81, 83, 84], Чернянского П. М. [114, 115], Васильева Г. Н. [16]. Изложены современные тенденции развития методов обеспечения жесткости станочных узлов.

Известны конструктивные методы, реализуемые за счет рациональной компоновки станочной системы, конструирования основных базовых деталей и механизмов с применением в приводах подач высокомоментных электродвигателей постоянного тока, беззазорных механизмов с высоким КПД [22, 68, 74, 81, 85, 86]. Такой подход применим для автоматических производственных систем традиционного направления, для гибкого производства. Он не всегда позволяет обеспечить перекомпонуемость, быстросменность и возможность многосторонней обработки деталей в RMS.

Создаются методы расчета, обеспечивающие жесткость сопрягаемых поверхностей станочных узлов, их площади, расчет усилий крепления. Осуществляется проектирование технологических процессов обработки корпусных деталей с учетом сил резания и усилия зажима детали в приспособлении. Вопросами расчета жесткости деформируемых систем занимается теория упругости. Методики расчета параметров жесткости пространственных стержневых систем, пластинчатых конструкций, как расчетных моделей станочных узлов, подробно изложены в работах Тимошенко С. П. [102], Пономарева С. Д. [78, 79], Александрова А. В. [1], Феодосьева В.И. [117]. Широко внедряются в практику расчетов при проектировании узлов, численные методы. При этом рассматривается нагруженное сечение конструкции, для которого рассчитываются значения параметров жесткости.

Одним из наиболее эффективных методов применительно к расчетам параметров жесткости станочных узлов считается метод конечных элементов (МКЭ). Сущность расчетов МКЭ заключается в разработке твердотельной модели рассматриваемой конструкции. При помощи средств компьютерного моделирования модель разбивается на систему простых (конечных) элементов. Каждый элемент в виде многогранника, рассматривается в системе действующих сил как упругое тело. По результатам расчета параметров жесткости (упругих деформаций и напряжений) для каждого элемента, рассчитываются параметры модели конструкции. Автоматизация расчетов МКЭ на ЭВМ позволяет достичь более высокой точности расчетов по сравнению с численными методами.

Здесь эффективно применение прикладных пакетов программ твердотельного моделирования нагруженных состояний пространственных конструкций. На сегодняшний день известны пакеты «Nastran», «ANSYS», «WinMachine», «SolidWorks» и другие. Имея в своем составе полный инструментарий методов трехмерного моделирования, они за счет встроенного аппарата конечно-элементных разбиений модели объекта, позволяют проводить компьютерное моделирование и исследование нагруженных состояний моделей исследуемых объектов, корректировать их конструктивное исполнение, и делать заключение о комплексном поведении исследуемого объекта под действием внешних нагрузок.

Применение носителей призматической формы при многосторонней обработке деталей в RMS основано на выполнении принципа палиндрома в RMS [103]. Принцип палиндрома может быть достигнут только с применением носителей, корпусы которых выполнены в виде правильных многогранников и прежде всего в виде куба. Принцип характеризуется свойством, при котором сохраняется полностью повторяемость пространственного, координатного, размерного положения закрепленных обрабатываемых деталей на боковых гранях после кантования носителя, при смене пространственного положения его корпуса и смене грани с закреплённой деталью по отношению обрабатываемым узлам. Интенсификация инструментального воздействия на корпус носителя призматической формы и многообразие сочетаний многосторонней инструментальной обработки деталей приводит к возникновению переменных по величине и направлению упругих деформаций узлов RMS. Что противоречит выполнению принципа палиндрома. Происходит наложение погрешности упругих деформаций корпуса носителя (рис. 1.2) на точность многосторонней обработки деталей в RMS при его кантовании. Нарушается точность взаимного расположения обработанных поверхностей деталей, установленных на боковых гранях носителя. Возрастающие требования по точности взаимного расположения боковых граней корпуса носителя, могут быть обеспечены при исследовании вопросов обеспечения жесткости узлов RSM, с учетом точности многосторонней обработки деталей. Многосторонняя обработка деталей на спутнике (рис. 1.6) приводит к образованию зазоров в направляющих 3 и зажимных элементах 5 его механизмов крепления и базирования. На абсолютные значения, которых влияют упругие деформации плиты спутника 6. Отличительной особенностью применения палет (рис. 1.7), при многосторонней обработке деталей является то, что они выполняют роль многоместного приспособления транспортировки и установки деталей, которое размещается в зоне резания рабочей позиции ГПС на поворотном столе. На точность многосторонней обработки деталей влияют, образующиеся вследствии инструментального воздействия на детали, зазоры и упругие деформации механизмов фиксации, и поворота стола ГПМ.

Моделирование внешних силовых факторов при нагружении автоматически сменных узлов

Анализ схем многосторонней обработки деталей показал, что при многосторосторонней обработке деталей возможен переход от менее нагруженных состояний носителя к более нагруженным (от обработки одной детали к одновременной обработке нескольких деталей). При постоянных значениях внешних силовых факторов (сил резания) наблюдается рост абсолютных величин упругих деформаций и эквивалентных напряжений нагруженных граней носителя от минимальных значений до максимальных. При исследовании взаимосвязи между величинами упругих деформации и результирующих сил резания многоинструментальной обработки деталей были выявлены признаки схем нагружения носителя. 1) Схема нагружения отображает способ приложения внешних силовых факторов данного метода обработки. Силовые факторы есть результирующие сил резания Рк, действующих на носитель при обработке. Возникающие упругие деформации и отклонения являются следствием воздействия результирующих внешних силовых факторов на корпус носителя; 2) Абсолютные значения результирующих сил резания Рк по степени воздействия переменны во времени. Детали на носителе обрабатываются напроход - то есть общее время t06 обработки делится на время врезания tBp , основное время обработки toc , время выхода режущего инструмента tBblx из зоны резания. Таким образом, воздействие силовых факторов можно условно разделить на три основные фазы, где наибольшее по величине и времени воздействия усилие будет соответствовать второй фазе toc; 3) Воздействие результирующих внешних силовых факторов Рк связано с параметром времени t,

Тогда согласно п.2 говорим о внешнем силовом воздействии как о переменной с течением времени t = toc нагрузке действующей на корпус носителя. Применительно к схемам многосторонней обработки деталей фрезерованием, система равнодействующих сил резания Рк при различных способах цилиндрического фрезерования распределяется относительно обработанных поверхностей деталей в зависимости от направления подачи. Различают несколько способов фрезерования по направлению подачи: а) встречное, б) попутное, в) торцовое (симметричное, симметрично-встречное и симметрично-попутное). Каждый из упомянутых способов характерен своим направлением и величиной силовых факторов, их результирующих (рис. 2.7). Согласно рис. 2.7 результирующей реакцией при фрезеровании является реакция Pyz направленная в сторону направления подачи Sr, абсолютное значение которой определяется (2.5) [45, 76]: где реакции Pz, Ру - это главная и радиальная составляющие реакции. Различают также вертикальную Pv, осевую Рх, и горизонтальную Рь составляющие. Главная составляющая Pz определяется согласно (2.6): где z - число зубьев, п - частота вращения фрезы, Ср - коэффициент учитывающий условия обработки, t - припуск на обработку, sz - подача на зуб фрезы, В - ширина фрезерования, D - диаметр фрезы, п - частота вращения, Ктр - поправочных коэффициент учитывающий материал и качество обработки. Значение Ру определяют исходя из условий обработки и в зависимости от силы Pz. Анализ действующих результирующих сил резания методов обработки фрезерованием (рис. 2.4) показал, что с позиций наибольшего нагружения носителя при фрезеровании деталей является метод симметричного торцового фрезерования.

Особенностью процесса фрезерования при реализации многоместной обработки деталей на носителе является факт изменения абсолютного значения реакции Pyz от ее минимального Pyzmin значения в начале врезания, до максимального Pyzmax - непосредственно при резании, и вновь до минимального Pyzm,n при выходе фрезы из зоны резания. Таким образом, очевидна цикличность процесса силового воздействия на« корпус носителя при многосторонней обработке фрезерованием. В каждый момент времени обработки to6 = tBp + toc + tBbIX значение реакции Pyz является переменным (см. рис. 2.5), где имеем три зоны последовательного силового воздействия на корпус носителя.

Моделирование метода обеспечения точности обработки базирующих отверстий автоматически сменных узлов на плоскости

1. Проведено моделирование пространства нагружения носителя при многосторонней обработке и определены основные её признаки. Выделены параметры, характеризующие процесс обработки деталей, варьирование которых формирует многообразие возможных теоретических схем многосторонней обработки деталей на носителе. Осуществлена классификация типовых теоретических схем многосторонней обработки на носителе. 2. Изучено поведение модели носителя, под воздействием сил резания методов инструментальной обработки деталей в RMS. По результатам моделирования наиболее нагруженных процессов инструментального воздействия определены критические схемы нагружения. Значения возникающих упругих деформаций и эквивалентных напряжений носителя для них предельны, относительно других схем нагружения. 3. Предложены конструктивные исполнения, обеспечивающие требуемую жесткость носителя, и разработаны рекомендации по его применению в RMS для критических схем многосторонней обработки деталей. 4. Наиболее эффективному взаимодействию узлов RMS и носителя соответствует схема многосторонней обработки четырех деталей. Значения эквивалентных упругих деформаций и напряжений носителя при этом минимальны, что свидетельствует о максимальной точности многосторонней обработки. 5. Проведено моделирование метода обеспечения жёсткости носителя при многосторонней обработке деталей, где с позиций теории упругости рассмотрено поведение модели носителя призматической формы в нагруженном состоянии. Получены математические выражения параметров жёсткости нагруженного состояния носителя с учетом усилий резания многосторонней обработки деталей. 6. Разработаны алгоритмы метода обеспечения жесткости носителя в зависимости от схем многосторонней обработки деталей, сочетания методов инструментальной обработки, технологических маршрутов обработки деталей. Предложена методика расчета требуемых параметров жёсткости носителя при разработке теоретических схем многосторонней обработки. Методика позволяет проводить корректировку технологического маршрута многосторонней обработки деталей с учетом точности их изготовления.

Определение общей погрешности установки детали [103, 105] учитывает погрешность для трех слоев базирования детали на носителе в RMS, рис. 3.1: 1. погрешность установки детали в приспособлении носителя; 2. погрешность установки приспособления на носителе; 3. погрешность установки носителя на рабочей позиции RMS. где S(Kc)mm - максимальное значение зазоров в зажимных опорах детали, приспособления и носителя; L(K)II - межцентровое расстояние для опорных втулок носителя; RH - расстояние конкретной точки D взятой на детали относительно середины расстояния L(KC)H. Для перекомпонования рабочей позиции RMS применяются одинаковые элементы базирования (базирующие втулки и установочные пальцы одинаковых диаметров). Величину S(lcx:)mx считаем постоянной для обрабатывающего комплекта станочной системы машин. Соответственно, из выражения (3.1) следует, что лимитирующими по степени оказываемого влияния на точность обработки деталей являются погрешности параметров Величина L{KC)K является определяющей для исследования влияния погрешности изготовления базирующего межцентрового расстояния (а, следовательно, погрешности кантования носителя) между диагональными базирующими отверстиями носителя и погрешностью обработки деталей на носителе еи. Величина RH является определяющей при исследовании взаимосвязи % погрешности обработки деталей на носителе еи от величины упругих деформаций, возникающих при многостороннем инструментальном воздействии на детали, рис. 3.2.

Запишем выражение (3.1) с учетом погрешности каждой из составляющих погрешности установки деталей при многосторонней обработке. где i,sil - погрешность обработки базирующего межцентрового расстояния между двумя диагональными базирующими отверстиями одной из граней носителя; G RH - погрешность, определяемая относительным удлинением от заданного, величины Rlf из плоскости грани GjT в плоскость G , вследствие упругих деформаций носителя при многосторонней обработке. Кантование носителя на рабочей позиции RMS осуществляется со сменой базовой грани G в зависимости от технологического процесса многосторонней обработки. Сохраняется схема базирования, а комплект элементов базирования (базирующие отверстия (Tn, Тт) и (Т(п+1), Т(п+2))) является сменным. Значения заданных параметров точности базирования носителя с закрепленными деталями должны выдерживаться относительно всех его граней для обеспечения заданной точности многосторонней обработки. При многосторонней обработке деталей на носителе его боковые нагруженные грани и базовая грань находятся в разных условиях. Наблюдается упругое смещение нагруженных граней его корпуса и изменение фактического значения величины L{KC)II, что влияет и на точность многосторонней обработки деталей в RMS. При кантовании носителя происходит наложение погрешности взаимного расположения его базирующих отверстий на точность многосторонней обработки деталей. Также имеет место наложение упругих деформаций корпуса носителя на взаимное расположение базирующих отверстий и при их изготовлении. В первом приближении, ввиду малости величин относительных удлинений и упругих деформаций, можно принять относительное удлинение величины R„ равным длине отрезка DTD (рис. 3.2) тогда Rll - Rl{ Кц . В каждом конкретном случае многосторонней обработки деталей для определения значений погрешности ли размера RH необходимо использовать результаты компьютерного моделирования и анализ схем пространственного нагружения носителя. Например, для случая многосторонней обработки n = 4 деталей (рис. 2.17) выражение погрешности RH на основании формулы (2.18) имеет вид: где Е - коэффициент, учитывающий свойства материала, єтах- предельно допустимые значения упругих деформаций носителя, а - длина ребра корпуса носителя, толщина боковых плит корпуса носителя, Р - давление результирующих сил резания Р . С учетом выражений (3.3) аналитическая зависимость точности многосторонней обработки деталей от упругих деформаций имеет вид: Согласно формулам (3.3), (3.4), общая погрешность обработки делали на носителе определяется влиянием упругих деформаций грани носителя при многоинструментальной обработке и погрешностью взаимного расположения базирующих отверстий при его кантовании. Многосторонняя обработка деталей в RMS должна учитывать особенности базирования автоматически сменных узлов на рабочей позиции, принимая во внимание взаимное влияние параметров точности изготовления базирующих отверстий и жесткости автоматически сменных узлов на точность многосторонней обработки деталей.

Экспериментальная оценка метода обеспечения жесткости автоматически сменных узлов

Экспериментальные исследования метода обеспечения жёсткости носителя призматической формы включают: 1) апробацию теоретических исследований предложенного метода обеспечения жёсткости носителей призматической формы. 2) реализацию предложенного метода обеспечения жесткости носителей при многосторонней обработке одной или нескольких деталей за счет повышения точности их базирования и снижения погрешности упругих деформаций при их обработке, 3) сделать заключение по предложенной методике проектирования схем многосторонней обработки деталей на основе выбора параметров жёсткости носителя призматической формы.

Этапами, необходимыми проведения экспериментальных исследований являются: 1) подготовка экспериментальных исследований, а именно - выбор необходимого оборудования, методов инструментального воздействия, режимов резания, способа контроля и замера снимаемых, фиксируемых, отслеживаемых параметров проводимых испытаний. 2) подготовка алгоритма проведения экспериментальных исследований определение методики проводимых работ, алгоритма проведения эксперимента, его обоснование. 3) снятие результатов экспериментальных исследований, оценка технологической точности оборудования, результаты нагружений конструкции носителя, заключение по результатам экспериментальных исследований и их обоснование. 4) заключение о работе предложенной методики экспериментальных исследований и предложенных алгоритмов метода обеспечения жесткости носителей призматической формы. Рекомендации, дальнейшее развитие и постановка. Ранее было показано, что с учетом направлений и значений силовых факторов, действующих при реализации многосторонней обработки различными методами инструментального воздействия, наибольшее силовое І давление на носитель осуществляется при торцевом черновом фрезеровании. Максимальное значение результирующей силы резания равно Pyz =1500 Н, значения возникающих при этом эквивалентных напряжений сэкв = 1,4 МПа, упругих деформаций &эКВ = 0,004 мм. В качестве исследуемой конструкции выбрана запатентованная конструкция носителя призматической формы (Приложение 1), [103, 105], выполненная в виде пространственной призматической рамы, сборной конструкции, рис. 4.9а. Сборная конструкция носителя составлена из восьми крестовин, выполненных в виде трех выступов пересекающихся в одной точке (рис. 4.96). Материал корпуса носителя - Сталь 40Х.

Размер корпуса носителя 300Н7х300Н7х300Н7 мм. Межцентровое расстояние базирующих отверстий 250Н6 мм. Межцентровое расстояние диагонально расположенных базирующих отверстий 353,765Н6 мм. Стягивающий палец выполнен из стали ЗОХНЗА и закален до твердости 40HR.C. Для оценки метода обеспечения жёсткости носителя призматической і" формы, его корпус нагружали расчетным усилием Рр = 1500 Н, имитируя процесс инструментального взаимодействия носителя с закрепленной деталью и технологического оборудования. Устанавливая на корпус носителя боковые плиты, исследовалось поведение корпуса под действием расчетного усилия. Величина прилагаемой нагрузки определялась по показаниям динамометрического ключа. Исследовалось нагруженное состояние носителя применительно к процессам инструментального воздействия чернового и чистового фрезерования, обработки осевым инструментом, растачивания и сверления.

Подготовка экспериментальных исследований метода обеспечения жёсткости носителя содержит этапы выбора технологической острастки, обеспечивающей требуемое нагружение корпуса носителя, разработку технологической схемы проведения эксперимента, снятие экспериментальных данных и апробацию полученных результатов. Рис. 4.10 Для проведения эксперимента была разработана экспериментальная установка, которая включает корпус носителя призматической формы (рис. 4.10), систему автоматического управления. Корпус модуля содержит чувствительные элементы (полупроводниковые тензодатчики) контроля упругих деформаций, которые соединены с системой компьютерного управления и моделирования, (рис. 4.12). Система управления позволяет по значениям упругих деформаций одновременно в контролируемых точках модуля обеспечивать автоматическое регулирование процессов обработки, осуществлять контролирование параметров жесткости модуля в реальном, динамическом режиме функционирования оборудования. На основе результатов компьютерного моделирования была получена картина распределения упругих деформаций для схемы многосторонней обработки одной детали методом чернового торцового фрезерования, рис. 4.11. Это позволило определить области возникающих максимальных по Рис. 4.11 номинальному значению упругих деформаций корпуса носителя.