 |
Расчет и построение схемы автоподналадки шлифовального станка
|
|
|
|
Общие положения.
Автоматизация получения точности размеров при механической обработки является эффективным средством повышения производительности наиболее совершенной является обработка деталей на станках, оснащенных системами автоматического регулирования точностных характеристик. К числу средств такого регулирования размеров относятся подналадчики.
Подналадчиком называются устройства, которые контролируют размеры детали после ее обработки и при выходе размера за определенную допустимую границу воздействуют на исполнительные механизмы станка, изменющие взаимное расположение детали и режущего инструмента, корректирую тем самым размеры последующих деталей.
Подналадки могут контролировать также и расположение режущей кромки инструмента в процессе обработки и реагировать на изменение взаимного расположения инструмента и детали.
Наиболее совершенными является подналадчики первого типа, так как срабатывают не по состоянию системы, а по результатам ее функционирования.
Этот тип подналадчиков относиться к устройствам послеоперационного активного контроля и являются дискретными замкнутыми системами автоматического регулирования размеров.
Достоинства подналадчиков: не подвержены влиянию рабочей среды (вибрации, действию стружки, СОЖ), т.к. находяться вне рабочей зоны; имеют большой диапазон применения (применяются при обработке абразивными кругами и лезвийными режущими инструментами).
Суммарная погрешность подналадчиков составляет более 10 мкм, при активном контроле (с обратной связью) в процессе обработки точность – 5 мкм.
Существуют разновидности подналадчиков: осуществляющие подналадку на основе контроля одной детали; осуществляющие подналадку на основе определения среднего размера партии деталей. Наиболее широко применяются подналадчики первой группы.
|
|
|
Принцип работы системы показан на рис. 1.
Рис.1. Схема устройства системы автоподналадки.
Деталь 1 после обработки фрезой 2 поступает на измерительную позицию, где контролируется по исполнительному размеру L датчиком 3. Средний размер L деталей со временем обработки увеличивается из-за износа фрезы и влияния других технологических факторов (на пример податливости звеньев, выборки зазоров и т.д.).
При выходе размера детали за пределы поля допуска в сигнальной зоне датчика 3 выдается сигнал на подналадку, поступающий через усилитель 4 в исполнительные механизмы станка, которые смещают шпиндельный узел фрезы 6 на величину подналадочного импульса Z. Средний размер детали уменьшается на величину подналадочного импульса Z и начинается новый цикл работы с последующей подналадкой.
В случае выхода размера детали за пределы поля допуска срабатывает второй контакт датчика и деталь транспортируется в сборник брака 7, подается сигнал брака и станок останавливается на переналадку.
Точечная диаграмма точности, получаемая при использовании данной системы представлена на рис. 2.
Линии В-В и Н-Н верхняя и нижняя границы поля допуска выдерживаемого размера детали. Измерительное устройство (датчик) настроено на сигнальной размер Ls, т.е. линия АB – АB – верхняя граница настройки. Кривая 1 показывает характер изменения среднего размера детали с течением времени.
При приближении размера детали к линии настройки АB – АH подается команда на подналадку. В этом положении зона распределения случайных погрешностей, характеризуемая величиной 3σмгн, приближается к верхней границе поля допуска В – В и появляется некоторая вероятность возникновения брака. Средство контроля выдает сигнал, по которому средство автоматического регулирования смещает центр группирования отклонений на величину подналадочного импульса А, который предусматривает, что размер детали с учетом распределения случайных погрешностей не должен выходить за нижнею границу поля допуска (линия Бн – Бн). При обработке следующих деталей цикл повторяется.
|
|
|
Рис.2. Схема регулирования точности
Отличительной особенностью использования подналадчиков является то, что они позволяют комментировать только систематические погрешности (переменные) процесса обработки и не устраняют влияния случайных погрешностей, определяемых самим технологическим процессом (например колебанием припусков на обработку). На рис. 2 - ΣМ – алгебраическая сумма усредненных систематических погрешностей.
При разработке операций обработки детали на станке необходимо назначить сигнальный размер LS. и определить наибольшую допустимую для данной обработке величину подналадочного импульса А.
Схема обработки.
Рассмотрим работу плоскошлифовального станка модели 3772, оснощеного подналадочником, рис. 3.
Рис.3. Схема шлифования деталей
Станок имеет два шпинделя для обработки деталей торцами шлифовальных кругов. Шпиндель 1 оснащен крупнозернистым кругом для предварительного шлифования и шпиндель 2 оснащен мелкозернистым кругом для окончательного шлифования.
Заготовки 3, подлежащие обработке, устанавливаются на вращающейся стол 4 загрузочного устройства, скользя вдоль направляющего борта, попадают на вращающийся стол станка 5, оснащенный электромагнитной плитой. Заготовки подвергаются обработки первым кругом и затем попадают под наконечник 6 измерительного устройства, управляющего подналадкой круга первого шпинделя.
Детали, удовлетворяющие условиям предварительной обработки, а затем проходят под наконечник 7 измерительного устройства, управляющего подналадкой круга второго шпинделя. Обработанные детали 8 соскальзывают на отводящий лоток 9.
В качестве измерительного устройства можно использовать электроконтактный датчик, который закрепляется на кронштейне станины станков.
Результирующая случайная погрешность рассчитывается по выражению:
|
|
|
δi – поле рассеивания i – ой погрешности.
Далее определяют результирующую закономерно – изменяющуюся погрешность ΔзакΣ, характеризующую интенсивность изменения размеров деталей во времени. В общем виде это распределение можно охарактеризовать следующей кривой (рис. 4).
Рис.4. Распределение закономерно изменяющихся погрешностей
На величину размера детали оказывает влияние и случайные погрешности. Под влиянием совокупности погрешностей размера детали может изменятся в пределах поля рассевания, рис. 5.
Из рисунка видно, что под влиянием случайных погрешностей размер i – ой детали по сравнению с размером, зависящим только от закономерно – изменяющихся погрешностей может увеличиваться или уменьшатся, но не более чем на величину ±3σ. Здесь 3σ – половина поля рассевания случайной погрешности.
Рис.5. Схема формирования суммарной погрешности.
Таким образом,
Lmi= Lmi(ΔзакΣ)+ ΔслΣ(mi)
Зависимость f(ΔзакΣ) является центром группирования случайных отклонений показывает изменение во времени положения центра группирования случайных погрешностей. С учетом влияния всех погрешностей обработки размер i-ой детали находится в пределах Limax - Limin
Величина сигнального размера, на который настраивается датчик, должен быть таким, чтобы размеры деталей, вызывающие команду на подналадку, не выходим за верхнюю границу поля допуска Ав-Ав (см. рис. 2), а размеры деталей, обработанных непосредственно после подналадки, не выходили бы за нижнюю границу поля допуска Бн-Бн (см. рис. 2).
Методика расчета сигнального размера.
Методика расчета складывается из выявления возникающих погрешностей, распределения их на случайные и закономерноизменяющиеся и количественной оценки погрешностей.
К случайным погрешностям относятся:
- погрешность базирования, δб;
- погрешность установки в зависимости от используемого приспособления;
- деформация звеньев технологической системы, δдеф, в соответствии с их жесткостью (податливостью);
|
|
|
- погрешность настройки измерительной системы, δн (точность изготовления эталона для настройки, погрешность регулирования контактов датчиков);
- погрешность срабатывания датчика, δд (характеризует порог чувствительности – наименьшее изменение величины, на которое реагирует система).
Систематические постоянные погрешности:
- зазоры в подшипниках шпинделя станка;
- геометрические неточности станкаю
Систематические закономерно-изменяющиеся погрешности:
- износ режущего инструмента;
- износ измерительных наконечников;
- температурные деформации звеньев технологической системы
Методика назначения сигнального размера для подналадки, используемая, например, при чистовом шлифовании торцов колец на станке 3772 представляет собой следующее (рис. 6).
Рис.6. Схема подналадки
Датчик настроен на сигнальный размер Ls. Результирующая закономерно – изменяющая погрешность изменяется по закону кривой 1.
Определим, при каком расположении центра группирования случайных отклонении произойдет наиболее ранняя команда на подналадку. Это может произойти, когда центр группирования случайных отклонений сформируется в т. m, а результирующая случайная погрешность ΔслΣ при этом окажется равной +3σΣ. В этом случае размер i – ой детали будет равен сигнальному Lm=Ls. Последует подналадка станка и центр группирования случайных отклонений будет смещен в сторону уменьшения размеров деталей на величину А. После этого появится резерв времени для точной обработки.
При расположении центра группирования размеров в т. n, находящейся выше сигнального размера на 3σΣ, произойдет наиболее поздняя команда на поднастройку (с вероятностью 0,99865). Подналадка произойдет даже если случайная погрешность в этот момент будет равна ΔслΣ(n)=-3σΣ. В результате центр группирования случайных отклонений будет сдвинут к нижней границе поля допуска на величину подналадочного импульса А.
Необходимо определить положение сигнального размера в границах поля допуска. Основным условием при этом является более полное использование поля допуска на изготовление детали с целью уменьшения частоты подналадки. Этому удовлетворяет условие Ls=Lmax - ωΣ.
Для настройки подналадчика на этот рамзер необходимо изготовить эталон с размером Lэ, номинально равным сигнальному размеру.
Величину подналадочного импульса назначают исходя из условия, что размеры деталей сразу после подналадки не должны выходить за нижнюю границу поля допуска.
Такое положение обеспечивает местонахождение центра группирования размеров в т. P, отстоящей от нижней границы на величину (-3σ).
|
|
|
Наибольшая величина подналадочного импульса равна:
A=δL-12σΣ,
где δL – допуск размера L.
Подналадчики применяются при изготовлении деталей автомобильного двигателя КамАЗ: расточка цилиндров, шлифование плоских поверхностей шатунов, шлифование торцев толкателей и других деталей.
Технологический процесс изготовления шатуна (см.рис.7) предусматривает шлифование плоскостей А,Б,В,Г, определяющие получение размеров М,Р и Н. Поверхности А и Б шлифуются на двухшпиндельном торцошлифовальном станке с непрерывно вращающимся столом.
Станок для шлифования поверхностей В и Г имеет три шпинделя: первый и второй из них осуществляют шлифование плоскости В, а третий шлифует плоскость Г.
Технические условия выполнения операции следующие:
- Скорость стола, имеющего диаметр 1500 мм, состаляет при вращении 1,2 м/мин
- Диаметр шлифовальных кругов 600 мм, число оборотов – 765 об/мин, что обеспечивает скорость шлифования V=24 м/с
- На торце корпуса шлифовального круга закреплены сегменты, имеющие металлические сегменты, имеющие металлическую основу, на которую нанесены абразивные зерна.
- Правка круга производиться алмазным карандашом с помощью гидравлического приспособления через 2,5 мин работы.
- Подналадчик может быть настроен на величину подналадочного импульса от 0 до 0,05 мм с интервалом 0,0025 мм.
Задания.
1. Назначить параметры настройки для шлифования плоскости разъема крышки шатуна (Рис.7 а). Для этого необходимо уяснить методику настройки, определить величину сигнального размера L, размер эталона, величину подналадочного импульса А и настроить характеристики настройки с учетом заданного поля допуска на изготовление детали. Размер эталона определяется из условия, что он равен сигнальному размеру Ls с учетом выражения: A=δL-12σ,
где δL – допуск размера L.
Допуск на размер эталона назначается симметрично.
2. Назначит параметры настройки второго и третьего шпинделей станка для шлифования плоскостей В и Г для обеспечения заданных размеров (Рис.7 б)
3. Назначить параметры настройки шпинделя торцешлифовального торца толкателя для обеспечения заданного размера (Рис.7 в)
Размеры и точность их исполнения заданы в таблицах 1 и 2.
Рис.7. Схема шлифования деталей:
а - крышка шатуна, б – шатун, в – толкатель.
Таблица 1.
| № варианта | Параметры размеров и точности, мм | |||
| Н | М | Р | К | |
| 46±0,025 | 
| 3,46±0,02 | 12±0,015 | |
| 46±0,012 | 
| 4±0,024 | 10,6±0,008 | |
| 
| 4,2±0,015 | 12,8±0,012 | |
| 
| 3,5±0,018 | 10±0,006 |
Таблица 2.
| Наименование погрешности | Величина погрешности, мм |
| δустановки | 0,008 |
| δдеформаций системы | 0,004 |
| δсрабатывания датчика | 0,001 |
| δизноса инструмента | 0,002 в минуту |
| δтемпературных деформация | 0,006 |
Практическая работа № 10
|
|
|
