автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Обеспечение требуемой точности установки заготовок корпусных деталей в ГПМ с использованием столов-спутников

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РФ Ш ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИИ

»

Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" -

На правах рукописи

УЖ 658.62.011.58.012.3 ГПМ-220.3-187(О43.3)

, I.'

!

ОйЕВА Наталья Амноаидровна

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕБУЕМСЯ ТОЧНОСТИ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВОК КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ В ГШ О ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТОЯВ-СПУТНИКОВ

Специальность 06.02. Ов - Технология маиивоотроения

Автореферат

диссертации ва оояокание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 18вб г.

Работа вишнева на кафедре "Технология машиностроения" Московского государственного технологического университета "СТДНКНН".

Научный руководитель - доктор технических Наук,

профеооор Kaieoos М.М.

Научный консультант - доктор технических наук,

профеооор Коооа К.Г.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, • профеооор Ааарышав О. И. "

: - КДНДИДЯТ ПХШПвОШ Ввук,

прр^.корьячвв А.Н.

Ведуцэе предприятие - АО "Краовый пролетарий'' :

ооотомтоя » /7> (Дв^а /Гex icos t. ва еаозхшвд диооертациоявого совета К 063.42.04 в МЛУ "СТАКШГ по едрэоу! 101472, .MocscBa, Вадйовокий пёр., За.

^диооергацяз* давно огЕакр^пьоя вОивляотеке МТУ "СТАНИН". Автореферат разослан ^"¿Ш&ЯЛ 1ввб г.

Ученый секретарь v^Ç: ■ диоощяациовного совета

к. т. в. / Горнов А.6.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Цель» современного производства является повышение технического уровня и качества выпускаемой продукции. Одной из основных задач при изготовлении машин является обеспечение требуемой точности.

Наиболее ответственным с точки зрения достижения требуемой точности изготовления изделия является процесс механической обработки отдельных его деталей. Точность изготовления деталей в большой степени зависит от точности установки их заготовок в рабочей зоне металлорежущего станка.

Созданные в последнее время интегрированные гибкие производственные системы (ГПС) с безлюдной технологией потребовали автоматизации всех стадий производственного процесса, в том числе смены заготовок при обработке на станке. В мелкосерийном производстве при изготовлении корпусных деталей многообразных форм эта задача была решена путем оснащения гибких производственных модулей (ГШ) устройством смены столов-спутников (падет), на которых предварительно заготовки устанавливается.

Однако использование нового вида технологической оснастки -столов-спутников в качестве элементов технологической системы механообработки, участвующих в процессе достижения требуемой точности корпусной детали, усложнило процесс установки заготовок и, следовательно, структуру возникающей при этом погрешности.

Поскольку стол-спутник вместе с заготовкой к приспособлением образует сложную систему, то процесс формирования погрешности установки следует рассматривать комплексно с учетом взаимосвязи всех ее элементов.

Следовательно, для обеспечения требуемой точности установки заготовок корпусных деталей в ГПМ с использованием столов-спутни-ког;необходимо выполнить более глубокие исследования, ведущие к раскрытие сущности процесса установки заготовок, выявлению возможных путей управления воздействующими факторами и поиску имеющихся резервов повышения ее точности.

Цель работы. Объяснить сущность процесса формирования погрешности установки заготовок в ГШ и происхождения ее составляющих на этапах от базирования заготовки на столе-спутнике и до ее механообработки о учетом отклонений формы стыкуемых поверхностей и собственных деформаций столов-спутников под воздействием натру-

зок. Разработать рекомендации по обеспечению требуемой точности установки корпусных деталей в ГПМ.

Методы исследований. Теоретические исследования механизма образования погрешности установки проводились с использованием основных положений технологии машиностроения (теории базирования, теории размерных цепей), аналитической геометрии, теории упругости, теоретической механики, метода конечных элементов (МКЭ), метода последовательных установочных перемещений Колесова И.М. и метода последовательных нагружений Шевелевой Г.И.

Результаты исследований проверялись экспериментальным путем на реальных физических моделях и сопоставлялись с результатами расчетов с помощью разработанной математической модели процесса формирования погрешности установки.

Научная новизна. Вскрыты и описаны сложные явления, сопутствующие процессу установки заготовок. Выявлено, что при закреплении заготовка подпадает под воздействие случайно сформировавшейся системы сил и моментов сил, приводящей не только к ее случайному положению относительно выбранной системы отсчета, но и делающей случайным процесс деформирования заготовки.

Раскрытие сущности погрешности установки позволило выявить ее происхождение и значимость при установке заготовок в ГПМ с использованием столов-спутников.

На защиту выносятся:

1. Объяснение физической сущности явлений, сопутствующих возникновению погрешности установки заготовки.

2. Аналитическое описание процесса формирования погрешности установки заготовок в ГПМ на этапах от базирования заготовки на столе-спутнике и до ее механообработки на станке.

3. Математическая модель формирования погрешности установки заготовок в ГПМ с использованием столов-спутников.

4. Методика расчета упругих перемещений в системе на этапах выполнения процесса установки заготовки в ГПМ с учетом влияния реальных отклонений формы стыкуемых поверхностей на контактные и собственные деформации элементов системы под воздействием нагрузок.

5. Логическая схема назначения допусков на параметры процесса установки, обеспечивающих установку заготовки в ГПМ с требуемой точностью.

Практическая ценность. Практическую ценность работы преде-

тавляют:

- методика расчета упругих перемещений в системе установки, позволяющая оценивать столы-спутники разных размеров и конструкций о точки зрения их собственных деформаций при установке заготовок различных корпусных деталей;

- алгоритм расчета в пространстве погрешности установки заготовки на столе-спутнике в рабочей зоне ГПМ с помощью ЭВМ;

- методика осуществления процесса установки заготовок в ГПМ, в которой сформулированы правила приложения усилий закрепления и требования к технологическим базам заготовок с целью уменьшения доли влияния собственных деформаций столов-спутникбв на погрешность установки.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы приняты научно-производственным объединением ЭНИМС в рамках отчетов по четырем хозяйственным договорам 86-32, 88-42, 89-33, 90-35 ) для рассмотрения к внедрению на предприятиях отрасли.

Результаты диссертационной работы внедрены на ТЗШ при создании гибкого АЗ для определения условий установки заготовок деталей типа "Плита", обеспечивающих требуемую точность их обработки на ГПМ.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на научно-технической конференции "Автоматизация и механизация в машиностроении", проходившей в г. Кемерово в 1988 г., на научной конференции " Создание интегрированных гибких компьютеризированных производств в области механической обработки и опыт их эффективной эксплуатации в промышленности" в г. Киеве в 1990 г., на научно-практическом семинаре " Опыт создания и применения быстрозажимных многоместных приспособлений для станков с ЧПУ" в г. Владимире в 1990 г., а также на кафедре "Технология машиностроения" Московского государственного технологического университета "СТАНКИН" в 1989 и 1992 годах.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста, 70 страницах графического материала, включающего 82 рисунка и 8 таблиц. Список литературы состоит из 134 наименований. Общий объем работы 240 страниц.

- 6 -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы.

В первой главе проведен аналитический обзор публикаций по проблеме точности установки, сформулированы цель и задачи исследования.

Анализ существующих способов и средств установки заготовок корпусных деталей в ГШ показал преимущества применения столов-спутников для автоматической смены заготовок на станках. Благодаря единой схемы базирования и зажима столов-спутников на различных рабочих позициях станков в ГПС обеспечивается высокая универсальность процесса установки при обработке всей номенклатуры изготавливаемых деталей, а также сокращается вспомогательное время, вызванное простоем станка при установке на нем заготовок.

Однако использование столов-спутников увеличило число звеньев в технологической размерной цепи ГШ и усложнило процесс возникновения погрешности установки заготовок. Из-за увеличения погрешности установки заготовок в ГШ около 601 корпусных деталей не могут быть изготовлены в ГПС без поднастройки станков.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований механизма формирования погрешности установки заготовок были описаны в научных работах М.А.Ансерова, Б.С.Балакшина, Б.М.Базрова, В.М.Кована, В.С.Корсакова, Ю.М.Соломенцева, В.П.Фираго и других исследователей.

Рассматривая установку как процесс соединении двух произвольных реальных деталей, ограниченных криволинейными поверхностями, И.М.Колесов разработал методику нахождения местоположения точек контакта на сопрягаемых поверхностях, определяющих относительное положение деталей.

При установке под действием сил зажима возникают перемещения заготовки, изменяющие ее положение относительно приспособления (и станка), достигнутое при базировании. Поэтому при изучении процесса установки заготовок на станках исследователями были использованы результаты научных работ К.В.Вотияова, А.П.Соколовского, Д.Н.Решетова, З.М.Левиной, Э.В.Рыжова, Н.Б.Демкина, И.В.Крагель-ского и других ученых по контактированию тел.

Эти исследования позволили описать физику процесса контакта-

рования и установить взаимосвязь между относительными перемещениями заготовки и вызывающими их факторами. Учеными изучались различные факторы, порождающие погрешность установки заготовок: расположение опорных и зажимных элементов приспособления, отклонения формы базирующих поверхностей заготовок, контактные и собственные деформации при силовом замыкании нежестких заготовок и приспособлений, а также износ элементов приспособлений в процессе их эксплуатации.

Во всех выше рассмотренных исследовательских работах предлагается множество путей сокращения погрешности установки за счет уменьшения влияния различных факторов. Однако в большинстве исследований процесса установки не отражены связи между собственными и контактными деформациями, действительной формой взаимодействующих поверхностей деталей и точностью их относительного положения.

Появление нового вида технологической оснастки - столов-спутников, потребовало продолжить исследования процесса установки заготовок с их использованием. В выполненных за последние годы ряде научных работ отражено влияние на точность установки заготовки схемы базирования стола-спутника, схемы его закрепления в ГПМ, несинхронности приложения усилии зажима, а также контактных деформаций. Однако все исследования проводились учеными обычно в направлении изучения либо отдельных этапов процесса установки, либо влияния на формирование погрешности установки лишь одного из множества действующих факторов. В то же время при расчете погрешности установки заготовок собственные деформации столов-спутников при установке на них жестких корпусных деталей исследователями не рассматривались.

Выявленное при изучении процесса установки большое количество факторов, влияющих на ее точность, потребовало разработать соответствующие правила и методы суммирования этих погрешностей для расчета результирующей погрешности установки при совместном действии множества факторов.

В настоящее время существует несколько методов суммирования погрешностей. Так, использование метода размерного анализа при расчетах погрешности установки приводит к значительным ошибкам в установлении норм точности на составляющие звенья размерной цепи установки.

Предложенные исследователями формулы имеют чисто структурный характер и не являются точным математическим выражением для рас-

чета погрешности установки

ь)у s "б + <">э (1)

где: (i>6 - погрешность базирования; аа - погрешность закрепления.

Поскольку погрешности базирования £е и закрепления £а имеют различный характер и в общем случае включают систематические и случайные составляющие, результирующая погрешность установки £у определяется как векторная сумма составляющих погрешностей по правилу квадратного корня, обычному для суммирования случайных величин:

£у = /£е2 + £aZ + £пр2 = /в6Z + £эо2 + £зи + £и + £ус + £п (2)

где: £пр - общая погрешность приспособления;

£ао ~ основная составляющая погрешности закрепления; £аи ~ составляющая погрешности закрепления, связанная с изменением формы поверхностей контакта установочных элементов;

£и - погрешность, связанная с изнашиванием установочных элементов;

£ус - погрешность установки приспособления на станке; £п - погрешность изготовления и сборки приспособления. При этом уравнения расчета результирующей погрешности установки являются выражениями суммирования векторов частных погрешностей, каждая из которых является сложной функцией от многочисленных факторов.

С помощью расчетно-аналитического метода исследования физической сущности явлений изучаемого процесса устанавливаются качественные и количественные причинно-следственные связи между действующими факторами и возникающими погрешностями. Результирующая погрешность определяется путем суммирования погрешностей от действия каждого фактора и представляется в виде функциональной зависимости от независимых переменных:

У = f(xi, Х2, хп) (3)

где: XI.2...п - погрешности процесса от п действующих факторов.

Существующие расчетные формулы весьма разнообразны и не отражают в полной мере все явления процесса установки. Суммирование этих погрешностей производится недостаточно строго, расчеты тру-

доемки, а значения результирующей погрешности весьма приближенные.

Для учета совместного влияния всего комплекса факторов используется математическое моделирование.Наиболее развитым методом математического описания связей между многочисленными переменными процесса образования погрешностей является метод координатных систем с деформирующимися связями, разработанный Б.М.Базровым.

Однако построение математических моделей сопряжено с проведением обширных и длительных исследований для изучения и выявления закономерностей процесса. Модели получаются в виде сложных систем алгебраических или дифференциальных уравнений, а учесть абсолютно все воздействующие на систему факторы не могут.

Аналитический обзор научно-технической литературы по проблеме точности установки позволил установить следующее.

1. В настоящее время нет единого метода расчета суммарной погрешности установки от действия множества факторов. Существующие расчетные формулы весьма разнообразны и не отражают в полной мере все явления процесса установки. Разработанные математические модели механизма образования погрешности установки не могут учесть все воздействующие при этом на систему факторы.

2. Все ранее выполненные исследования по проблеме использования столов-спутников проводились на отдельных этапах процесса установки в направлении изучения физики процесса образования погрешности установки под воздействием отдельных факторов. При этом не учитывалась взаимосвязь факторов, влияющих на погрешность установки, не изучался механизм ее формирования последовательно на всех этапах установки.

3. Возникающие при установке в ГПМ заготовок жестких корпусных деталей собственные деформации столов-спутников исследователями ранее не рассматривались. Широкое использование столов-спутников требует раскрытия роли собственных деформаций столов-спутников в формировании погрешности установки в ГШ.

На основании всего выше изложенного для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования.

1, Изучить механизм возникновения погрешностей установки корпусных деталей для обработки в ГПМ и выявить факторы, влияющие на точность этой установки.

2. Разработать математическую модель формирования погрешности установки заготовок на столе-спутнике в ГПМ.

3. Разработать методику расчета упругих перемещений заготовки на всех этапах процесса установки.

4. Экспериментально подтвердить теоретические исследования собственных деформаций столов-спутников при установке заготовок в ГШ.

5. Дать рекомендации по обеспечению требуемой точности установки заготовок в ГШ с использованием столов-спутников.

Во второй главе представлены результаты проведения экспериментальных наблюдений собственных деформаций столов-спутников при установке заготовок в ГШ.

Введенный с 01.01.89 г. ГОСТ на столы-спутники позволил унифицировать их конструктивные размеры и формы и определить единственную схему базирования спутника на станке: по плоскости и двум отверстиям. Однако в связи с большим многообразием конструкций механизмов автоматической смены столов-спутников в ГШ один и тот же спутник при установке его на разных станках ГПС зажимается по различным схемам.

Поэтому были проведены наблюдения собственных деформаций столов-спутников на экспериментальных стендах в лабораторных условиях, а также в производственных условиях. Для исследований использовались стандартные столы-спутники с размерами рабочей поверхности: 320x320 мм, 500x500 мм и 800x800 мм. При этом изучалось влияние на величину их собственных деформаций следующих факторов: конструкционного материала столов-спутников, величины силы закрепления заготовки, количества и местоположения точек приложения этой силы, а также последовательности ее приложения.

Исследование столов-спутников из трех различных конструкционных материалов показало, что наибольшие собственные деформации были у стола-спутника из серого чугуна. При усилии аажима заготовки 0а= 20 кН они составили для серого чугуна 10 мкм, для легированной стали 4 мкм, а для высокопрочного чугуна 5 мкм. Поэтому при изготовлении столов-спутников с целью уменьшения величины их собственных деформаций при установке заготовок из всех используемых конструкционных материалов предпочтение следует отдавать стали.

Экспериментальные исследования, проведенные в условиях действующего производства показали, что вид деформационной картины рабочей поверхности столов-спутников зависит от схемы силового замыкания. При увеличении количества точек приложения силы зак-

решения к заготовке собственные деформации столов-спутников меньше по величине и более равномерные (см. таблицу).

Изменение характера собственных деформаций стола-спутника при различной последовательности приложения сил закрепления на нем заготовки связано с возникновением в их стыке разных точек контакта. На рисунке 1 показано изменения формы рабочей поверхности стола-спутника при закреплении на нем заготовки в виде отклонений относительно идеальной плоскости, за которую принято первоначальное состояние стола-спутника до закрепления.

После закрепления на столе-спутнике заготовки корпусной детали их суммарная жесткость повышалась, а величина собственных деформаций спутника при его зажиме в ГПМ уменьшалась в среднем на 10+15Х.

В третьей главе изучен механизм возникновения погрешности установки заготовок в ГШ с использованием столов-спутников.

Формирование общей погрешности установки заготовки на станке с использованием стола-спутника имеет сложный характер и зависит от множества воздействующих факторов на всех стадиях процесса установки.

Процесс установки заготовки корпусной детали на ГШ происходит в следующей последовательности:

1. Установка приспособления на столе-спутнике.

2. Установка заготовки детали в закрепленное на столе-спутнике приспособление.

3. Установка стола-спутника с закрепленными на нем заготовкой и приспособлением на рабочую позицию станка.

Поэтому общая погрешность установки заготовки в ГШ схематично может быть представлена как результат выполнения каждой из трех стадий процесса установки в виде следующей зависимости:

Ь>у = ыуп/с + «уД/п+с + <йуд+п+с/м (4)

где: шуп/с - погрешность установки приспособления П на столе-спутнике С;

Шуд/п+с - погрешность установки заготовки детали Д в собранный комплект "приспособление + спутник" (П+С);

<1>уд+п+с/м - погрешность установки собранного комплекта "заготовка + приспособление + спутник" (Д+П+С) на станке ГШ (М).

Каждая стадия представляет собой элементарную установку од-

Таблица

Перемещения контрольных точек рабочей поверхности спутника при разйом количестве зажимных прихватов, мкм

Вариант закрепления заготовки Контрольные точки рабочей поверхности

1 2 3 4 5 6 7 8

2 прихвата +19 +12 +4 +5 -8 -3 -10 +5

4 прихвата +18 +Б +11 +16 +13 +5 +14 +12

6 прихватов +15 +8 +7 +10 +4 +2 +3 +2

Рис.1. Изменение формы рабочей поверхности стола-сп-ух'ника при различной последовательности закрепления заготовки: а - "по кругу"; б - "по диагонали"; в - "по 2".

ного элемента на другой, состоящую из базирования и закрепления.

На каждой стадии действует множество факторов, вызывающих относительные перемещения элементов системы установки и образование соответствующих составляющих погрешности установки. Все действующие в процессе установки факторы можно разделить на конструктивные и технологические.

Участвующие в процессе установки элементы являются реальными деталями с определенными свойствами, поэтому к конструктивным факторам относятся точностные и упругие свойства деталей.

К технологическим факторам относятся величины и местоположение центров масс элементов системы установки, а также условия силового замыкания, определяемые исходя из усилий резания при выполнении технологических операций механообработки заготовок.

Возникающие при закреплении контактные и собственные деформации сопрягаемых деталей взаимосвязаны через положение точек контакта стыкуемых поверхностей. Изменение формы поверхностей деталей вследствие собственных деформаций изменяет и условия их контактирования.

Физическая сущность процесса возникновения установочных перемещений заготовки на станке рассмотрена на примере реального контактного взаимодействия двух произвольных тел при установке (рис. 2 и 3).

На этапе базирования под действием силы массы устанавливаемого тела в стыке контактирующих поверхностей тел подбираются первоначальные точки их контакта. Место положения этих точек является случайным, так как зависит от рельефов стыкуемых поверхностей (рис. 2, позиция I).

После завершения базирования тел выполняется их закрепление. При этом силовое замыкание тел осуществляется последовательно с помощью двух прихватов.

При закреплении устанавливаемого тела первым прихватом под действием силы зажима в стыках возникают контактные деформации и оно смещается и поворачивается относительно другого тела. Относительные перемещения тел прекращаются при равновесном состоянии системы. В результате происходит отрыв тел в одной из первоначальных точек их контакта и появление на установочной базе новой точки контакта (рис. 2, позиция II).

При закреплении вторым прихватом в результате его собственных деформаций место приложения силы зажима к устанавливаемому

Рис. 2. Перемещения и деформации тел при закреплении петэвыг." ппихнятпм

Рис. 3. Перемещения и деформации тел при закреплении вторым прихватом

- 16 -

телу может сместиться в другую точку (рис. 3).

Так как устанавливаемое тело тоже не является абсолютно твердым, то под действием изгибающего момента, создаваемого двумя силами зажима, могут возникнуть кроме контактных деформаций также его собственные деформации. Тогда устанавливаемое тело изогнется до касания с другим телом в новой точке (рис. 3, позиция III).

Следовательно, в процессе установки относительное положение рассматриваемых тел неоднократно изменяется. Эти установочные перемещения связаны не только о изменением прикладываемых сил закрепления, но и с возникающим под их действием изменением формы поверхностей тел из-за контактных и собственных деформаций.

Таким образом, процесс формирования погрешности установки является случайным, так как при этом оба тела оказываются под воздействием случайно сформировавшейся и постоянно изменяющейся системы сил. Результатом этого является не только случайное положение устанавливаемого тела, но и случайные характер и значения его деформаций. Причины этого следующие:

1) случайный подбор точек контакта присоединяемого тела к базирующему:

2) случайное местоположение точек приложения сил закрепления;

3) разное и случайное соотношение сил закрепления;

4) случайные значения плеч, на которых проявляется действие сил закрепления относительно точек контакта;

5) случайная последовательность приложения сил закрепления.

В процессе установки заготовки в ГПМ под воздействием нагрузок высокая точность стола-спутника, достигнутая при его изготовлении, теряется. В результате стол-спутник не просто вносит дополнительную составляющую в погрешность установки, а влияет на ее формирование через искажение его основной установочной базы,в результате собственных деформаций, возникающих при закреплении на нем заготовки. При этом характер изменения формы поверхностей стола-спутника зависит от расположения на нем заготовки и схемы ее закрепления *(местоположения и числа точек приложения силы).

В четвертой главе разработана математическая модель формирования погрешности установки заготовок на столах-спутниках в ГПМ.

При изготовлении партии деталей положение технологической базы заготовокув координатной системе станка носит случайный характер, поэтому при оценке точности установки заготовки на станке в качестве координатных системы заготовки следует использовать ее

нулевые плоскости контакта, являющиеся измерительными базами на контрольной операции.

Точность установки заготовки в ГПМ оценивается через ее положение относительно направляющих станка с помощью жестко связанных с ними и заготовкой координатных систем (рис. 4). Относительное положение этих координатных систем зависит от возникающих точек контакта элементов системы установки, координаты которых определяется по методике последовательных установочных перемещений И.М.Колесова. Тогда относительное положение координатных систем заготовки и станка определяется через координаты точек контакта из выражения:

X ац 312 Э13 X' 1

Y — 321 322 агэ « У' + I2

2 аз1 азг азз 2' 1з

где: Х.УД - координаты точек контакта в координатной системе станка;

Х'.ГД' - координаты точек контакта в координатной системе заготовки;

ац,... азз _ коэффициенты уравнении;

I1.I2.I3 _ свободные члены уравнений.

При изменении относительного положения этих координатных систем в результате контактных деформаций элементов системы установки значения координат точек контакта изменятся на величие-контактных сближений в соответствующих направлениях.

Погрешность установки заготовки определяется как разность параметров, характеризующих ее требуемое и фактически достигнутое положение относительно координатной системы отсчета станка: трех размерных - Дх, Ду, йг и трех угловых - Д9, Дф, Дф.

Разработанная математическая модель рассматривает формирование погрешности установки с учетом большинства явлений, сопутствующих процессу установки заготовки на спутнике и спутника с заготовкой в ГШ. В частности были учтены погрешности формы и относительное положение поверхностей элементов системы установки, а при расчете упругих перемещений определялись контактные деформации в стыках элементов системы установки и собственные деформации спутника.

Однако, расчетная модель в связи со сложностью математического описания не учитывает случайность подбора точек контакта, местоположения сил закрепления и последовательность их приложе-

ния, влияющих на распределение контактных напряжений в стыках из-за случайно определившихся значений плеч, на которых проявляется действие сил закрепления.

Предложенный алгоритм расчета погрешности установки заготовок на спутниках в ГШ (рис. 5) включает методику расчета упругих перемещений в системе установки с учетом рельефов стыкуемых поверхностей элементов, что дает возможность построить более точную модель формирования погрешности установки, материализуя теоретические опорные точки с помощью упругих элементов в реальных точках контакта (рис. 6).

При расчете упругих перемещений в системе установки учтены контактные и собственные деформации входящих в нее элементов. Расчет контактных перемещений в системе установки выполнен с использованием метода последовательных нагружений Г.И.Шевелевой. Для расчета собственных деформаций спутника использована суперэлементная модель на основе метода конечных элементов (МКЭ).

Степень влияния собственных деформаций спутника на погрешность установки заготовки в ГШ оценивалась путем сравнения положения заготовки на деформируемом спутнике с ее положением на не-деформируемом спутнике, принимаемым за требуемое. Для исследуемого спутника ИР 800 погрешность установки заготовки детали составила: Лг * 0,008 мм, Д8 = 0,024/500 мм и ДУ = 0,025/500 мм.

Однако влияние собственных деформаций спутника на погрешность установки заготовки в ГШ определяется не только их величиной, но также их направлением, то есть формой сдеформированной поверхности (выпуклость, вогнутость), а также местом расположения заготовки на рабочей поверхности спутника.

Результаты расчетов с помощью разработанной математической модели показали, что адекватность конечноэлементной модели и реальной конструкции спутника ГШ модели ИР800ПМФ4 составила не более ЗОХ. Но вычисления по этому алгоритму могут дать лишь приближенное представление о действительном значении погрешности уста-ное:п заготовки, поскольку смоделировать процесс установки с учетом всего множества случайных факторов оказалось весьма сложно.

В пятой главе на основе теоретических и экспериментальных исследований процесса установки заготовок на столах-спутниках разработаны практические рекомендации для обеспечения требуемой точности установки заготовок в ГШ.

Методы решения задачи обеспечения требуемой точности уста-

Рис.5. Укрупненный алгоритм расчета погрешности установки заготовки в ГШ

Рис. 6. Схема Установки ЯЯГПТППКИ ня rmvTwutfo MP ЯГ|Г1

новки заготовок определяются составом факторов, влияющих на формирование погрешности установки, с последующим нахождением принципиально возможных способов воздействия на них (управления).

Система установки, обеспечивающая размещение заготовки на столе-спутнике в рабочей зоне ГШ, требует управления множестве»! воздействующих на нее факторов с целью достижения требуемой точности выполнения процесса установки.

Однако непосредственное воздействие на факторы в ходе установки заготовки и компенсация вызываемых ими отклонений весьма затруднены. Поэтому обеспечение требуемой точности установки заготовки возможно лишь на стадиях конструирования спутника и ГШ, а также при разработке технологического процесса и подготовке технологических баз ааготовки.

Следовательно, выбор пути достижения требуемой точности установки ааготовки зависит от того, на какой стадии производства будет осуществляться управление процессом установки.

Для управления процессом установки необходимо знать параметры, характеризующие требуемое положение заготовки на станке, а также их допускаемые отклонения. Так как положение заготовки в координатной системе станка оценивается шестью параметрами х,у,2,8,Ф,Ф, то полученные результаты выполнения процесса установки партии заготовок на станке в виде полей рассеивания и этих параметров не должны выходить за пределы соответствующих полей допусков Т, характеризующих требуемую точность установки заготовки:

шх<тх; Ыу<Ту; <1>2<Т2 ; ы0<Т8; И><Тф (6)

Наличие количественных связей между погрешностями трех видов - формы, относительного поворота и расстояния поверхностей у деталей, требует назначения допусков на параметры точности составляющих звеньев размерной цепи установки по методу, разработанному И.М.Колесовым.

Предложенная логическая схема (рис. 7) последовательного назначения допусков на параметры процесса установки заготовок в ГШ позволяет учесть в расчетах изменение формы стыкуемых поверхностей из-за собственных деформаций элементов системы установки путем распределения полученных значений допусков Тф на отклонения формы этих поверхностей деталей на допускаемое отклонение при их

"П = Т1.у+Т|.с + Т[.д £

{---1

О,! Т|_2.

[ )

"СОШСОВАШЁ

СОГЛАСОВАНИЕ

Рис. 7. Логическая схема назначения допусков

Тл = Тли +

"Тл.1

л_

■¿у

То*, и

х!.

А

1

Тчн

Г~ Тсг

{—

-т-МЗГ

"-г-ЭвФ

__

1

Тос г 4—

X

1

Тер 2.

ф--^

т-изг -рЗесЬ

ТФ^ »Фг

_

Требования к схеме силового замыкания, величине сил закрепления и жесткости элементов системы установки

на параметра тоэцееса установки заготовок

изготовлении Тфизг и на допускаемое изменение формы в результате деформаций деталей Тфдеф.

Полученный допуск Тфдеф на изменение формы поверхностей деталей под действием сил закрепления позволяет ограничить собственные деформации элементов системы установки за счет предъявления требований к схеме приложения сил, их значениям и к жесткости входящих в систему деталей.

Поскольку технология сборки комплекта "заготовка-спутник-станок" определяет структуру и характер формирования погрешности установки заготовок в ГПМ, то повышение точности установки заготовок возможно за счет изменения конструктивных и технологических факторов, действующих в системе установки.

Поэтому для уменьшения собственных деформаций столов-спутников в процессе установки заготовок в ГПМ рекомендуется соблюдать ряд правил при конструировании столов-спутников и зажимных станций ГПМ, а также на этапе технологической подготовки изготовления корпусных деталей.

1. При разработке технологического процесса изготовления деталей следует предъявлять требования к точности обработки поверхностей установочной технологической базы заготовок в соответствии с полученной величиной допуска на отклонение формы, не допуская при этом ее выпуклости.

2. Располагать заготовки лучше в центре столов-спутников, а крепежные элементы необходимо стремиться размещать в нескольких точках, так как при этом деформации спутников будут меньшими по величине и более равномерными. Кроме этого в технологической карте обработки заготовки необходимо указывать последовательность ее закрепления на столе-спутнике болтами сначала вдоль его пазов, а затем остальные.

3. С целью ограничения усилия "надежного" закрепления заготовки на столе-спутнике рабочими с помощью гаечного ключа при увеличении количества точек приложения силы зажима следует уменьшить у столов-спутников диаметр крепежных отверстий.

4. Рекомендуется перенести границу 1-го типа их конструктивного исполнения с размера 800x800 мм на размер 500x500 мм и изготавливать спутники с размером рабочей поверхности 800x800 мм по 3-му типу исполнения.

5. Необходимо стандартизировать конструкции механизмов зажима столов-спутников в ГПМ, используя при этом минимальное коли-

чество зажимных прихватов.

6. При изготовлении столов-спутников с целью уменьшения величины их собственных деформаций при установке заготовок из всех используемых конструкционных материалов предпочтение следует отдавать стали.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований намеченная в диссертационной работе цель достигнута. Объяснена сущность процесса формирования погрешности установки заготовок в ГПМ и раскрыто происхождение ее составляющих на этапах от базирования заготовки на столе-спутнике и до ее механообработки с учетом отклонении формы стыкуемых поверхностей и собственных деформаций столов-спутников под воздействием нагрузок.

2. Погрешность установки заготовки является следствием сложного случайного процесса взаимодействия геометрической точности поверхностей баз заготовки, спутника и стола станка, а также местоположения, последовательности приложения и величины сил закрепления. Возникающие при закреплении контактные и собственные деформации сопрягаемых деталей-элементов системы установки взаимосвязаны через положение точек контакта их стыкуемых поверхностей. Изменение формы поверхностей этих деталей вследствие собственных деформаций изменяет и условия их контактирования.

3. Анализ реального контактного взаимодействия двух тел показал, что при установке их относительное положение неоднократно изменяется под действием случайно сформировавшейся и постоянно изменяющейся системы сил. Результатом этого является не только случайное положение устанавливаемого тела, но и случайные характер и значения его деформаций. Причины этого следующие:

а) случайный подбор точек контакта присоединяемого тела к базирующему:

б) случайное местоположение точек приложения сил закрепления;

в) разное и случайное соотношение сил закрепления;

г) случайные значения плеч, на которых проявляется действие сил закрепления относительно точек контакта;

д) случайная последовательность приложения сил закрепления.

4. Принятые подходы к расчету погрешности установки с приме-

нениеы разнообразных формул не в состоянии'учесть сложность процесса формирования погрешности установки и поэтому не могут считаться приемлемыми для оценки точности установки заготовки в ГШ. Разработанная математическая модель взаимодействия элементов системы установки комплексно описывает физику процесса формирования погрешности установки заготовок в ГШ с учетом взаимосвязи факторов, воздействующих на систему установки.

5. Предлагаемый алгоритм расчета погрешности установки заготовок на спутниках в ГШ включает методику определения упругих перемещений в системе установки с использованием расчетных моделей с учетом комплексного влияния реальной формы стыкуемых поверхностей на контактные и собственные деформации элементов системы при воздействии нагрузок. Это дает возможность построить более точную модель формирования погрешности установки заготовки в ГШ с использованием столов-спутников.

6. Большой объем экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях и в условиях действующего производства, подтвердил результаты теоретических исследований, что позволило разработать рекомендации по обеспечению требуемой точности установки заготовок корпусных деталей в ГШ.

Использование данной методики позволяет проводить сравнительный анализ деформаций столов-спутников различных размеров и конструкций. Предложен способ измерения собственных деформаций столов-спутников.

7. Для обеспечения требуемой точности установки ааготовки в ГШ необходим переход от требуемой точности выдерживаемых линейных и угловых размеров изготавливаемой детали к допускам на параметры процесса установки. Предложенная логическая схема последовательного назначения допусков на параметры процесса установки заготовок в ГШ не является строгой методикой расчета допусков на погрешности трех видов у деталей, входящих в систему установки, так как лишь указывает подход к разработке такой методики. Однако она позволяет учесть в расчетах изменение формы стыкуемых поверхностей из-за собственных деформаций элементов системы установки и ограничить их за счет предъявления требований к схеме приложения сил, их значениям и к жесткости входящих в систему деталей, а также обосновать технические требования к базирующим поверхностям столов-спутников и к установочным базам обрабатываемых заготовок корпусных деталей.

:-■ • - 27 -

8. Предложенный комплекс технологических приемов осуществления процеооа установки позволяет уменьшить дол) составляющей пог-реаноотя установки заготовки, связанную о собственными деформациями стола-спутника.

Результаты исследований имеют существенное значение для по-выаения обооновавностя проектных решений, сокращения сроков и трудоемкости проектирования технологической оснастки и повышения точности установки заготовок при применений в ГПМ столов-спутня-' ИОВ.

Исследования выполнены по запросам промыиенвости и направлены на повышение точности изготовления корпусных деталей а ГШ.

Основные результаты диссертационной работы достаточно полно отражены в оледущих публикациях:

1. Создание и введение в аксплуатацио на Вильнюсском заводе "Жальгирмо" гибкого автоматизированного цеха для обработки корпусных деталей. Подтема 2. Исследование точности уотановки ваго-товок корпусных деталей на о толе-спутнике и отола-спутника на станке./ коаёоов K.M., Тимирязев В.А., Сычева H.A.: Отчет по х/д теме Н°86-82. Гоо. репютрац. №01.86.0.027970 - М.: 1087.- 112с.

2. Сычева H.A. Пространственная система сил, действующих на стол-спутникпри обработке корпусных деталей на ГШ. В сб.: Комплексная механизация и автоматизация производства на основе внедрения станков о ЧПУ. промышленных роботов, гибких производственных систем и роторно-конвейерных линий' (Тезисы докладов конференции). - Луцк, IBM, 0.98.

3. Колеоов и.П., Сычева H.A., Паев Е.Я. Изучение деформаций сталов-опутннхов при обработке корпусных деталей в условиях ГШ. В об.: Технологическое и нормативное обеспечение станков о ЧПУ и гибких щхмгаводственных систем (Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции). - Челябинск, 1988, 0.87.

4. Сычева H.A. Изменение точности столов-спутников в ГПМ при воздействии нагрузок: Депонир. рук.// Станки и инструмент, 1988,

• N9, 0.45. •

5. Колеоов ИД1., СЫчева H.A. исследование процесса установки заготовок ко|рпуш<х деталей на ГШ о использованием столов-спутников. В об.: Кшструкторско-технологическая информатика. Автоматизированное создание маню и технологий. КТИ-89 (Тезисы докладов Всеоораной конференции). - М.: Станкин, 1989, о.22.

6. Сычева H.A. Обеспечение точности установки заготовок кор-

- 28 - ' ч

пуоных деталей иа ГШ о иополь&ованием отолов-опутников. В oö.: Проблемы интеграции образования и науки (Тезисы докладов науч-но-методичеокой конференции). - М.: Станкин, 1990, 0.48.

7. Сычева H.A. Формирование погрешности установки заготовок корпусных деталей при обработке на ГШ. В сб.: Научный продукт -проблемы и перспективы (Доклады четвертой национальной конференции молодых ученых о международным участием). - Варна (Болгария), 1090, часть 1, о.бО-ВЗ.

8. Кооов м.Г., Сычева H.A. Структурная модель механизма образования погрешностей технологического процесса механической обработки деталей. // Вестник машиностроения/ 1091, N4, 0.Б6-Б8.

9. Сычева H.A., Еремин A.B., Кооов М.Г., Схиртшдве А.Г. Влияние деформаций отолов-опутников на точность установки заготовок в ГШ. // Огаики а инструмент, 1894, N5, о. 11-13.

ß^r^ [

.Отпечатано в ШКИЭТ зак.№ 259 тир. 60 экз.