автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка и исследование двухкоординатной гидравлической копировальной системы для фрезерных станков

ВВЕДЕНИЕ;,, '.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ШСВДОВАНШ

1.1 • Анализ гидравлических двухкоординатных копи. . ровальных систем фрезерных станков .б

1.2. Обзор и анализ электрогидравлических, электрических и электронно-оптических двухкоординатных копировальных систем фрезерных станков

1.3. Обзор литературы по исследованию • и проектиро-^ . ванию копировальных систем.

1.4. Требования, предъявляемые к дцухкоординатным копировальным системам.фрезерных станков

1.5. Задачи исследования.

Глава 2. АНАЛИЗ СТРУКТУР ДВУХКООРДИНАТНЫХ ВДРАВЛШЕСКИХ КОПИРОВАЛЬНЫХ СИСТ£М И ОПРШШИЕ НАПРАВЛЕНИЙ ■ . СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИХ КОНСТРУКЦИИ . ^

2.1. Анализ влияния элементов копировальной системы на точность воспроизведения профиля копира 4 8.

2.2. Анализ структур, двухкоординатных гидравлических копировальных систем фрезерных станков . 5

2.3. Определение направлений совершенствования конструкции двухкоординатной гидравлической . копировальной системы ЛЗФС.

2.4. Разработка конструкции двухкоординатной гидравлической копировальной системы

Глава 3. РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ДВУХКООР ДШАТНОЙ ШРАШМЕСШЙ КОПИРОВАЛЬНОЙ СИСТЖЫ

3.1. Статические характеристики копировальной системы

3.2'. Определение параметров синусного распределителя из условия обеспечения заданной точности воспроизведения профиля копира и устойчивости.'. 8 б

3.3. Определение необходимой частоты вращения гидромотора.

3.4. Определение усилия контакта щупа с копиром

Глава 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КОПИРОВАЛЬНОЙ

СИСТЕШ И ЕЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЗДОВАНИЕ . 44Ъ

4.1. Экспериментальный станок-стенд

4.2. Регистрирующая аппаратура.

4.3. Методика экспериментального исследования

4.4. Результаты экспериментального исследования

4.5. Совершенствование конструкции двухкоординатной гидравлической.копировальной, системы . 4 А

ВЫВОДЫ.

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года", принятыми на ХХУ1 съезда КПСС предусмотрено:

Обеспечить повышение производительности металлорежущих станков в 1,3 - 1,6 раза, увеличение их надёжности и долговечности в эксплуатации, а также повысить точность металлорежущих станков не менее чем на 20 - 30 процентов".

Развитие современной техники обуславливает создание большого количества деталей сложной формы. В автомобилях, турбинах, насосах и других машинах и механизмах часто применяются детали типа лопаток, кулачков, сложных корпусов и т.д.

Эффективным средством решения проблемы механизации и автоматизации процесса формообразования сложных поверхностей на металлорежущих станках наряду с применением станков с чичловым программным управлением (ЧПУ), является обработка таких поверхностей на копировальных станках и универсальных станках, оснащённых специальными копировальными устройствами. Станки с ЧПУ обладают универсальностью и большими технологическими возможностями, не исключают однако процесса формообразования по копирам. Оптимальная область применения станков с ЧПУ или копировальных станков определяется видом производства и прежде всего объёмом и стабильностью выпуска деталей. В мелкосерийном производстве экономически целесообразно применение станков с ЧПУ, тогда как в массовом производстве - копировальных станков.

Наряду с использованием в инструментальном производстве, копировальные станки находят применение при обработке деталей основного производства в судостроении, авиационной и часовой промышленности.

Постоянно возрастающее требование к повышению производительности и точности обработки на копировальных станках вызывает необходимость повышения их технического уровня и совершенствования конструкции.

В настоящее время разработкой и изготовлением копировальных станков занимаются ЭНИМС, Львовский завод фрезерных станков. Ленинградское объединение им. Я.М. Свердлова, Горьковский и Дмитровский завода фрезерных станков, а также такие зарубежные фирмы, как » Т(?иЕ-ТРАСЕ " (США), "БР00Р&1*Е1М << и "НЕУШЕ^ТАЕБТ " (ФРГ), «СШСШАТ1 » (США).

Из известных копировальных систем, которыми оснащены копировальные станки, - электрических, гидравлических, электронно-оптических -и электрогидравлических, наибольшее распространение нашли гидравлические копировальные системы, в силу следующих преимуществ: простота конструкции, высокое быстродействие, высокая надёжность и точность воспроизведения профиля копира.

Поэтому совершенствование конструкции двухкоординатных гидравлических копировальных систем является актуальной задачей.

Настоящая работа посвящена решению задачи повышения точности и надёжности двухкоординатной гидравлической копировальной системы фрезерного станка.

Научная новизна. На основе анализа влияния элементов копировальной системы на точность воспроизведения профиля копира определены основные направления совершенствования её конструкции. а основании структурного анализа двухкоординатных гидравлических копировальных систем установлена зависимость погрешности воспроизведения от угла профиля копира и скорости копирования; получены передаточные функции,позволяющие в сочетании с известными методами определения устойчивости, выбирать конструктивные параметры систем, при которых обеспечивается заданная точность воспроизведения профиля копира.

Разработан и исследован способ измерения скорости копирования, позволяющий определить влияние нагрузки, температуры рабочей жидкости и характеристик элементов синусного распределителя на стабильность скорости копирования.

Практическая полезность. Разработанная двухкоординатная гидравлическая копировальная система, синусный распределитель которой выполнен на базе регулируемых гидравлических сопротивлений типа сопло-заслонка, обеспечивает повышение точности воспроизведения профиля копира на 20 - 30 а также исключает необходимость применения специальных осциллирующих механизмов.

Разработанная конструкция гидромотора копировальной системы, принцип действия которого основан на вращении вала гидростатическим полем давлений, обеспечивает обработку контуров с радиусом эквидис-танты близким к 0.

Разработанная методика инженерного расчёта позволяет определить основные конструктивные параметры копировальной системы, обеспечивающие заданную точность воспроизведения профиля копира и устойчивость работы.

Реализация работы. Опытный образец и чертежи разработанной конструкции двухкоординатной гидравлической копировальной системы переданы Львовскому заводу фрезерных станков для использования в серийно выпускаемых станках мод. 6530К.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались:

1. На XXXIII научно-теоретической конференции профессорско-преподавательского состава. Пензенский политехнический институт. Пенза, 1981 г.

2. На экспертных советах отдела гидравлических, пневматических и смазочных систем станков и автоматических линий и отдела фрезерно-сверлильных работ. ЭНИМС, 1982 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ,

- 7в том числе 5 авторских свидетельств.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, изложенных на страницах машинописного текста, содергсит 58 рисунков(из них 3 фотографии), 5 таблиц, список литературы из 82 наименований,3 приложений;

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе анализа влияния элементов системы на точность воспроизведения профиля копира определены основные направления совершенствования конструкции двухкоординатных гидравлических копировальных систем фрезерных станков,

2. Исследование копировальной системы ЛЗФС показало:

- наибольшее влияние на суммарную погрешность воспроизведения профиля копира оказывает погрешность, вносимая следящей системой, как в статическом, так и в динамическом режимах работы;

- геометрические погрешности станка незначительны, вследствие небольших величин перемещений по координатам;

- погрешность, вызываемая деформацией системы СПИД имеет небольшое значение для чистовых режимов и имеет значительную величину для черновых режимов работы.

3. Проведёпный анализ структур двухкоординатных гидравлических копировальных систем показал:

- рассмотренные копировальные системы, несмотря на конструктивные отличия, являются астатическими, с астатизмом первого порядка, т.е. ошибка воспроизведения не зависит от угла профиля копира;

- все рассмотренные системы структурно устойчивы, однако обеспечение устойчивости в системах, не содержащих дополнительных контуров (замкнутый контур гидромотора), осуществляется более простыми средствами;

- используя полученные передаточные функции и известные методы определения устойчивости, можно определить параметры этих систем, при которых обеспечивается заданная точность воспроизведения профиля копира.

-4554. Разработанная методика расчёта двухкоординатной гидравлической копировальной системы позволяет:

- определить параметры синусного распределителя из условия обеспечения заданном точности воспроизведения профиля копира и устойчивости работы системы;

- определить необходимую частоту вращения механизма управления положением синусного распределителя (гидромотора) из условия обеспечения обработки внутренних контуров с радиусом эквидистанты близким к О;

- определить усилие контакта щупа с копиром.

5. Разработанная конструкция двухкоординатной гидравлической копировальной системы позволила исключить пары смешанного трения типа золотник-корпус в синусном распределителе и механизме управления его положением, что обеспечило повышение чувствительности,надёжности и дало возможность обрабатывать внутренние профили с радиусом эквидистанты равным О.

6. Экспериментальное исследование специального конструктивного решения ротора гидромотора показало:

- выполнение дренажных канавок на роторе гидромотора исключает образование масляного клина (между конусно боковой поверхностью ротора гидромотора и внутренней поверхностью корпуса), препятствующего его отклонению;

- более полное отклонение ротора гидромотора (заслонки синусного распределителя) позволило увеличить верхний предел скорости копирования до 1200 мм/мин.

7. Экономический эффект от внедрения разработанной двухкоординатной гидравлической копировальной системы в серийно выпускаемых станках мод. 6530К Львовского завода фрезерных станков составит 83314 рублей в год.

-У56

1. Авдушев С.А., Демидов C.B., Полищук Б.Б. Система фазового управления копированием. Станки и инструмент, 1973, $ 2, с.6-8.

2. Авдушев С.А., Гольдшмид С.Ф., Демидов C.B. Автоматические ко-нировальные системы станков ЛДНИ1, 1974. 36 с.

3. Авдушев С.А., Гольдшмид С.Ф., Демидов C.B. Елок управления слежением на интегральных элементах для копировально-фрезерных станков. Станки и инструмент, 1978, J6 I, с. 16-18.

4. Авдушев С.А., Гольдшмид С.Ф. Повышение точности систем управления копировальными станками. Станки и инструмент, 1978, & II, с.15+16.

5. Айзерман М.А. Лекции по теории автоматического регулирования. М., Физматгиз, 1958, 520 с.

6. Артоболевский Й.И. Теория механизмов и машин. М., Наука, 1975. с.

7. Ачеркан Н.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков. М., Машгиз, 1952, 814 с.

8. Барун В.А., Будинский A.A. Автоштическое управление металлорежущих станков. М., Машгиз, 1959, 296 с.

9. Башта Т.М. Гидравлические следящие приводы. М., Машгиз, i960, 282 с.

10. Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М., Наука, 1972, 768 с.

11. Бобров А.Н., Перченок ©^.Автоматизированные фрезерные станки для объемной обработки. М., Машиностроение, 1979, 231 с.

12. Бобров А.Н., Перченок Ю.Г.Автоматизированные фрезерные станки для объемной обработки деталей. Станки и инструмент, 1980,й 4, с.3-7.

13. Бравичев В.А. Гидравлические и пневматические автоматизирующие устройства металлорежущих станков. М., Машиностроение, 1964, 263 с.

14. Вавилов A.A., Верхолат М.Е., Рубашкин И.Б. Силовые электромеханические следящие системы копировально-фрезерных станков. М., Машиностроение, 1964, 407 с.

15. Вороничев П.М., Брон Л.С. Автоматизация обработки деталей сложного профиля.Станки и инструмент, 1954, № 6, с.7-14.

16. Гамынин Н.С. Основы следящего гидравлического цривода. М., Oöopoi гиз, 1962, 293 с.

17. Гидравлический следящий привод. Под ред. В.А.Лещенко. М., Машиностроение, 1968. 564 с. Авт.: Гамынин Н.С., Каменир Я.А., Коробочкин БД. и др.

18. Гуляев В.А., Крамской Э.И. Исследование устойчивости и точности двухкоординатного следящего гидропривода со струйным усилителем. Гидравлика и пневматика. Сб. статей. M., 1978, Вып.б, 0.48+56.

19. Демидов C.B., Петров В.П., Полищук Б.Б. Исследование двухкана-льной следящей системы фрезерных станков на стенде. Станки и инструмент, 1971, № 10, с.42-43.

20. Деч Г. Руководство к практическое применению преобразования Лапласа. М., Наука, 1965, 288 с.

21. Дружинекий И.А. Методы обработки фрезерованием пространственно сложных поверхностей. М., Машгиз, 1950, 220 с.

22. Дружинекий И.А. Методы обработки сложных поверхностей на металлорежущих станках. М., Л., Машиностроение, 1965. 600 с.

23. Каталог фирмы " TRUE-TRACE " (США), 1975. 200 с.

24. Каталог фирмы " HELLER" (ФРГ), 1969. 25 с.

25. Каталог фирмы " DR00PЯ REIN " (ФРГ), 1961. 20 с.

26. Кловский Б.М. Гидравлическая копировальная система. Авт. свид. № 942947. Бюллетень 1982, № 26.

27. Кловский Б.М. Гидравлическая копировальная система. Авт.свид. № 882726. Бюллетень 1961, $ 43.

28. Коваль М.И., Андреев B.C., Иванов А.Д., Серебряков Ю.П. Двух-координатная копировальная система с электрогидравлическим следящим приводом. Станки и инструмент, 1971, № 6, с.7-9.

29. Коваль М.И., Андреев B.C. Динамический анализ и синтез следящего электрогидравлического привода. Станки и инструмент, 1971, & I, с.6-8.

30. Коваль М.И. Выбор типа следящего привода подачи автоматизированного станка. Станки и инструмент, 1973, $ 8, о.8-11.

31. Коваль М.И., Малюк И.Т., Поздеев А.Д. Повышение точности обработки на копировальных станках. Станки и инструмент, 1974, Jfc 10, с.6-9.

32. Колискор А.Ш., Саламандра Б.Л., Челидзе Г.Д. Компенсация погрешности обработки на станках с автоматическим циклом. Станки и инструмент, 1970, $ 5, с.7-8.

33. Коробочкин БД. Динамика гидравлических систем станков. М., Машиностроение, 1976, 240 с.

34. Коробочкин Б.Л. Сравнительная оценка схем гидравлических копировальных устройств. Станки и инструмент, 1952, № 10, с.16-19.

35. Коробочкин Б.Л. Гидравлическое копировальное устройство с зависимой подачей.Авт. свид. № 204079. Бюллетень 1967, Jfc 21.

36. Коробочкин Б.Л., Левит Д.Г., Ситников А.Б. Гвдрокопировальный механизм. Авт. свид. № 918027. Бюллетень 1982, № 13.

37. Коробочкин Б.Л.,Кловский Б.М. Гвдравлическое следящее устройство к копировальным станкам. Авт. свид. № 772819. Бюллетень 1980, Ш 39.

38. Коробочкин БД., Кловский Б.М., Ситников А.Б. Создание и отработка гидравлической системы копировально-фрезерной головки агрегатного типа. Отчет ЭНШС, Гос.регистр. Л 80061450, М.,1980. 47 с.

39. Коробочкин БД., Ситников А.Б. Гидрокопировальный механизм. Авт. свид. № I0I7468. Бюллетень 1983, Ш 18.

40. Коробочкин БД., Левит Д.Г., Ситников А.Б. Гидрокопировальный механизм. Заявка I 3479153, .положительное решение от 04.01.83.

41. Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. М., Машиностроение, 1971, 264 с.

42. Левит Д.Г., Ситников А.Б. Гидрокопировальный механизм. Авт. свид. № I0I7467. Бюллетень 1983, Jfc 18.

43. Левит Д.Г., Кловский Б.М. Копировальное устройство. Авт. сввд. № 776870. Бюллетень 1980, № 41.

44. Лещенко В.А. Гидравлические следящие приводы станков с программным управлением. М., Машиностроение, 1975, 288 с.

45. Лещенко В.А. Гидравлические следящие приводы для автоматизации станков. М., Машгиз, 1962, 366 с.

46. Лещенко В.А. К вопросу об истечении минерального масла через рабочие щели дроссельных золотников гидравлических следящих систем.Станки и инструмент, 1952, № 3, с.8-10.50