автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка и исследование системы автоматической настройки многоцелевых станков с ЧПУ с целью повышения точности обработки систем координированных отверстий

BBE/OSHIIE.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧА! ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Выбор п обоснование объекта исследования.

1.2. Анализ структур операции обработки отверстий. . .II

1.3. Пути повышения эффективности обработки отверстий на многоцелевых станках.

1.4. Анализ процесса достижения точности обработай отверстий растачиванием . IS

1.5. Направление исследования

1.6. Анализ существующих способов настройки

Выводы.

Глава 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБУЕмОп ТОЧНОСТИ

ОБРАБОТКЕ СПСТЕ1.1 К00РДЫНИР0ВА11НЫХ ОТВЕРСТИИ

2.1. Обоснование и описание предлагаемого способа обеспечения требуемой точности обработки

2.2. Расчет позиционных настроечных размеров и величины радиальной коррекции резца

2.3. Экспериментальные исследования влияния технологических факторов на составляющие силы резания

2.4. Экспериментальная проверка методики расчета величины предыскажения траектории установочных перемещений и радиальной коррекции резца

2.5. Влияние технологических факторов на величину остаточного смещения осей' отверстий и отклонение диаметрального размера

Выводы.оО

Глава 3. РАЗРАБОТКА II ИССЛЕД0ВАШ1Е СИСТЕНЫ АВТОЖТПЧЕСКОи

НАСТРОЙКИ ЖГОЦЕЛЕВЬК СТАНКОВ С ЧПУ(САП).

3.1. Разработка и обоснование схемы САН.

3.2. Разработка и исследование конструкции измерительного щупа.

3.3. Разработка интерфейса сопряжения станка с ЗВЫ

3.4. Разработка и исследование конструкции расточной головки.

3.5. Исследование схемы измерения элементов

3.6. Разработка математического обеспечения САН

Выводы.

Глава 4. ЖШЕКСИОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ САН К РАЗРАБОТКА

РЖСЖЩЩШ ПО ЕЕ ЭКСШ1УАТЛЦИИ.

4.1. Определение суммарной погрешности обработки с использованием САН.

4.2. Математическое обеспечение требуемой точности обработки при ФупкционировшшиСАЫ.

4.3. Рекомендации по эксплуатации и дальнейшему совершенствованию САН

Выводы.

Глава 5. ТЕШЖ0-г1ЮП0ЖЧЕСКМ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Себестоимость изготовления деталей по сравниваемым вариантам.

5.2. Расчет условно-годовой экономии от внедрения предлагаемых вариантов обработки

Выводы.

Одной из задач современного машиностроения является автоматизация единичного и мелкосерийного производств. Эта проблема в настоящее время решается применением автоматизированных технологических комплексов на базе многоцелевых станков с ЧПУ с автоматической сменой паллет. Однако необходимость прерывания автоматического цикла обработки с целью управления процессом достижения заданной точности резко снизкает эффективность их применения. КроI ме того, настройка многоцелевых станков осуществляется вручную с применением универсальных средств, что в значительной степени влияет на точность и трудоемкость настройки. Общая трудоемкость размерной настройки на партию деталей достигает I часа и более.

Опыт эксплуатации многоцелевых станков показывает, что работа в автоматическом цикле достигает лишь 50% от общего времени работы станка. Остальное время затрачивается на настройку и поднаст-ройку станка. Несмотря на высокие точностные параметры приборов для настройки инструмента вне станка, окончательная настройка инструмента осуществляется непосредственно на станке по результатам измерений пробных проходов, на что затрачивается большое количество времени. Кроме того, процесс растачивания, занимающий 45% общей трудоемкости [ iG 1, требует частого прерывания автоматического цикла с целью контроля обработки, поднастройки инструмента, на что также затрачивается большое количество времени и требуется труд высококвалифицированного оператора.

Существующие способы достижения точности обработки отверстий растачиванием определяют технологический процесс, который предусматривает наличие наихудших условий обработки, что сказывается на производительности.

Выпуск деталей малыми партиями требует частых перестроек технологических систем, возрастают затраты времени на настройку и поднастройку, что резко снижает эффективность применения дорогостоящих многоцелевых станков с ЧПУ в промышленности. Кроме того, выполненные исследования показывают, что на многоцелевых станках с ЧПУ не обеспечивается точность обработки систем координированных отверстий с жестким допуском на взаимное расположение, характерным для деталей прессовых форм и штампов, при высокой точное*^ ти станков.

В связи с этим, проблема повышения эффективности использования многоцелевых станков с ЧПУ путем повышения точности и производительности является актуальной научной проблемой.

Одним из направлений, обеспечивающих решение отмеченных задач, является автоматизация процесса размерной настройки, позволяющая повысить точность обработки и сократить трудоемкость настройки. Однако, известные в настоящее время системы автоматической настройки многоцелевых станков с ЧПУ предназначены для их первоначальной настройки и не учитывают влияние технологических факторов, что существенно не повышает точность и производительность обработки.

В связи с изложенным, целью работы является: ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ СИСТЕМ КООРДИНИРОВАННЫХ ОТВЕРСТИЙ РАСТАЧИВАНИЕМ НА МНОХ'ОЦЕЛЙВЫХ СТАНКАХ С ЧПУ ЗА СЧЕТ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА РАЗМЕРНОЙ НАСТРОЙКИ ТЕХ* НОлОГИЧЕСКОИ СРЮ ТЕМЫ.

На основании аналитического обзора литературных источников и теоретических исследований автором предложен принципиально новый подход к решению задачи определения настроечных размеров для достижения взаимного расположения осей систем координированных отверстий при растачивании.

В работе дается анализ отдельных факторов, влияющих на точность расположения отверстий, в частности, даются рекомендации по повышению точности позиционирования.

На основании выполненных исследований разработана система автоматической настройки многоцелевого станка модели 6S04BMi)2. Предложенная САН позволяет по результатам автоматического контроля входных параметров компенсировать погрешности: установки заготовки; от тепловых деформаций станка; от упругих деформаций технологической системы; от геометрических неточностей станка; от систематической составляющей погрешности позиционирования.

В диссертации выполнены комплексные исследования с целью выявления точности обработки отверстий на многоцелевых станках с ЧПУ с использованием САН. Приведены зависимости, полученные на основе теоретических и экспериментальных исследований: предложена методика расчета ожидаемой точности расположения и диаметрального размера при растачивании высоколегированных закаленных сталей и рекомендации по рациональной эксплуатации САН.

Научная значимость работы состоит в: разработке способа обработки систем координированных отверстий растачиванием на основе выявленных закономерностей формирования настроечных размеров; получении расчетных зависимостей по определению ожидаемой точности расположения систем координированных отверстий при растачивании; разработке математического обеспечения управления точ-. ностыо обработки отверстий растачиванием на многоцелевых станках с ЧПУ с использованием САН.

Практическая ценность работы: разработана система автоматической настройки многоцелевых станков с ЧПУ, обеспечивающая заданные параметры точности и повышение производительности труда при обработке отверстий за счет сокращения количества переходов (рабочих ходов); разработана методика расчета позиционных настроечных размеров и величины коррекции радиального вылета резца.

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований автор выносит на защиту: способ обработки систем координированных отверстий растачиванием на многоцелевых станках с ЧПУ; методику расчета ожидаемой точности обработки систем координированных отверстий при растачивании па многоцелевых станках с ЧПУ; методику расчета позиционных настроечных размеров для достижения точности взаимного расположения при растачивании систем координированных отверстий; математическое обеспечение управления точностью обработки отверстий растачиванием на многоцелевых станках с ЧПУ с использованием САН.

Результаты работы внедрены на предприятии. Годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований составил 30000 руб.

Результаты работы могут быть использованы при создании ГАП, работающих по "безлюдной" технологии.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании выявленных и исследованных закономерностей формирования позиционных настроенных размеров разработан способ размерной настройки многоцелевых станков с ЧПУ, обеспечивающий повышение точности и производительности при обработке систем координированных отверстий. Способ основан на предыскажении траектории установочных перемещений шпинделя и радиальной коррекции резца на величины, расчитанные по результатам автоматического измерения параметров.

2. Разработана система автоматической настройки многоцелевых стонков с ЧПУ, которая обеспечивает позиционное отклонение осей отверстий при растачивании в пределах 0,01 мм., точность диаметральных размеров - 0,02 мм. за счет компенсации погрешнос тей установки заготовки, геометрических неточностей станка, систематической составляющей погрешности позиционирования и погрешностей от упругих деформаций технологической системы.

Для обеспечения указанных параметров точности необходимо: а) производить тарировку измерительного щупа по эталону; б) контроль отверстий, предварительно обработанных-сверлением, производить в 15-ти равномерно расположенных по окружности точках; после предварительного растачивания достаточно в 3 точках. в) настройку резцов на диаметральный размер выполнять по середине поля допуска на приборах, обеспечивающих точность не ниже 3. .5 меш. г) компенсацию размерного износа резца и его тепловой деформации производить по результатам автоматического измерения обработанных отверстий.

3. Система автоматической настройки расширяет технологические возможности могоцелевых станков с ЧПУ, обеспечивая надежное выдерживание параметров точности без вмешательства человека; контроль точности параметров обработки и обуславливает их эффективное применение в ГАП, работающих по "безлюдной" технологии.

4. Математическое обеспечение САН может быть использовано в САПР HI для определение оптимального числа расточных переходов обеспечивающих требуемые точностные параметры систем координированных отверстий.

5. Перспективными направлениями совершенствования конструкции САН и расширения ее технологических возможностей являются: а) реализация автоматической компенсации размерйого износа и тепловых деформаций резца на базе выявленных закономерностей. б) обеспечение возможности работы САН в режиме самообучения по результатам контроля входных и выходных параметров.

6. Выполненные исследования позволяют уменьшить трудоемкость обработки в 2,3 раза. Ожидаемый экономический эффект от внедрения САН при двухсменной работе 4786 руб. на единицу об орудования.

1. Борисов Е.И. Обработка корпусных деталей на многооперационных станках с программным управлением.-М.:Машиностроение, 1976.-64с.

2. Джаджиев В.К. Исследование динамических погрешностей обработки точных отверстий в корпусных деталях при растачивании.-Дис. канд.техн.наук.-Орджоникидзе,1969.-240 с.

3. Панов Н.М. Жесткость и.вибрация при растачивании.-Дис. . канд.техн.наук -М.,1952.-226 с.

4. Бросалин Б.Т. Исследование погрешности обработки отверстий на расточных станках.-Дис. . канд.техн.наук.-М.,1952.-220 с.

5. Комиссаров В.И. Расчетно-аналитический метод определения погрешностей от упругих деформаций при обработке.на расточных станках -Труды'/ ДВПИ Владивосток, 1957, т.47 вып.8 с.3-11.

6. Комиссаров В.И. Погрешность установки и их влияние на точность расположения соосных и сопряженных отверстий при обработке корпусных, деталей на,расточных станках.-Труды/ДВПИ-Владивосток, 1959,т.52 вып.5 с.3-14.

7. Комиссаров В.И. К расчету суммарной погрешности отверстий в корпусных деталях на горизонтально~расточных станках.-Труды

8. ДВПИ-Владивосток,1959,т.52 вып.1 с.3-14.

9. Судошгастов И.П. Обработка деталей на станках с ЧПУ.-М.:Машиностроение, 1976.-102 с.

10. Гаврилов А.И. Точность производства в машиностроении и приборостроении. -М.:Машиностроение,1973.-567 с.

11. Кораблев П.А. Точность обработки на металлорежущих станках в приборостроении.-М.:Машгиз,1962.-227 с.

12. Дибиров С.Ю. Исследование путей повышения точности и производительности многопереходной обработки систем координированных основных отверстий на многооперационных станках с ЧПУ.Дис. . канд.техн.наук.-М.,1980.-282 с.

13. Маталин А.А.,ТОдшевский Т.Е. .Княжицкий. И.И. Многооперационные станки.-М.:Машиностроение,1974.-320 с.

14. Петрухин B.JL. Исследование возможности повышения точности линейных размеров при обработке корпусных деталей на спутниках в автоматизированных системах из станков с ЧПУ.-Дис. .канд.техн. наук.-М.,1980.-200 с.

15. Воскобойников B.C. Система производственных модулей фирмы Kear.net/ Tieclet (США).-Оборудование с числовым программным управлением, 1978, № 9.C.II-I4.

16. Корсаков B.C. Точность механической обработки.-Е:Машгиз,1961.- 379 с.

17. Петров Н.Ф. Исследование точности размерной настройки многоцелевых станков с.числовым программным управлением.-Дис. .канд.техн.наук.-М.,1977.-212 с.

18. Корсаков B.C. Основы технологии машиностроения.-М.:Машиностроение, 1977. 416 . с.

19. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения.-М.: Машгиз,1952.-515 с.

20. Борисов Е.И. Повышение точности обработки на станках с ЧПУ.

21. Станки с ЧПУ, участки и автоматические линии на их основе: Материалы семинара.'-М.:ЩНШ, 1974.-208 с.

22. Соколов Ю.Н. Расчет температурных полей и деформаций металлорежущих станков,-М.:ЦБТИ, 1958.- 82 с.

23. Княжицкий И.М. Компенсация температурных погрешностей коорди-натно-расточных станков. -Станки и инструменты, 1963, Ш,с.4-7.

24. Жилин Д.Д. Предпосылки автоматизации загрузки корпусных заготовок на участках из станков с ЧПУ.-Оборудование с числовым программным управлением, 1979, № 3, с.8-11.

25. Филонов И.П.,Петрова С. Г. ,Шевандо Я.Г. Наладка металлообрабатывающих станков и автоматических линий.-М.: Машиностроение, 1980.- 128 с.

26. Эксплуатация станков и участков из станков с ЧПУ на предприятиях министерства станкостроительной и инструментальной промышленности СССР: Обзор /-М.: НИИМаш, I974.-7I с.

27. Ишуткин В.И. Настройка металлорежущих станков.- М.: Машгиз, I960.-182 с.

28. Многоцелевые станки с ЧПУ автоматической сменой инструмента.-Методические материалы.-М.: НИАТ, 1973.-130 с.

29. Агурский М.С.,Вульфсон И.А.,Ратмиров В.А. Числовое программное управление станками.-М.: Машиностроение,1966.-377 с.

30. Волосов С.С. Приборы для автоматического контроля в машиностроении.-М. : Машиностроение,1970.-152 с.

31. Бурцев В.М. Исследование способов размерной настройки токарных станков с ЧПУ.-Дис. . канд.техн.наук.-М.,1973.-203 с.

32. Гантман С.Д. К вопросу о методах контроля и точности настройки автоматических станков.- Известия вузов. Машиностроение, 1958, №2, с. 2-4.

33. Савкин 10.Г. Вопросы автоматизации первичной наладки при токарной обработке.-Дис. . канд.техн.наук.-М.,1955.-190 с.

34. Жуков Э.Л. Повышение точности обработки на токарных станках путем применения системы автоматического регулирования положения резца.-Дис. . канд.техн.наук.-М.,1968.-243 с.

35. Никитков Н.В. Разработка и исследование активного контроля диаметральных размеров крупных валов при токарной обработке с автоматической подналадкой режущего инструмента.-Дис. . канд.техн.наук.-М.,1967.-224 с.

36. Баз ров Б.М. Повышение точности формы детали при токарной обработке. -Станки и инструмент,1968,№1, с.5-6.

37. Попов В.Л. Исследование некоторых вопросов активного контроля на токарных- станках с программным управлением.-Дис. . канд. техн.наук.- М.,1968.-212 с.

38. Лурье A.M. Растачивание точных отверстий с применением смен-лого 'расточного плансуппорта.-Станки и инструмент,1980,Ml,с.5.

39. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения.- М.: Машиностроение, 1972.- 215 с.

40. Модестов М.В., Чудов В.А. Принципы построения измерительных головок для автоматических координатных измерительных машин.

41. Моделирование задач машиноведения на ЭВМ.-М.: Наука,1976.- 93 с.39. евич В.М. Информационный критерий выбора числа точек контроля изделий,- Измерительная техника, 1978,№ 4, с. 15-17.

42. Трехкоординатные измерительные машины ДКМ-02-300.- Научные приборы, 1976, № II, с. 41-43.

43. Кравцов В.И. Исследование координатной точности бескондукторной обработки отверстий мерным лезвийным инструментом.-Автореф. Дис. . канд.техн.наук.- М.,1975.-14 с.

44. Михайлов О.П. Теория и расчет магнитострикционных и магнитоупру-гих устройств в автоматизации станков.-Дис. . д-ра техн.наук.- М., 1979.-452 с.

45. Бромберг Б.М. Алмазно-расточные станки.-М.: Машиностроение, 1965.- 432 с.

46. Справочник металлиста. Т.З.-М. ^Машиностроение,1966.-811 с,

47. Справочник технолога машиностроителя / под ред. А.М.Малова.-М.: Машиностроение, т.2,1972.-568 с.

48. Гайгал И.В, Исследование точности и производительности контурного фрезерования основных отверстии на многоцелевых станках. -Дис. . канд. техн. наук.-М.,1975.-208 с.

49. Шеметов М.Г. Исследование точности и производительности" обработки отверстий сверлением на станках с. ЧШг.-Дис. . канд. техн.наук.-M.-t 1974.-209 с. 1

50. Кацев П.Г. Статистические„методы1исследования режущего инструмента.- М.гМашиностроение,1974.-231 с.

51. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ.-М. ^Машиностроение,1975.-288с.

52. Полтавец О.Ф. Исследование методов оптимизации маршрутов обработки поверхностей точением.-Дис, . канд.техн.наукгМ., 1970.-248 с. '

53. Соколовский А.П. Жесжкость в технологии машиностроения*-^.-!.: .Машгиз,1946.-207 с. 1

54. Справочник Технолога машиностроителя / под ред. А.С.Косиловой » и Р.К.Мешерякова.-М.:Машиностроение, т.1,1972.-694 с.

55. Кузнецов Ю.И. Технологическая оснастка к станкам с программным управлением.-М.:Машиностроение,1976.-224 с.

56. Молчанов Г.Н. Повышение эффективности обработки на станках с ЧПУ.-М.:Машиностроение,1979.-204 с.- 55. ЧарнкЬ Д.В. Основы выбора технологического процесса механической обработки.-М> Машгиз,1963.-320 с.

57. Митрофанов С.П. Автоматизация технологической подготовки серийного производства .-М.:Машиностроение,1974.-360 с.

58. Вайда Ф. ,Чакань А.Мщфо-ЭВМ,-4Т. :Энергия, 1980.-360с.

59. Крауз М,,Вошни Э. Измерительные информационные системы /Под ред. Я.В.Майкова.- М.: Мир,1975.-310 с.

60. Станки с числовым программным управлением /Н.А.Богданов, У.Г.Говберг, М.И.Добромыслин и др.: Под ред. В.А» Дещенко.•М.:Машиностроение,1979.-592 с.

61. Оптимальное управление точностью обработки деталей в уело- виях АСУ / В.И.Кантор,О.Н.Анисифоров, Г.Н.Алексеева и др.

62. М.:Машиностроение, I98I.-256 с.

63. Никитенко В.Д. Подготовка программ для станков с программным управлением.-М.:Машиностроение,1973.-239 с.

64. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках.

65. Часть 2. Зуборезные, горизонтально-расточные, резьбонакатные и отрезные станки.- М.:Машиностроение,1974.-2оо с.

66. Меклер М.И.,Резников В.И. Современное состояние и перспективы развития трехкоординатных измерительных машин: 0бзор/-М.: Машиностроение,1980.-48 с.

67. Ратмиров В.А.Дрящева Т.С. Системы ЧПУ контрольно-измерительными машинами и коррекция погрешности обработки деталей: 0бзор/-М.:НИИМаш,>1980.-48 с.

68. Кузнецов Ю.И. Оснастка для станков с программным управлением. -М.:Машиностроение,1977.-39 с.

69. Драздан А.Г. ,Кирюшов А.Я.,Смирнов Г.Г. Приборы для размерной настройки режущего инструмента.- Технология производства, научная организация труда и управления.-М.:НИИМаш,1970, вып.З с. 28-34.

70. Рассохин В.Я. Обработка на сверлильных и расточных станках с программным управлением.-М.:Машиностроение,1978.-48 с.- ^-'У

71. Борисов Е.И. Методы программирования для металлорежущихстанков с программным управлении.-М.:Машиностроение,1980.- 63 с.

72. Львовский Е.М. Статистические методы построения эмпирических формул: Учебн.пособие.-М.:Высш.школа,1982.-224 с.

73. Расчеты экономической эффективности новой техники: Справочник / Под ред. К.М.Великанова.-Л. ^Машиностроение,1975.-432 с.

74. Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений-.- М.:Экономика, 1969.-146 с.

75. Яковлев А.И.,Мосин В.М. Определение эффективности автоматических устройств.-М.Машиностроение,1976.-127 с.

76. Рубашкин И.Б. Оптимизация металлообработки при прямом цифровом управлении станками;- М.Машиностроение,1980.-67 с.

77. Якобе Г.Ю.,Якобе Э,.,Кохан Д. Оптимизация резания /перевод с немецкого/.-М.:Машиностроение,1981.-37с.

78. Тиллес С.А. Экономика технологических процессов механической обработки.- М.:Машиностроение,1964.- 65 с.

79. Дальский A.M. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин.-М.:Машиностроение,1975.-223 с.

80. Проников А.С. Технологическая надежность станков.-М.:Машиностроение, 1971.-334 с.

81. Шакалис В.В. Моделирование технологических процессов.-М.:Машиностроение, 1973. -136 с.

82. Колкер Я.Д. .Математический анализ точности механической обработке детален.-Киев: Техника,1976.-278 с.