автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Создание системы автоматической размерной настройки и поднастройки токарных станков с ЧПУ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор работ по применению систем автоматической настройки и поднастройки токарных станков с ЧПУ

1.2. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ АВТОМАТИЗАЦИИ РАЗМЕНЮЙ

НАСТРОЙКИ И ПОДНАСТРОЙКИ ПО ПРОДОЛЬНЫМ РАЗМЕРАМ

2.1. Исследование возможности автоматического управления координатой нуля станка

2.2. Исследование путей автоматической компенсации отклонений размера статической настройки

2.3. Выводы.

ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ ТОЧНОСТЬЮ ПРОДОЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ВАЛОВ

3.1. Формирование продольных размеров валов на токарных станках с ЧПУ.

3.2. Обоснование пути компенсации погрешности длины заготовки.

3.3. Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ

ПРОДОЛШЫХ РАЗМЕРОВ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ САН

4.1. Разработка экспериментального стенда.

4.2. Экспериментальное исследование точности обработки по продольным размерам

4.3. Выводы.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА БЛОК-СХЕМЫ ЕДИНОЙ САН.

5.1. Разработка блок-схемы САН по продольным размерам

5.2. Разработка блок-схемы САН по диаметральным размерам.

5.3. Общая блок-схема единой САН и описание ее работы.

5.4. Особенности применения единой CAE на новейших токарных станках с ЧПУ.

5.5. Выводы.

ГЛАВА 6. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНШ

ЕДИНОЙ САН.

Одной из основных задач, поставленных ХХУ1 съездом КПСС перед машиностроением, является ускоренное развитие средств автоматизации. Около 70% деталей, обрабатываемых в машиностроении, проходят токарную операцию, Доэтомуг автоматизация токарной обработки является важной задачей машиностроения.

Особенно остро необходимость автоматизации в настоящее время проявляется в мелкосерийном производстве. Для ее решения ведутся работы по созданию гибкого автоматизированного производства (ГАД) на базе токарных станков с ЧПУ. ГАП создается с максимальной возможной 'степенью автоматизации и имеет целью высвободить станочников, обеспечивая работу оборудования по т,н. "безлюдной технологии", Токарные станки с ЧПУ, работающие в составе ГАД, оснащаются разными устройствами, обеспечивающими резкое повышение степени автоматизации. Однако, по причине, необходимости ручного проведения: размерной настройки и поднастройки станков, задача полной автоматизации токарной обработки в составе ГАД остается нерешенной, что препятствует осуществлению "безлюдной технологии" даже в третьей смене.

Изучение литературных данных показало, что по размерной настройке станков по диаметральным размерам имеется сравнительно большое количество разработок. Что касается продольных размеров, то отсутствуют разработки по автоматизации настройки, а также имеют место трудности в достижении их требуемой точности. Трудности возникают по той причине, что на точность определенной части продольных размеров ступенчатых валов влияет погрешность длины заготовки. Допуск на длину заготовки обычно достигает I.2 мм, что превышает допуски на продольные размеры. Для обеспечения требуемой точности последних приходится ввести дополнительную токарную операцию, выполняемую на станке с ручным управлением, что приводит к увеличению трудоемкости токарной обработки.

Для эффективного применения токарных станков с ЧПУ в составе ГАП необходимо найти пути автоматизации размерной настройки и поднастройки одновременно по продольным и диаметральным размерам, включая компенсацию влияния погрешности длины заготовки на точность продольных размеров ступенчатых валов.

Настоящая работа посвящена решению этой задачи.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые обосновано решение актуальной научной задачи технологии машиностроения - автоматизации размерной настройки и поднастройки токарных станков с ЧПУ по продольным размерам. Новизна решения состоит в следующем?

1. Вскрыты размерные связи, определяющие координату нуля станка на этапе настройки и обоснован путь автоматического управления координатной нуля станка при настройке.

2. Получена аналитическая зависимость для оценки погрешности статической настройки в зависимости от параметров процесса настройки, с помощью которой обоснован новый способ автоматической компенсации отклонений размера статической настройки по продольной оси.

3i Выявлен механизм образования погрешности продольных размеров ступенчатых валов при их обработке в центрах и найден путь автоматической компенсации влияния погрешности длины заготовки на точность продольных размеров.

Работа выполнена в лаборатории кафедры "Технология машиностроения" Московского станкоинструментального института.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате теоретических и экспериментальных исследований найдено решение актуальной научной задачи технологии машиностроения - автоматизации размерной настройки и поднастройки токарных станков с ЧПУ по продольным размерам, что совместно с известными работами по автоматизации настройки и поднастройки по диаметральным размерам создает возможность полной автоматизации размерной настройки и поднастройки станков.

Впервые исследованы и обоснованы пути автоматизации управления координатами нуля станка, настройки по продольным размерам и компенсации влияния погрешности длины заготовки на точность продольных размеров ступенчатых валов.

2. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что особенности размерных связей между нулем станка и упором нуля станка позволяют автоматически управлять координатами нуля станка по обеим осям с точностью позиционирования суппорта, что достигается управлением координатами упоров нуля станка по программе отсчетной системой ЧПУ.

3. Полученная в результате теоретических исследований и проверенная экспериментально аналитическая зависимость для оценки погрешности статической настройки станков с ЧПУ позволила выявить наиболее оптимальный (с точки зрения точности и быстродействия) путь автоматической компенсации отклонений продольных размеров резцов непосредственно на станке, который заключается, в сравнении расстояния от вершины резца до постоянной точки суппорта расстоянием между наконечниками двух датчиков, закрепленных на задней бабке.

4. Для компенсации влияния погрешности длины заготовки на точность продольных размеров ступенчатых валов предложено peaлизовать на станке дополнительное начало отсчета в виде противо базового торца заготовки. Этим исключается длина заготовки из технологических размерных цепей.

5. В результате анализа существующих разработок по автоматизации настройки по диаметральным размерам и проведенных в работе теоретических и экспериментальных исследований доказана возможность создания единой САН, которая должна состоять и,з, автоматических систем:

1) управления координатами нуля станка по обеим осям;

2) статической настройки по диаметральным и продольным размерам;

3) компенсации погрешности длины заготовки;

4) управления упругими перемещениями по диаметральным размерам.

6. Применение единой САН обеспечивает полную автоматизацию размерной настройки и поднастройки станка. Время настройки снижается в среднем с 18 мин до 0,65 мин; доля времени поднастройки в штучном времени снижается с 0,93 мин до 0,45 мин; в продольном направлении обеспечивается точность расстояний от обрабатываемых торцов ступеней до:

1) технологической базы - 0,058 мм;

2) противобазового торца - 0,065 мм.

7. Экономический эффект от применения САН на станке I6K20TI составляет 4938 руб. в год.

8. Технологические возможности САН позволяют рекомендовать ее для автоматизации настройки и поднастройки токарных станков с ЧПУ, работающих как автономно, так и в составе ГАД.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС.- М.: Политиздат, 1981-223 с.

2. Агурский М.С. ,Вулъфсон И.А., Ратмиров В.А. Числовое программное управление станками.-М.: Машиностроение, 1966.-369 с.

3. Активный контроль в машиностроении: Справочник /Под ред. Е.И.Педя.- 2-е изд.-М.: Машиностроение, I978.-352 с.

4. Атаманов С.А. Повышение точности и производительности обработки деталей в патроне на токарных станках с ЧПУ путем оснащения их системами автоматического управления.- Дисс. . канд.техн.наук.- Москва, 1976,.,247 с.

5. А.С. 927480 (СССР). Способ установки деталей с плавающей измерительной базой на токарных станках с программным управлением./Лихачев В.Н., Копасова Г.й. Опубл. в Б.И. ,1982, ЖЕ8.

6. А.с. 973324 (СССР). Способ определения момента соприкосновения инструмента к детали./Деев О.И. и др.- Опубл. в Б.И., 1982, № 42.

7. Базров Б.М. Повышение точности деталей путем управления процессом их обработки.- Машиностроитель, 1979, Ш, с.П-12.

8. Базров Б.М. Математическая модель образования погрешностей обработки.-В кн.: Адаптивное управление станками, М.: Машиностроение, 1973, с. II0-I36.

9. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения.-М.: Машиностроение, 1969.-358 с.

10. Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения: В 2-х кн.- М.: Машиностроение, I982.-606 с.

11. Бурцев В.М. Исследование способов размерной настройки токарных станков с числовым программным управлением.- Автореф. дисс. .канд.техн.наук М. 1973, 16 с.

12. Буянкин В.И. и др. Управление цифровым следящим электроприводом в микропроцессорных системах.-В сб. Микропроцессорная техника в металлорежущих станках с ЧПУ.-М.,1983, с.43-51.

13. Виноградов И.М. Основы теории числе.-М.: Наука,1981.-176 с.

14. Волосов С.С. Основы точности активного контроля размеров.-М.: Машиностроение, 1967.-353 с.

15. Волосов С.С., Педь Е.И. Приборы для автоматического контроля в машиностроении. Изд. 2 -М.: Издательство стандартов. 1975.336 с.

16. Гамрат-Курек Л.И. Экономическое обоснование дипломных проек-тов.-М.: Высшая школа, 1974.-189 с.

17. Гейлер З.Ш. Самонастраивающиеся системы активного контроля.-М.: Машиностроение, 1978.-224 с.

18. Гибкое автоматизированное производство./В.О.Азбель, В.А.Егоров, А.Ю.Звоницкий и др.: Под общ.ред. проф.С.А.Майорова и канд.техн.наук Г.В.Орловского.-Л.: Машиностроение,1983.-376с.

19. Гутис И.С. Реализация функции контроля и резервирования инструмента в УЧПУ.- В сб.: Микропроцессорная техника в металлорежущих станках с ЧПУ.-М., 1983, с.101-106.

20. Егоров М.Е. и др. Технология машиностроения. Изд. 2-е М.: Высшая школа, 1976.-534 с.

21. Имкелов В.М. Применение следящего люнета на токарных станках.--Известия вузов машиностроения, 1979, В 12, с.116-119.

22. Киринский Е.П. Размерная настройка токарного станка с ЧПУ при обработке первой детали партии.- Станки и инструмента. 1983, № 6, с. 11-12.

23. Климов И.М. Разработка и исследование системы автоматической размерной наладки токарных станков с числовым программным управлением для изготовления деталей малыми партиями.-Автореф. дисс. .канд.техн.наук.- 1976, 16 с.

24. Кондашевский В.В., Лотце В. Активный контроль размеров дета25