автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Возникновение погрешности установки приспособления-спутника на этапе закрепления в автоматическом производстве и пути её сокращения

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Особенности обработки заготовок деталей машин с применением приспособлений-спутников

1.2. Методы определения погрешности установки

1.3. Методика определения погрешностей, возникающих на этапе закрепления

1.4. Анализ структуры погрешностей установки

1.5. Ан$дшз путей управления точностью установки спутников в ГПС

1.6. Выводы. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ ПОГРЕШНОСТИ УСТАНОВКИ

СПУТНИКА НА ЭТАПЕ ЕГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ. 3$

2.1. Наблюдения за поведением спутника при закреплении.

2.2. Теоретическая схема закрепления, обеспечивающая определенность базирования на этапе закрепления спутника.

2.3. Исходные положения для исследований.

2.4. Критерии оценки точности установки спутника на этапе его закрепления.

2.5. Варианты подбора точек контакта между спутником и приспособлением.

2.6. Определение допустимой области приложения равнодействующей сил на этапе закрепления спутника . . 5Ь

2.7. Формирование равнодействующей сил при закреплении спутника.

2.8. Влияние на точность установки спутника неодновременности приложения сил закрепления

2.9. Влияние рельефов контактирующих поверхностей спутника и позиционного приспособления на точность установки

2.10. Структура погрешностей, возникающих на этапе закрепления спутника . ЭД

2.11. Выводы.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАКТОРОВ,

ВЛИЯЮЩИХ НА ТОЧНОСТЬ УСТАНОВКИ СПУТНИКА ПШ

ЕГО ЗАКРЕПЛЕНИИ.

3.1. Исследование жесткостных характеристик спутника и элементов позиционного приспособления

3.2. Методика описания рельефов контактирующих поверхностей спутника и позиционного приспособления.

3.3. Расчет и экспериментальное исследование устойчивости спутника под действием сил закрепления. Щ

3.4. Параметры рельефов контактирующих поверхностей

3.5. Анализ экспериментальных данных.

3.6. Выводы. i6Q

ГЛАВА 4. ПУТИ СОКРАЩЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ПОЛОЖЕНИЯ СПУТНИКА

НА ЭТАПЕ ЕГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ.

4.1. Определение рациональных размеров и количества опорных элементов на установочной базе

4.2. Обеспечение требуемой точности положения спутника при его закреплении.

4.3. Разработка различных вариантов схем закрепления, удовлетворяющих требования, предъявляемые к процессу закрепления и выбор наиболее рациональной.

4.4. Выводы.

Одной из важнейших задач, поставленных перед отечественным машиностроением ХХУ1 съездом КПСС, является повышение качества выпускаемой продукции. Ее решение во многом зависит от точности изготавливаемых деталей машин.

Точность изготовления деталей машин определяется рядом факторов, в частности, факторами, связанными с установкой заготовок на рабочие позиции металлорежущих станков. Относительно низкая точность корпусных деталей, изготавливаемых в ГПС и на АЛ, в немалой мере является следствием недостаточно высокой точности установки заготовок деталей машин в позиционные приспособления. В случае применения приспособлений-спутников погрешность установки возрастает из-за того, что спутники размерами, поворотами и формой своих поверхностей включаются в технологические размерные цепи, увеличивают число их звеньев и дополняют погрешность установки заготовки.

В настоящее время предпринимаются различные меры по повышению точности установки спутников: изготавливаются высокоточные спутники и позиционные приспособления, производится выверка положения спутников после их установки в позиционные приспособления, ведется пригонки нескольких спутников к одному позиционному приспособлению и др. Указанные пути сокращения погрешности установки спутника сопряжены с большими материальными или временными затратами, что снижает эффект использования металлорежущего оборудования.

Указанное выше позволяет говорить о том, что известные способы сокращения погрешности установки спутников в позиционных приспособлениях нельзя считать эффективными в автоматизированном машиностроении. Необходим поиск новых путей сокращения погрешности установки спутников, что возможно лишь при условии более глубокого понимания причин ее возникновения.

Значительную роль в образовании погрешности установки спутника играет его закрепление. Этот этап установки до настоящего времени изучен недостаточно. Погрешности положения спутника, возникающие при закреплении, связываются только с контактными деформациями в стыках в направлении действия сил. Однако многократные наблюдения за поведением спутников при эксплуатации и экспериментальные исследования показывают, что погрешности положения спутников, возникающие в направлениях, перпендикулярных направлению прикладываемой силы закрепления, сопоставимы и даже больше погрешностей, возникающих в направлении действия этой силы. Однако причины возникновения указанных погрешностей до сих пор не объяснены.

Данная работа посвящена изучению процесса закрепления спутника в позиционном приспособлении и разработке и обоснованию путей сокращения погрешностей, возникающих на этом этапе его установки.

Автор выносит на защиту следующие основные результаты работы:

1. Объяснение причин и механизма формирования погрешности положения спутника в пространстве на этапе его закрепления в позиционном приспособлении.

2. Аналитические зависимости, отражающие количественную сторону влияния выявленных факторов на значение погрешности положения спутника.

3. Рекомендации по сокращению погрешности положения спутника на этапе его закрепления.

ОБЩИЕ БЫВОда

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований указывают на то, что получено новое решение актуальной научной задачи, заключающейся в раскрытии сущности явлений, сопровождающих закрепление спутника и вызывающих возникновение погрешности положения спутника в позиционном приспособлении.

2. Главной причиной образования погрешности положения спутника оказываются его перемещения в пространстве до возникновения контактных деформаций.

Основными факторами, вызывающими погрешность положения спутника в приспособлении при закреплении, являются неодновременность приложения сил закрепления, приводящая к появлению моментов, опрокидывающих спутник относительно линий, проходящих через точки контакта спутника с опорными элементами установочной базы приспособления, и погрешности формы контактирующих поверхностей спутника и приспособления, способствующие возникновению сдвигающих сил и крутящих моментов.

3. В процессе закрепления спутника возникает случайная по характеру система сил, действующих в пространстве, обычно не учитываемых при проектировании и изготовлении спутников и приспособлений к ним.

Смещения и повороты в пространстве под воздействием этой сложной системы сил составляют доминирующую часть погрешности положения спутника, возникающей в процессе его закрепления.

4. Устанавливаемый в приспособление спутник контактирует с опорными элементами приспособления в случайно подобравшихся точках, расположение которых на опорах зависит от формы рельефов поверхностей опорных элементов. Погрешности изготовления элементов приспособления и спутников, различие характеристик приводов и зажимных устройств приводит к неодновременности приложения сил закрепления к спутнику. Случайная последовательность приложения сил закрепления относительно случайно подобравшихся точек контакта приводит в процессе закрепления спутника к многократным изменениям его положения.

5. Большую роль в определении положения спутника в приспособлении играет форма рельефов рабочих поверхностей зажимных элементов и поверхностей спутника, с которыми они контактируют. От формы рельефов этих поверхностей зависит действительное место приложения, направление действия сил закрепления и формирование реальной системы сил, отличной от расчетной.

6. Перемещениям спутника в процессе закрепления могут способствовать деформации тех частей корпуса приспособления, на которых размещены опоры направляющей и опорной баз, если их не избавлять от воздействия сил, создаваемых механизмами досылки спутника, отвода прихватов и пр.

7. При проведении наблюдений за поведением спутников в процессе закрепления на ГПС в Мосстанкине были выявлены перемещения спутников в направлениях координатных осей: ОХ - от 4 до 9 мкм, ОУ - от 3 до 12 мкм, 01 - от 7 до 14 мкм. Повороты спутника относительно оси 01 составляли величину от 5 до 10 мкм на длине 360 мм.

Эти перемещения и повороты спутников происходили под воздействием сил закрепления, направленных в соответствии с расчетом по оси 01 , и значительно превышали расчетные значения контактных деформаций.

8. Повышение точности установки спутников на этапе закрепления возможно за счет: а) уменьшения опрокидывающих моментов путем:

- закрепления спутника одним самоустанавливающимся зажимным элементом, расположенным в нижней части спутника;

- синхронизацией работы зажимных механизмов;

- закрепления спутника с заданной последовательностью приложения сил; б) уменьшения сдвигающих сил и крутящих моментов путем:

- использования устройств, позволяющих одновременно прижимать спутник к установочной и направляющей базам приспособления;

- повышения норм точности контактирующих поверхностей зажимных элементов и спутника;

- уменьшения влияния силы досылки на положение спутника при его закреплении.

9. Наиболее рациональной является схема установки спутника с использованием устройств типа "ласточкин хвост". Эти устройства позволяют одновременно прижимать спутник к опорам установочной и направляющей баз приспособления. При этом исключаются опрокидывающие, крутящие моменты и сдвигающие силы.

10. Минимизация площадей опорных элементов с учетом необходимости обеспечения высокой контактной жесткости стыков в направлении действия сил позволяет повысить точность установки спутника без дополнительных материальных затрат.

11. Полученные результаты распространяются и на закрепление корпусных деталей в приспособлениях, так как корпусные детали по своим свойствам аналогичны спутникам.

12. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы, позволяющих исключить затраты времени на контроль и корректировку положения спутника в позиционном приспособлении, составляет 6507 рублей в год на один станок мод. 6904ВШ2.

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

2. Абдель Аал М.М. Исследование жесткости станочных приспособлений. Дис.канд.техн.наук.-М.,1963.-167 л.

3. Адаптивное управление станками /под ред. Б.С.Балакпшна.-М.: Машиностроение, 1973.-688 с.

4. Адаптивное управление технологическими процессами /Ю.М.Соло-менцев, Б.Г.Митрофанов, С.П.Протопопов и др.-М.: Машиностроение, 1980.-536 с.

5. Автоматизированные участки из станков с ЧПУ, управляемые от ЭБМ.-М.: ЭНИМС, 1981.6. Автоматизированные комплексы станков с ЧПУ, управляемых от

6. ЭБМ, для обработки корпусных деталей: Обзор.-М.: ВИНИТИ, 1976, т.4, с.141-169.

7. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков.-М.-Л.: Машиностроение, 1966.-648 с.

8. Анурьев Б.И. Справочник конструктора-машиностроителя.-М.: Машиностроение, 1982, т.1, 729 с.

9. Базров Б.М. Технологические основы проектирования самоподнаст-раивающихся станков.-М.: Машиностроение, 1978.-216 с.

10. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения.-М.: Машиностроение, 1969.-559 с.

11. Билик Ш.М. Макрогеометрия деталей машин.-М.:Машиностроение, 1973.-344 с.

12. Брауэр Б.А. Анализ возможности комплексного обеспечения точности обработки корпусных деталей в автоматизированных системах из станков с ЧПУ (по угловым и линейным размерам). Дис.канд.техн.наук.-М., 1980.-252 л.

13. Брон A.M. и др. Автоматизированные комплексы из станков с ЧПУ с централизованным управлением от ЭВМ для обработки корпусных деталей.-М.: НИИМАШ, 1977.-67 с.

14. Брон JI.C. и др. Конструкция и наладка автоматических линий и специальных станков.-М.: Высшая школа, 1969.

15. Брук И.В., Воскобойников Б.С. Автоматизация серийного машиностроительного производства на основе оборудования с ЧПУ: Обзор.-М.: НИИМАШ, 1979.-59 с.

16. Волчкевич Л.И., Ковалев М.П., Кузнецов М.М. Комплексная автоматизация производства.-М.: Машиностроение, 1983.-269 с.

17. Герц Е.В., Крейнин Г.В. Расчет пневноприводов. Справочное пособие.-М.: Машиностроение, 1975.-272 с.

18. Гибкие производственные комплексы /Под ред. П.Н.Белянина и В.А.Лещенко.-М.: Машиностроение, 1984.-384 с.

19. Гибкое автоматическое производство /В.О.Абзель, В.А.Егоров, А.Ю.Звоницкий и др.: Под общ.ред. С.А.Майорова и Г.В.Орловского.-Л.: Машиностроение, 1983.-376 с.

20. Годына H.H. Оценка точности детали по информации об отклонениях в пространстве положения баз заготовки и инструмента (на примере торцевого фрезерования). Дис.канд.техн.наук.-М., 1983.-293 л.

21. ГОСТ 21495-76. Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения.-Введ. с 01.01.77 г.-35 с.

22. Городецкий М.С., Сулейманов И.У. Системы управления гибкими производственными модулями: Обзор.-М.: НИИМАШ, 1983.-72 с.

23. Горошкйн А.К. Приспособления для металлорежущих станков. Справочник.-М.: Машиностроение, 1979.-303 с.

24. Дедов А.Д. Размерные связи при автоматической настройке и перенастройке многоцелевых станков с ЧПУ. Автореф. дис. канд.техн.наук.-М., 1983.-24 с.

25. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей.-М.: Наука, 1970.-227 с.

26. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхнос-тей.-М.: Издательство АН СССР, 1962.-112 с.

27. Добронравов Б.Б., Никитин H.H. Курс теоретической механики. Учебник.-М.: Высшая школа, 1983.-575 с.

28. Дударев В.И. Исследование деформаций элементов станочных приспособлений и влияние их на точность установки. Дис. . канд.техн.наук.-М., 1974.-212 л.

29. Ефимов Н.В. Квадратичные формы и матрицы.-М.: Наука, 1972.159 с.

30. Зимин В.Б. Упругие деформации корпусных деталей при закреплении на металлорежущих станках и технологические методы их уменьшения.-Автореф. дис. .канд.техн.наук.-М.,1983.-16 с.

31. Ильицкий В.Б. Жесткость соединений "заготовка-установочные элементы приспособлений" (стыки с первоначальным линейным касанием). Дис. .канд.техн.наук.-Брянск, 1973.-150 л.

32. Колесников Л.А. Исследование точности установки деталей на автоматических линиях с приспособлениями-спутниками. Дис. . канд.техн.наук.-М., 1977.-202 л.

33. Колесов И.М. К проблеме управления точностью формы, поворота и расстояния поверхностей детали при обработке на станках.-В кн.: Самоподнастраивающиеся станки /Под ред. Б.С.Балакши-на.-М.: Машиностроение, 1970, с.7-51.

34. Колесов И.М. Исследование связей между формой, поворотом и расстоянием плоских поверхностей деталей машин. Дис .д-ра техн.наук.-М., 1967.-247 л.

35. Колесов И.М. Служебное назначение изделия и технические условия. Новое в жизни науки и техники. Серия "Техника",1977,10, 64 с.

36. Колесов И.М. Служебное назначение машин и основы создания машин.-М.: 1973, часть 2.-121 с.

37. Комплексная автоматизация мелкосерийного производства в машиностроении: Обзор.-М.: НИИМАШ, 1976.-60 с.

38. Кордыш Л.М., Кашепава М.Я. Многооперационные сверлильно-фре-зерно-расточные станки с автоматической сменой инструментов на выставке "Станки ФРГ-80".-Станки и инструмент,1981Д5,с.29-33.

39. Измерительные приборы в машиностроении /А.Г.Иванов и др.-М.: Машиностроение, 1964.-415 с.

40. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров).-М.: Наука, 1973.-832 с.

41. Корсаков B.C. Основы конструирования приспособлений в машиностроении.-М. : Машиностроение, 1983.-277 с.

42. Косилова А.Г. Точность обработки деталей машин на автоматических линиях.-М.: Машиностроение, 1976.-224 с.

43. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., Калинин М.А. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. Справочник технолога. -М.: Машиностроение, 1976.-288 с.

44. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ.-М.: Машиностроение, 1977.-482 с.

45. Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник.-М.: Машиностроение, 1983.-359 с.

46. Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин.-М.:

47. Машиностроение, I97I.-258 с.

48. Левит Д.Г., Языков Ю.А. Способ управления давлением.: Информационный . лист OK. -М.: МГЦНТИ, № 282-83, 1983 .-4 с.

49. Луканин Ю.Н. Исследование возможности и целесообразности базирования деталей системы СПИД по опорным элементам. Дис. канд.техн.наук.-М., 1983.- 236 л.

50. Лукьянец О.Ф. Исследование плоскостности технологических баз и ее влияние на точность обработки корпусных деталей на автоматических линиях. Дис. .канд.техн.наук.- М.: Машиностроение, 1977.- 142 л.

51. Марков H.H. Перспективы использования ЭВМ при линейно-угловых измерениях.- Измерительная техника, 1975, №6, с.16-18.

52. Маталин A.A. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов.-М.: Машиностроение, 1970,- 320 с.

53. Моденов П.С. Аналитическая геометрия.- М.: Издательство МГУ, 1969.- 697 с.

54. Мягков В.Д., Палей М.А. Допуски и посадки. Справочник в 2 частях.- Л.: Машиностроение, 1982.

55. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного,по обслуживанию рабочего места и подготовительно-заключительного для технического проектирования станочных работ.- М.: Машиностроение, 1974.- 420 с.

56. Определение экономической эффективности металлорежущих станков с ЧПУ. Инструкция.- М.: ЭНИМС, ОНТИ, 1979.- 159 с.

57. Палей М.А. Отклонение формы и расположения поверхностей.-М.: Издательство стандартов, 1973.- 244 с.

58. Петрухин В.Л. 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.- 168 с.60