Компьютерные технологии проектирования с учетом сил трения подвижных соединений узлов токарных станков с ЧПУ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Высокое качество обработки на станках с ЧПУ определяется их эксплуатационными показателями, надежностью и долговечностью.

При этом точность обработки снижается за счет погрешностей из-за перекоса суппорта, наличия зоны нечувствительности при реверсе и возникновению нежелательных фрикционных колебаний [1, 3]. Основной причиной перекоса является несовпадение вектора равнодействующей сил трения Fтр в направляющих с осью жесткости упругой системы перемещающегося исполнительного органа (рис. 1).

Современные технологические системы (станки моделей 16Б16Ф3. 16Б16Т1, 1716ПФ3, 1716ВФ4 и др.) для выполнения своих рабочих функций имеют различную компоновку элементов несущей системы [1, 2, 3]. Модели токарных станков с ЧПУ (типа 1716ПФ3, 1716ВФ3, 17К20ПФ3 и др.) имеют "наклонные" направляющие станины, в которых передняя и задняя направляющие расположены под углом - к вертикальной плоскости.

Расчетная математическая модель (токарных станков типа 16Б16Ф3. 16Б16Т1) для определения пространственного положения суппорта, перемещающегося по комбинированным направляющим, плоскость которых горизонтальна (рис. 1), с учетом сил трения имеет вид:

Рис. 1. Сравнение экспериментальных ( - - -) и теоретических (--) зависимостей перекоса суппорта станка мод. 16Б16Ф3

Для проверки правильности расчетной модели перекоса суппорта и результатов расчетов, выполненных на ЭВМ на базе инновационных САЕ - технологий [1], были проведены экспериментальные исследования на холостом ходу и при резании на станках мод. 16Б16Ф3, 16Б16Т1, 1716ПФ3.

Программное обеспечение ПО включает алгоритмы обработки данных в детерминированной и стохастической постановке. Например, ПО «Рс - лаборатория» - это программное обеспечение для исследования динамических процессов виртуальными приборами измерения включает: PCS500 --двухканальный цифровой осциллограф (с памятью) анализатор спектра и регистратор переходных процессов. PCS100 / K8031. Datafeat - это математический инструмент нелинейного регрессионного анализа с построением кривых статистическими методами. Позволяет использовать до 9 независимых переменных, для регрессивных моделей - до 20 параметров.

Бесконтактные индуктивные датчики фиксировали изменение зазора между измерительной плоскостью датчика и шлифованными участками станины.

Аналитические и экспериментальные исследования проводились при изменении режимов резания, скорости реверса и нагружении суппорта дополнительными массами, приводящими к изменению сил трения. Оценка влияния процесса резания на перекос суппорта проводилась при точении стали 45 на проход проходным резцом со сменной твердосплавной треугольной пластиной (12; 730) на подачах (0,1 - 0,5 мм/с) при различном числе оборотов шпинделя. Глубина резания менялась в пределах 0,53,5 мм.

В станкостроении значительное распространение получили накладные направляющее из пластмасс, в том числе в станках с ЧПУ, тяжелых и высокоточных (1716ПФ3, 1716ВФ4).

При работе в паре с чугуном (закаленными чугуном и сталью) эти направляющие обеспечивают малое трение, равномерность медленных перемещений (подач), высокие точность и чувствительность позиционирования, демпфирование колебаний, достаточную износостойкость и жесткость. Материалы на основе фторопласта (Фторопласт-4, Ф4К15М5, Торсайт “Б” и др.) отличаются высокой стабильность» свойств в рабочих средах, выдерживают сравнительно высокую температуру (например, торсайт "Б" - до 230°С),

Составлена расчетная модель подсистемы «суппорт - направляющие» (рис. 2) перекоса суппорта и смещения вершины режущего инструмента при реверсе [1, 2].

Рис. 2. Расчетная схема системы «суппорт - заготовка» станка мод. 1716ПФ3

По реакциям на гранях А, В. С направляющих определены величины средних и максимальных давлений pa, pв, pc , pamax, pвmax, pcmax . контактные перемещения - ? в направляющих (при наличии смешанного трения), углы поворота салазок суппорта в плоскостях УОZ, ХОZ и ХОУ, величина пространственного отклонения вершины режущего инструмента x, y, z , с учетом зоны нечувствительности при реверсе и деформации подсистемы "суппорт-станина".

С учетом полученных зависимостей составлена программа расчета на ЭВМ переориентации суппорта при реверсе и смещения вершины инструмента, позволяющая определить точность обработки на станке с учетом жесткости привода подачи и конструкции узла суппорта станка.

Экспериментальное изучение характера переориентации суппорта в зависимости от его условий сборки и определение величины момента трения в направляющих проводилось на станке модели 1716ПФ3 в 3-х положениях суппорта по длине направляющих станины: у шпинделя станка, в среднем положении станины и около задней бабки. Одновременно с этим фиксировалась величина момента трения в системе с помощью тензометрических датчиков, установленных на ходовом винте по мостовой схеме с токосъемными кольцами [1, 3].

При обработке траектория резца вначале смещается из-за погрешностей станка, а затем - по мере износа резца. Задача управления -- не допустить выхода резца из установленной зоны и появления брака. Для чего необходимо вводить подналадочные импульсы с помощью системы ЧПУ в направлении «к детали» при износе задней грани.

Количество подналадок N равно [1]:

токарный станок суппорт программный

N = hпр/h3.

Введение подналадочных импульсов приводит к увеличению «запаса по точности» на износ резца И (за счет общего поля допуска ), т.е. к увеличению ресурса работоспособности и повышению уровня технологической (параметрической) надежности.

Разработанное программное обеспечение и практические рекомендации переданы СВСЗ, которые нашли применение при проектировании новых моделей станков.

Список литературы

1. Зубенко В.Л. Емельянов Н.В. Приводы станков с ЧПУ. Монография. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2012. - 325 с.: ил.

2. Проников А.С. Параметрическая надежность машин. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002.-560 с.

3. Денисенко А.Ф., Зубенко В.Л., Болотов Б.Е. Прогнозирование надежности станочных систем по виброакустическим критериям. М.: «Машиностроение-1», 2004.- 254с.

Размещено на Allbest.ru