Учет влияния жесткости станочной системы на взаимное положение заготовки и инструмента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учет влияния жесткости станочной системы на взаимное положение заготовки и инструмента

Аймурзина Алина Дмитриевна

Набережночелнинский филиал «Казанский национальный

исследовательский технический университет

им. А.Н. Туполева - КАИ»

студент

Руководитель: к.т.н., доцент, доцент каф. естественно-научных

дисциплин (ЕНД) Казанский национальный исследовательский

технический университет имени А. Н. Туполева (Набережные Челны)

Балабанов И.П.

Аннотация

Современные реалии производства требуют эффективности автоматизированного управления точностью формообразования деталей на этапах технологического проектирования. Это возможно лишь с использованием имитационного математического моделирования. Само моделирование процессов формообразования базируется на более мелких моделях процессов, протекающих при снятии части материала. В данной статье предлагается подход учета влияния жесткости станочной системы при моделировании взаимного положения заготовки и инструмента, при моделировании лезвийной обработки.

Ключевые слова: жесткость станочной системы, моделирование процесса формообразования, сила резания, СПИД

Практически все действующие предприятия машиностроения были созданы в условиях государственной собственности. Государство обеспечивало плановые заказы на выпускаемую продукцию по утверждённым планам, но оно же создавало условия для их выполнения по части обеспечения ресурсами. В стабильных условиях деятельности основной задачей производства был выпуск продукции требуемого качества в заданные сроки. Для этого было достаточно иметь утверждённые стандартизованные формы технологической документации, и поддерживать требуемую технологическую точность оборудования по типовым методикам. Вся система управления, включая информационную базу и подготовку специалистов, создавалась для решения задач обеспечения требуемой точности [1].

По мере развития рыночных отношений и внедрения на предприятиях систем менеджмента качества, требования к управлению существенно изменились:

- требуется оптимизировать не только загрузку рабочих мест в каждом плановом периоде, но и непосредственно режимы обработки;

- требуется обеспечить дополнительные гарантии исключения брака;

- требуется максимально снижать себестоимость выпускаемой продукции;

- требуется вести учёт расхода ресурсов и трудозатрат по рабочим местам.

Таким образом, сими задачи управления становятся значительно более сложными. Кроме того, требуется принимать решения максимально оперативно, при этом с минимальными затратами. Чтобы обеспечить это, требуется не только повысить качество проектирования, но и наладить новый уровень управления в действующих технологических процессах, а также организовать постоянную подготовку и передачу технологической информации для автоматизированного планирования. Исходя из того, что результативность управления определяется глубиной моделирования содержания отдельных процессов деятельности, предложено в качестве базового объекта управления выбрать каждую отдельную операцию, выполняемую в режимах производственного задания на отдельном рабочем месте. В связи с этим типовыеe. задачи информационного обеспечения на рабочих местах предлагается сформулировать в следующем виде: прогнозирование комплекса показателей точности производительности и экономичности обработки с учётом действительного текущего состояния технологических систем на рабочих местах [1].

В данной статье предлагается рассмотреть учет влияния жесткости налаженной станочной системы на взаимное положение заготовки и инструмента. С момента начала взаимодействия (врезания) между режущими кромками инструмента и материалом обрабатываемой детали возникают силы резания, внутренние силы сопротивления материала, препятствующие удалению с него снимаемого слоя.

С начала действия сил резания режущие кромки инструмента и обрабатываемая деталь начинают перемещаться в пространстве в первый момент за счет зазоров в стыках деталей системы СПИД, затем - контактных деформаций стыков и, наконец, - собственных деформаций деталей системы СПИД [2].

Эти перемещения происходят до тех пор, пака силы сопротивления и их моменты, создаваемые упругими силами материалов деталей, слоев смазки, сил трения и силы тяжести деталей, не уравновесят сил резания и их моментов.

Равновесие сил и моментов создает в системе СПИД величину натяга, необходимую для съема слоя материала с обрабатываемой детали.

Если бы в продолжение всего времени обработки детали, это равновесное состояние системы СПИД не было нарушено, то ту часть погрешности динамической настройки, которая порождается изменением припуска на обработку и твердости материала деталей, оставалась бы постоянной. Выше указывалось, что благодаря непрерывному изменению всех факторов, действующих в процессе обработки, равновесное состояние системы СПИД нарушается, вследствие чего возникают дополнительные пространственные перемещения режущих кромок инструмента относительно технологических баз 

Для того, чтобы иметь возможность учитывать влияние динамической погрешности на полюса вектора формообразования, необходимо рассмотреть влияние наиболее значимых факторов, действующих в процессе обработки, на образование этой погрешности.

Рассмотрим образование погрешностей от жесткости технологической системы. Заготовка имеет равномерно расположенный припуск по всей поверхности.

В момент начала резания обрабатываемая деталь под действием силы резания Р (или эквивалентной ей силы Рэ) начинает смещаться. По мере перемещения резца вдоль обрабатываемой поверхности детали величина сил реакции, действующих в центрах задней и передней бабок станка, будет изменяться появятся погрешности динамической настройки размерных и кинематических цепей системы СПИД (1).

(1) ,

где х - расстояние резца от переднего конца детали до точки приложения силы резания Р; jп - жесткость, измеренная на переднем центре; jз - жесткость, измеренная на заднем центре; о и з -коэффициенты, учитывающие связь между силой резания Р и эквивалентной ей силой Рэ у передней и задней бабок.

Отсюда следует вывод, что при обработке детали в силу податливости станка нельзя получить идеальный профиль детали даже при постоянстве силы резания Р. Можно уменьшить погрешность формы, но нельзя от нее избавиться путем увеличения жесткости станка, так как их физически нельзя сделать абсолютно жесткими.

Под действием силы резания обрабатываемая заготовка упруго деформируется. Следовательно, к упругому перемещению yц добавляется упругое перемещение детали уд, порождаемое собственной деформацией(2).

(2)

где г - коэффициент, учитывающий связь эквивалентной силы с силой резания; jд - жесткость детали, т.е. способность его сопротивляться перемещению в направлении радиуса, соединяющего ось детали с точкой соприкосновения с резцом.

Перемещение резца, возникающее из-за перемещений несущего его суппорта, порождают дополнительную величину упругого перемещения системы СПИД. Под влиянием силы резания возникают собственные упругие деформации резца. инструмент деталь погрешность деформация

Таким образом, в общем случае величина упругого перемещения, возникающая на замыкающем звене размерной цепи системы СПИД, представляет собой алгебраическую сумму рассмотренных выше упругих перемещений, порождаемых станком (суппортом или другим узлом, несущим инструмент, собственными деформациями режущего инструмента…) и обрабатываемой деталью, т.е. получаем(3):

(3)

где б и в - коэффициенты, показывающие зависимость Рэ от силы резания у соответствующих узлов деталей.

Библиографический список

1. Балабанов Игорь Петрович. Автоматизированная система управления формообразованием на основе моделирования процесса формирования отклонений комплекса показателей точности: На примере токарных операций: дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 05.13.06, 05.03.01.- Набережные Челны, 2006.- 181 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/3325

2. Балабанов И.П., Зиянгирова Л.Ф., Сафаров Д. Т. Моделирование процесса растачивания отверстия // Информационные технологии. Автоматизация. Актуализация и решение проблем подготовки высококвалифицированных кадров (итап-2012): сб. статей. - Набережные челны, 2012 - С. 9-16.

3. Чермянин А.А., Балабанов И.П. Анализ систем моделирования станочных систем // итоги 2015 года: идеи, достижения. Сборник материалов II Региональной студенческой научно-практической конференции с всероссийским участием. 2015 Издательство: КНИТУ-КАИ

4. Balabanov I P, Balabanova O N, Groshev A V, Formation of initial data of the workpiece batch in simulation modeling precision forming, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 86, Issue 1, 26 June 2015

5. Савин И.А. Формирование базы данных вариантов материала режущей части инструмента и метода его поверхностного упрочнения/И.А. Савин//Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева/НГТУ им. Р.Е. Алексеева. -Нижний Новгород, 2012. №3. -С. 97-105

6. Касьянов С.В., Кондрашов А.Г. Результативный и экономичный мониторинг показателей точности автокомпонентов//Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии: сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн. конф., посвященной 50-летию кафедры технологи машиностроения ЛГТУ, 17 -19 мая 2012 г./под общ. ред. проф. А.М. Козлова. Ч. 2. Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012. С. 246 -249.

Размещено на Allbest.ru