Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Содержание

• Введение
• 1. Анализ конструкции обрабатываемых деталей, уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали - представителя (маршрута обработки и операции, выполняемой на проектируемом станке)

2. Основные технологические условия использования станка

• 2.1 Основные переходы и схемы обработки
• 3. Разработка кинематической структуры и синтез 2-х вариантов компоновок проектируемого станка
• 4. Определение рабочего пространства и рабочего поля станка. Назначение основных размерных параметров элементов компоновки станка
• 4.1 Определение рабочего пространства и рабочего поля станка
• 4.2 Назначение основных размерных параметров элементов компоновки станка
• 5. Определение составляющих сил резания в рабочем поле станка
• 6. Расчет статической податливости и баланса упругих перемещений двух вариантов компоновок станка
• 6.1 Расчет поперечных и продольных направляющих компоновки c₁OZX
• 6.2 Расчет поперечных и продольных направляющих компоновки c₂WOX
• 6.3 Сравнение компоновок c₁OZX и c₂WOX
• 6.4 Расчет баланса упругих перемещений компоновки c₁OZX
• 6.5 Расчет баланса упругих перемещений компоновки c₂WOX
• 6.6 Сравнение и выводы баланса упругих перемещений компоновок c₁OZX и c₂WOX
• 7. Расчет статической податливости и баланса упругих перемещений двух вариантов компоновок станка
• 7.1 Расчет баланса упругих перемещений компоновки c₁OZX
• 7.2 Расчет баланса упругих перемещений компоновки c₂WOX
• 8. Выбор варианта компоновки станка по критериям податливости и геометрической точности
• 9. Выбор варианта компоновки станка по критериям податливости и геометрической точности
• Заключение
• Список литературы


Введение

В последнее время к качеству изготовляемой детали предъявляются всё более жесткие требования, поэтому появилась необходимость в автоматизации производства. С появлением автоматизированного производства резко повысилась также производительность труда, и, следовательно, возросли темпы прироста выпуска продукции.

Основу автоматизации производства составляют станки с числовым программным управлением (ЧПУ), робототехнические комплексы (РТК), автоматизированные транспортно-складские системы (АТСС) и гибкие производственные системы (ГПС).

Для современного этапа развития машиностроения характерен быстрый рост выпуска новых видов продукции. В условиях жесткой конкуренции это требует значительного сокращения цикла технической подготовки производства. В связи с этим наряду с решением проблем автоматизации определяющее значение приобретают задачи обеспечения гибкости производственных систем, способных оперативно перестраиваться на выпуск новой продукции. Мехатронные станочные системы (МСС), как станки с компьютерным управлением, являются более гибкими по сравнению с обычными станками с ЧПУ и позволяют в более короткие сроки переналадить производство на выпуск новой продукции. Модульное проектирование позволяет повысить технологические возможности станков и снизить себестоимость их изготовления.



1. Анализ конструкции обрабатываемых деталей, уточнение маршрутной и операционной технологии изготовления детали - представителя (маршрута обработки и операции, выполняемой на проектируемом станке)

В качестве примера выступает деталь типа “поршень”. Эта деталь изготавливается на заводе ПАО “УМПО”. Поршень применятся для передачи движения для сужения и расширения сопла. Эскиз детали представлен на рисунке 1. 3D модель поршня представлена на рисунке 2.

Рисунок 1. Эскиз детали «Поршень»

Рисунок 2. 3D модель детали «Поршень»



Материал: Сталь 15Х16К5Н2МВФАБ - Сталь мартенситная жаропрочная повышенной коррозионной стойкости. (ТУ 14-1-2756-79) (ЭП866).

предел прочности [?_в] = 1010 - 1270 МПа,

предел текучести [?_т] = 834 МПа,

относительное удлинение д = 12 %,

Данная сталь применяется при изготовлении корпусов и крышек установок на АЭС, корпусных деталей авиационного назначения, авиастроения.

Химический состав материалов представлен в таблице 1.

Таблица 1

Хим. Состав ЭП866

С	Сr	Co	Ni	Mo	W	V	NB	N	Fe	Si	Mn	S	P
										Не более
0,16-0,18	15,0-16,5	4,5-5,5	1,7-2,1	1,35-1,65	0,65-1,0	0,18-0,3	0,2-0,35	0,03-0,08	Основа	0,6	0,6	0,02	0,03

Максимальный диаметр обработки D_max = 45 мм (Заготовки). Минимальный диаметр обработки D_min = 7 мм. Максимальная длина обработки L_max = 115 мм (Заготовки).

В конструкции детали есть элементы с повышенными требованиями к точности H9, H11, H12, h8, f7. Плоскости с повышенными требованиями взаимного расположения: Биения относительно базы “А” 0,02. Биения относительно базы “Б” 0.02. Биения относительно базы “Л” 0.02. Биения относительно базы “Е” 0,05. Биения 0,05.

Переходы на проектируемом станке: Точение

Анализируя базовый вариант маршрутной технологии, были внесены предложения по ее оптимизации и улучшению (таблица 3). При применении многоцелевого токарного патронно-центрового станка с ЧПУ модели 200HTP предназначенного для выполнения разнообразных токарных работ при обработке детали различной сложности. Оснащенного контршпинделем. Револьверной головкой с приводным инструментом. Появляется возможность совместить операции: ОП40010 и ОП40020. ОП40045, ОП40050 и ОП40075. ОП40055, ОП40060, ОП40070, ОП40080, ОП40090 и ОП40120. А также экономится время на перестановку детали за счет совмещения фрезерования паза и сверление отверстия.

Таблица 3

Предлагаемая маршрутная технология

05	Токарная	Проектируемый станок
10	Токарная	Проектируемый станок
15	Токарная	Проектируемый станок
20	Токарная	Проектируемый станок
25	Токарная	Проектируемый станок
30	Промывка	УЗВ-18М
40035	Контроль твердости	ТШ-2
40040	Токарная	Проектируемый станок
40045	Токарная	Проектируемый станок
40050	Слесарная	Верстак
40055	Долбежная	ДШ-6
40060	Шлифовальная	3132
40065	Шлифовальная	3132
40070	Полировальная	Проектируемый станок
40075	Полировальная	Проектируемый станок
40080	Промывка	УЗВ-18М
40085	Слесарная	Верстак
40090	Контроль магнитопорошковый
40097	Промывка	УЗВ-18М
40100	Контроль	Стол контрольный
41000	Хромирование
42000	Меднение
43145	Контроль входной	Стол контрольный
43150	Шлифовальная	3132
43155	Шлифовальная	3132
43160	Шлифовальная	3132
43165	Промывка	УЗВ-18М
43170	Полировальная	Проектируемый станок
43175	Промывка	УЗВ-18М
43180	Контроль	Стол контрольный
43185	Упаковывание	Стол
43190	Окончательная сдача

Как видно из предлагаемой технологии количество операций сокращается на 8.



2. Основные технологические условия использования станка

К этим условиям относятся:

· обрабатываемые материалы и их предельные характеристики.

Коррозионно-стойкая жаропрочная высоколегированная мартенситного класса ЭП866 _в = 1010ч1270 МПа.

Основные переходы обработки:

- Токарная (продольное, растачивание, канавки).

· характер обработки

- чистовая, с глубиной резания t = 0,5 мм.

· вид материала режущей части резцов

- твердый сплав Т15К6;

· предельные размеры обработки

- d_max = 45 мм, d_min = 8,5 мм (точение);

- d_max = 45 мм, d_min = 40 мм (канавки);

2.1 Основные переходы и схемы обработки

Переходы входящие в выполняемую операцию на проектируемом станке, приведены на рисунке



Результаты анализа схем обработки для осуществления заданных переходов обработки приведены в таблице 4.

Таблица 4

Сведения о применяемых схемах обработки

Наименование перехода обработки	Схема обработки	Метод формообразования поверхности	Состав исполнительных движений
1	2	3	4
Точение продольное		Метод следа и следа	Фv(В1) Фs(П3) Н1(П2) Н2(П3)
Растачивание цилиндра		Метод следа и следа	Фv(В1) Фs(П3) Н1(П2) Н2(П3)
Проточка канавок		Метод копирования и следа	Фv(В1,) Фs(П2) Н1(П2) Н2(П3)
По переходам по 1-му варианту компоновки	Точение продольное: П3,П2 - инструмент; В1 - вращение шпинделя; Растачивание цилиндра: П3,П2 - инстурмент; В1 - вращение шпинделя; Точение канавки: П3,П2 - инстурмент; В1 - вращение шпинделя;
По переходам по 2-му варианту компоновки	Точени продольное: П2 - инстурмент; В1,П3 - задняя бабка; Растачивание цилиндра:П3 - инстурмент; В1,П3- задняя бабка; Точение канавки: П2- инстурмент; В1,П3- задняя бабка;



3. Разработка кинематической структуры и синтез 2-х вариантов компоновок проектируемого станка

Кинематическая структура будет как у станка аналога 200HTP, и будет зависеть от вариантов компоновки.

Кинематическая структура выбранного варианта представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Кинематическая структура при обработке в шпинделе

Кинематическая структура при обработке в контршпинделе представлена на рисунке 4.



Компоновка выбранного варианта проектируемого станка при обработке в шпинделе представлена на рисунке 5.

На станине 7 (рис. 5) базируется неподвижная шпиндельная бабка, подвижный контршпиндель 8, продольные салазки 3. Шпиндель с помощью тормозного устройства может устанавливаться в любом угловом положении. На продольных салазках базируются поперечные салазки 4, на которых в свою очередь расположена револьверная головка 5. В револьверной головке станка 200HTP имеется возможность установки приводного инструмента, как осевого так и радиального.

Рисунок 5. Компоновка первого варианта проектируемого станка (c₁OZX): 1 - шпиндельная бабка; 2 - шпиндель; 3 - продольные салазки; 4 - поперечные салазки; 5 - револьверная головка; 6 - направляющие; 7 - станина; 8 - контршпиндель

На рисунке 6 изображена компоновка при обработке в контршпинделе (с₂OZX)

Рисунок 6. Компоновка при обработке в контршпинделе (c₂OZX)

Отличие компоновок заключается в том, что в 1-ом варианте вращение “c” осуществляется шпинделем, а осевые перемещения осуществляются за счет перемещений салазок. Во-втором варианте вращение заготовки “с” осуществляется контршпинделем и осевое перемещение по оси Z осуществляется задней бабкой, а перемещение по оси X осуществляется перемещение поперечными салазками.

При анализе компановки станка, особенно в процессе его проектирования, целесообразно составить матрицу кодов возможных компоновк путем изменения последовательности расположения координатных движений его исполнительных органов.

Составим сокращенную матрицу кодов возможных компоновок проектируемого мехатронного станочного оборудования, выделим из полученного множества работоспособные компоновки, обозначим компоновки, соответствующие ранее рассмотренным структурным схемам и исключим варианты, которые неработоспособны, нерациональны или ухудшают важные показатели качества данного оборудования. Результаты анализа сведем в таблицу 5.

Обозначение компоновки записывают в порядке расположения блоков, причем обозначение концевого блока, несущего режущий инструмент, записывают всегда крайним справа, а блоки, несущего заготовки, - крайним слева. Направления координатных осей выбрали согласно теории Ю.Д. Врагова.

Перед синтезом возможных компоновок для сокращения нереализуемых вариантов вводится ряд ограничений:

1) Станок является системой разомкнутой. Блоки, несущие инструмент и заготовку, в компоновке всегда крайние, через которые, после инструмента и заготовки, замыкается несущая система станка (при резании);

2) Обозначение компоновки записывают в порядке расположения блоков, причем обозначение концевого блока, несущего режущий инструмент, записывают всегда крайним справа, а блоки, несущего заготовки, - крайним слева.

3) Неподвижный узел обозначается символом «О», а подвижные обозначаются символами «X, Z, W», если они перемещаются прямолинейно по соответствующим осям координат.

Таблица 5

Матрица компоновок

	1	2	3	4	5	6
1	XOZc1+ XOWc2	ZOXc1+ WOXc2	c1OXZ+ c2OXW	XOZc1+ XOZc2	ZOXc1+ ZOXc2	c1OXZ+ c2OXZ
2	XOc1Z+ XOc2W	ZOc1X+ WOc2X	c1OZX+ c2ОWX	XOc1Z+ XOc2Z	ZOc1X+ ZOc2X	c1OZX+ c2ОZX
3	Xc1OZ+ Xc2OW	Zc1OX+ Wc2OX	c1OZX+ c2WOX	Xc1OZ+ Xc2OZ	Zc1OX+ Zc2OX	c1OZX+ c2ZOX
4	XZOc1+ XWOc2	ZXOc1+ WXOc2	c1XOZ+ c2XOW	XZOc1+ XZOc2	ZXOc1+ ZXOc2	c1XOZ+ c2XOZ
5	XZc1O+ XWc2O	ZXc1O+ WXc2O	c1XZO+ c2XWO	XZc1O+ XZc2O	ZXc1O+ ZXc2O	c1XZO+ c2XZO
6	Xc1ZO+ Xc2WO	Zc1XO+ Wc2XO	c1ZXO+ c2WXO	Xc1ZO+ Xc2ZO	Zc1XO+ Zc2XO	c1ZXO+ c2ZXO

Чтобы учесть влияние направляющих контршпинделя на податливость станка рассматривается компоновка c1OZX+c2WОX.

В таблице 6 показан фрагмент матрицы работоспособных компоновок для двух вариантов.

Таблица 6

Матрица выбранных компоновок

Вариант 1	Вариант 2
В1 - с1 П2 - X П3 - Z О - станина Компоновка: cZOX - деталь закреплена в шпинделе, имеет непрограммируемое вращение (с1), передняя бабка находится на станине неподвижно, на станине О базируется продольные салазки (программируемая ось Z) несущие поперечные салазки с инструментом (программируемая ось X)	В1 - с2 П2 - X П3 -W Компоновка: cOZX - деталь закреплена в контршпинделе, имеет непрограммируемое вращение (с2), на станине находятся продольные направляющие, на которых базируется задняя бабка, которая осуществляет перемещение по оси W. На станине О базируется продольные салазки (программируемая ось Z) несущие поперечные салазки с инструментом (программируемая ось X)



4. Определение рабочего пространства и рабочего поля станка. Назначение основных размерных параметров элементов компоновки станка

4.1 Определение рабочего пространства и рабочего поля станка

Определим размеры рабочего пространства и рабочего поля станка.

Рабочее пространство - это область, где может располагаться обрабатываемая заготовка. Для токарных станков рабочим пространством является цилиндр.

Размер рабочего пространства проектируемого станка определяется возможностью расположения в нем заготовки и приспособления. В практике же, рабочее пространство станка 200HTP представляет собой размерами: диаметр 280 мм, длина 700 мм.

Рассчитаем рабочую зону проектируемого станка:

(1.1)

Принимаем высоту центров 140 мм, как у станка аналога для возможности обработки деталей большего диаметра.

(1.2)

(1.3)

Таким образом, рабочее пространство у проектируемого станка будет цилиндр диаметром 280 мм, и длиной 530 мм.

Рабочим полем станка называется часть рабочего пространства, в котором могут взаимодействовать инструмент и деталь. В нашем случае это два прямоугольника размерами 22,5x115 мм.

Эскиз рабочего пространства представлен на рисунке 7.

Рисунок 7. Рабочее пространство и рабочее поле многоцелевого станка

4.2 Назначение основных размерных параметров элементов компоновки станка

Основные размеры станка, необходимые для дальнейших расчетов, для компоновки c₁OZX+c2WОX приведены на рисунке 8. Размерные параметры компоновок выбраны исходя из условия обеспечения свободного доступа режущего инструмента в любую точку рабочего пространства.

Рисунок 8. Основные размеры компоновки c₁OZX+c₂ОZX.



5. Определение составляющих сил резания в рабочем поле станка

Составляющие силы резания тангенциальную P_z, радиальную P_y и осевую P_x, действующие в рабочем поле станка, определяются для наиболее нагруженного перехода - токарная на проектируемом станке.

Расчет сил резания обрабатываемого материала - сталь II группы.

Где P_z - составляющая силы резания, С_р - эмпирический коэффициент, v - скорость резания, S - подача, t - глубина резания.

Эмпирический коэффициент С_р находится по таблице 25 [1] “точение заготовок из сталей III группы” и С_р = 3300. Глубина резания также находится по таблице 5 [1] “Рекомендуемые твердые сплавы для точения и растачивания в зависимости от материала заготовки и сечения срезаемого слоя”, принимаем t = 1мм. Подача S определяется по таблице 21 “Подачи при точении на токарных и карусельных станках заготовок из сталей I - III группы” [1] согласно установленным характерным условиям обработки детали. Скорость резания v находим по таблице 48[1] “Режим получистовой обработки” и v = 139 м/мин.



6. Расчет статической податливости и баланса упругих перемещений двух вариантов компоновок станка

Жесткость несущей системы и станка в целом существенно зависит от компоновки, в частности, от размеров и расположения направляющих и корпусных деталей. Оказывая непосредственное влияние на точность и виброустойчивость и будучи косвенно связанной с производительностью; жесткость в этом смысле занимает центральное место среди характеристик качества компоновки. Следовательно, при анализе качества компоновок станков оценка жесткости имеет первостепенное значение. Для определения жесткости будем работать с обратным параметром жесткости - податливостью.

Каждой точке рабочего поля соответствуют определенные значения жесткости компоновки, зависящее от силовых характеристик, образующих силовое поле компоновки. Это поле векторное, поскольку в общем случае сила резания является трехмерным вектором.

, (6.1)

где - векторы координатных составляющих силы резания по осям X, Y, Z.

Направление вектора силы резанияопределяется соотношениями и знаками векторов и зависит от типа инструментов, углов заточки, направления прохода и т.п. При анализе качества компоновок станков целесообразно рассматривать раздельно поля нагрузок , предполагая независимое действие этих сил.

Расчетные точки рабочего поля выбираются таким образом, чтобы определить минимальную и максимальную податливость компоновки по координатам. Для рабочего поля, представляющего собой прямоугольник, расчет необходимо вести для 5 точек (рис. 9)

Рисунок 9.Расчетные точки станка

Расчет податливостей элементов компоновки удобно вести в частных координатах b, h, l, которые в итоге при определении податливостей компоновки в целом переводятся в координата станка X, Y, Z. В этом случае составляющие силы резания Р обозначаются индексами b,h,l в соответствии с направлениями их действия в частных координатах и прикладываются в расчетной точке поля (рис.8).

Податливость элементов компоновки рассчитываются по обобщенным формулам[2]:

;

;(6.2)

;

где - коэффициенты приведения податливости по координатам b, h, l .

Коэффициенты приведения податливости определяются для каждой точки рабочего поля с учетом кручения и опрокидывания узла по формулам [2]:

;

; (6.3)

;

где l_pb, l_ph, l_pl - вылеты расчетных точек относительно центра жесткости 0 направляющих, м;

r_b, r_h, r_l - радиусы инерции расположения роликовых опор относительно соответствующих осей, м.

Для направляющих качения с "танкетками" радиусы инерции определяются по формулам:

;

; (6.4)

,

где b₀ - расчетная ширина направляющих, м;

n и n' - число роликовых опор по длине лобовых и боковых граней соответственно;

r_i - расстояние вдоль оси l от центров опор до середины направляющих, м.

Обычно n = n', но в некоторых случаях они разные

При п = п' = 2 r_b = r_h = 0,5•l₀ ; при п = п' = 3 r_b = r_h = 0,41•l₀; при п = п' = 4 r_b = r_h = 0,37•l₀ где l₀ - расчетная длина направляющих, м.

Для направляющих качения о рассредоточенными роликами радиусы инерции определяются по формулам:

; (6.5)

Номинальную податливость для направляющих скольжения определили по формуле:

(6.6)

где коэффициент, зависящий от конструкции устройства, обеспечивающего предварительный натяг. Ориентировочно можно принять

податливость одной роликовой опоры, м/Н;

n - число роликовых опор в продольном направлении, зависящее от длины направляющих.

Податливость одной роликовой опоры определяется зависимостью:

где коэффициент податливости для одного ролика, зависящий от материала, размеров и точности изготовления роликов и направляющих;

b - длина ролика;

число рабочих роликов в одной опоре.

Имея значения податливостей по осям, мы сможем определить значение суммарной податливости по формуле:



(6.7)

Зная податливости по осям и составляющие силы резания по этим же осям, мы сможем определить упругие перемещения рабочих точек по формулам:

(6.8)

где составляющие силы резания.

6.1 Расчет поперечных и продольных направляющих компоновки c₁OZX

Для расчета направляющих воспользуемся программой. На рисунке 10 приведены геометрические параметры поперечных направляющих, которые определяются по чертежам.

Рисунок 10. Геометрические параметры

На рисунке 11 приведены геометрические параметры продольных направляющих, которые определяются по чертежам.

Рисунок 11. Геометрические параметры

Рассчитываем податливости поперечных и продольных направляющих с помощью программ “Анализ компоновок токарных станков”. На рисунке 12 представлен график податливости направляющих станка. Общая податливость станка представлена на рисунке 13.

Рисунок 12. Податливость направляющих компоновки c₁OZX



Рисунок 13. Общая податливость компоновки c₁OZX

Значение податливости в дальнейшем используем для сравнения компоновок c₁OZX и c₂WOX.

6.2 Расчет поперечных и продольных направляющих компоновки c₂WOX

Для расчета направляющих воспользуемся программой. На рисунке 14 приведены геометрические параметры поперечных направляющих, которые определяются по чертежам.

Рисунок 14. Геометрические параметры

На рисунке 15 приведены геометрические параметры продольных направляющих, которые определяются по чертежам.

Рисунок 15. Геометрические параметры

Рассчитываем податливости поперечных и продольных направляющих с помощью программ “Анализ компоновок токарных станков”. На рисунке 16 представлен график податливости направляющих станка. Общая податливость станка представлена на рисунке 17.

Рисунок 16. Податливость направляющих компоновки c₂WOX

Значение податливости в дальнейшем используем для сравнения компоновок c₁OZX и c₂WOX.

Рисунок 17. Общая податливость компоновки c₂WOX

6.3 Сравнение компоновок c₁OZX и c₂WOX

Сравним графики податливости компоновок (рис. 18), полученные с помощью программы “Анализ компоновок токарных станков” и выберем наиболее приемлемую.

а) Компоновка c₁OZX б) Компоновка c₂WOX

а) Компоновка c₁OZX б) Компоновка c₂WOX

Рисунок 18. Графики податливости направляющих и соотношения податливостей станка

Проанализировав полученные результаты можно сделать вывод, что наиболее точную обработку необходимо проводить в ШУ₁, так как компоновка c₁OZX имеет наименьшую податливость и, следовательно, наибольшую жесткость.

технологический рабочий компоновка станок деталь

6.4 Расчет баланса упругих перемещений компоновки c₁OZX

Упругое перемещение элемента компоновки зависит от силы резания и определяется по формуле:

(6.9)

где К, м/Н - податливость элемента компоновки в направлении соответствующей оси;

P_рез, Н - сила резания в направлении соответствующей оси.

Расчет перемещений ведем с помощью программы MS Excel. Результаты расчета приведены в таблице 6.

Таблица 6

Расчет упругих перемещений поперечных направляющих

№, т	Перемещение направляющих по осям, мм	Суммарное перемещение, мм
	Kl = Kx	Kh = Ky	Kb = Kz
1	3,34964E-05	2,82273E-05	0,000351921	0,000413644
2	3,38351E-05	3,27437E-05	0,000387172	0,000453751
3	3,42115E-05	2,87918E-05	0,000352216	0,000415219
4	3,41739E-05	3,33082E-05	0,000387614	0,000455096
5	3,34211E-05	2,96575E-05	0,000360623	0,000423701

Аналогично расчеты проводятся для продольных направляющих. Результаты расчетов приведены в таблице 7.



Таблица 7

Расчет упругих перемещений продольных направляющих

№, т	Перемещение направляющих по осям, мм	Суммарное перемещение, мм
	Kl = Kx	Kh = Ky	Kb = Kz
1	3,07698E-05	2,59296E-05	0,000323274	0,000379974
2	3,10809E-05	3,00783E-05	0,000355656	0,000416815
3	3,14267E-05	2,64482E-05	0,000323545	0,00038142
4	3,13921E-05	3,05969E-05	0,000356062	0,000418051
5	3,07006E-05	2,72434E-05	0,000331268	0,000389212

6.5 Расчет баланса упругих перемещений компоновки c₂WOX

Расчет перемещений ведем с помощью программы MS Excel. Результаты расчета приведены в таблице 8.

Таблица 8

Расчет упругих перемещений поперечных направляющих

№, т	Перемещение направляющих по осям, мм	Суммарное перемещение, мм
	Kl = Kx	Kh = Ky	Kb = Kz
1	1,83764E-05	2,66067E-05	0,000539699	0,000584682
2	1,84473E-05	2,97995E-05	0,000563333	0,00061158
3	1,88021E-05	2,74226E-05	0,000539143	0,000585368
4	1,88908E-05	3,058E-05	0,000562777	0,000612248
5	1,86247E-05	2,76E-05	0,00054526	0,000591485

Аналогично расчеты проводятся для продольных направляющих. Результаты расчетов приведены в таблице 9.

Таблица 8

Расчет упругих перемещений продольных направляющих

№, т	Перемещение направляющих по осям, мм	Суммарное перемещение, мм
	Kl = Kx	Kh = Ky	Kb = Kz
1	1,90778E-05	2,76224E-05	0,000560301	0,000607001
2	1,91515E-05	3,0937E-05	0,000584837	0,000634926
3	1,95198E-05	2,84694E-05	0,000559723	0,000607713
4	1,96119E-05	3,17473E-05	0,00058426	0,000635619
5	1,93356E-05	2,86536E-05	0,000566074	0,000614063

6.6 Сравнение и выводы баланса упругих перемещений компоновок c₁OZX и c₂WOX.

На рисунке 19 приведена гистограмма суммарных упругих перемещений элементов компоновки c₁OZX.

Рисунок 19. Гистограмма суммарных упругих перемещений элементов компоновки c₁OZX

В компоновке c₁OZX наибольшее перемещение возникает вследствие деформации поперечных направляющих. Таким образом, для данной компоновки рекомендуется усилить поперечные направляющие, либо изменить их тип на более жесткие направляющие качения.

На рисунке 20 приведена гистограмма суммарных упругих перемещений элементов компоновки c₂WOX.

В компоновке c₂WOX наибольшее перемещение возникает за счет деформации продольных направляющих. Таким образом, для данной компоновки рекомендуется усилить продольные направляющие качения, либо изменить их тип на более жесткие направляющие качения.

Рисунок 20. Гистограмма суммарных упругих перемещений элементов компоновки c₂WOX

Для сравнения компоновок c₁OZX и c₂WOX приведем результаты расчета суммарных упругих перемещений элементов по соответствующим осям в таблице.

Таблица 10

Расчет суммарных упругих перемещений элементов компоновки c₁OZX

№, т	Перемещение направляющих по осям, мм	Суммарное перемещение, мм
	Kx	Ky	Kz
1	3,57E-04	5,42E-05	3,83E-04	0,000793618
2	3,89E-04	6,28E-05	4,18E-04	0,000870566
3	3,58E-04	5,52E-05	3,84E-04	0,000796639
4	3,90E-04	6,39E-05	4,19E-04	0,000873147
5	3,65E-04	5,69E-05	3,91E-04	0,000812914

Таблица 10

Расчет суммарных упругих перемещений элементов компоновки c₂WOX

№, т	Перемещение направляющих по осям, мм	Суммарное перемещение, мм
	Kx	Ky	Kb = Kz
1	5,79E-04	5,42E-05	5,59E-04	0,001191683
2	6,03E-04	6,07E-05	5,82E-04	0,001246505
3	5,79E-04	5,59E-05	5,59E-04	0,00119308
4	6,03E-04	6,23E-05	5,82E-04	0,001247867
5	5,85E-04	5,63E-05	5,65E-04	0,001205548

На рисунке 21 приведена гистограмма суммарных упругих перемещений элементов компоновок c₁OZX и c₂WOX.

Рисунок 21 Гистограмма суммарных перемещений элементов компоновок c₁OZX и c₂WOX

Проанализировав полученные результаты наиболее жесткой является компоновка c₁OZX, так как она имеет наименьшую податливость и упругое перемещение элементов. Именно на этом варианте компоновки будет производится наиболее точная обработка.



7. Расчет статической податливости и баланса упругих перемещений двух вариантов компоновок станка

Геометрическая точность компоновки зависит от влияния веса подвижных элементов и от геометрической точности изготовления направляющих.

Вес подвижных элементов компоновки влияет в том случае, когда перемещение элемента приводит к его перекосу, например, если длина направляющих подвижной части стола больше длины направляющих ответной неподвижной части.

Геометрическая точность изготовления направляющих (не прямолинейность) также приводит к перекосу подвижного элемента компоновки и даже при высокой точности изготовления с учетом плеча расположения расчетной точки рабочего поля может привести к существенной погрешности взаимного положения.

Определение баланса геометрической точности компоновок станка ведется из погрешностей направляющих по осям:

(7.1)

где = []*L - номинальная погрешность направляющих качения;

где [] = 0,02 мм/м - погрешность изготовления направляющих станков класса точности Н;

L, мм - длина направляющих;

- коэффициенты приведения податливостей по осям b,h,l.



7.1 Расчет баланса упругих перемещений компоновки c₁OZX

Рассчитаем номинальную геометрическую погрешность для поперечных направляющих:

(7.2)

Для поперечных направляющих расчет геометрической точности идентичен во всех точка рабочего поля, так как положение инструмента относительно системы координат не изменяется.

Результаты расчета в MS Excel приведены в таблице 11.

Таблица 11

Геометрическая точность поперечных направляющих

№	Коэффициенты поведения податливости	Геометрическая точность по осям, мм	Суммарная точность, мм
	?xK	?yK	?zK	X	Y	Z
1,2,3,4,5	0,000134	0,000244	0,000266	0,121E-05	0,219E-05	0,239E-05	0,35E-05

Рассчитываем номинальную геометрическую погрешность для продольных направляющих:

(7.3)

Результаты расчета в MS Excel приведены в таблице 12.

Таблица 12

Геометрическая точность продольных направляющих

№	Коэффициенты приведения податливости	Геометрическая точность по осям, мм	Суммарная точность, мм
	?xK	?yK	?zK	X	Y	Z
1,2,3,4,5.	0,00031	0,00015	0,000142	0,279E-05	0,135E-05	0,1278E-05	0,27E-05



Гистограмма сравнения геометрической точности элементов по осям компоновки c₁OZX приведена на рисунке 22.

Рисунок 22. Гистограмма геометрической точности элементов по осям

Таким образом, наибольшая погрешность возникает из-за неточности изготовления поперечных направляющих. Рекомендуется для данной компоновки увеличить точность их изготовления.

7.2 Расчет баланса упругих перемещений компоновки c₂WOX

Рассчитаем номинальную геометрическую погрешность для поперечных направляющих:

(7.4)

Для поперечных направляющих расчет геометрической точности идентичен во всех точка рабочего поля, так как положение инструмента относительно системы координат не изменяется.

Результаты расчета в MS Excel приведены в таблице 13.



Таблица 13

Геометрическая точность поперечных направляющих

№	Коэффициенты поведения податливости	Геометрическая точность по осям, мм	Суммарная точность, мм
	?xK	?yK	?zK	X	Y	Z
1,2,3,4,5	0,000134	0,000244	0,000266	0,121E-05	0,219E-05	0,239E-05	0,35E-05

Рассчитываем номинальную геометрическую погрешность для продольных направляющих:

(7.3)

Результаты расчета в MS Excel приведены в таблице 14.

Таблица 14

Геометрическая точность продольных направляющих

№	Коэффициенты поведения податливости	Геометрическая точность по осям, мм.	Суммарная точность, мм
	?xK	?yK	?zK	X	Y	Z
1,2,3,4,5	6,849	0,00018	0,00036	0,089037	0,234E-05	0,468E-05	0,52E-05

Гистограмма сравнения геометрической точности элементов по осям компоновки c₁OZX приведена на рисунке 23.

Рисунок 23. Гистограмма геометрической точности элементов по осям

Та...