Разработка и исследование метода автоматической компенсации тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. На основе анализа имеющихся способов снижения влияния тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ на изменение их выходных параметров точности с учетом развития систем ЧПУ, построенных на базе микро — ЭВМ с высоким быстродействием и большим объемом памяти, показано, что перспективным направлением является применение программных методов компенсации этих погрешностей.

2. Предложен программный метод автоматической компенсации смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций по всем управляемым осям координат без измерения величин смещений оси шпинделя в процессе работы металлорежущего станка с ЧПУ путем внесения в основную программу обработку поправок, пропорциональных смещениям оси шпинделя из-за тепловых деформаций.

3. Для реализации данного метода выведены зависимости смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций в условиях повторно-переменного режима работы станка, позволяющие рассчитывать величину смещений оси шпинделя в любой период времени работы металлорежущего станка с ЧПУ во всем диапазоне частот вращения шпинделя.

4. Для ускоренной оценки характера и величины смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций с целью последующего использования этой информации в программном методе автоматической компенсации взят за основу и доработан метод ускоренных испытаний металлорежущих станков с ЧПУ. Для реализации метода ускоренных испытаний металлорежущих станков с ЧПУ выведены математические зависимости расчета параметров шести типовых функций изменения смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций, дано обоснование физической сущности и граничных условий данных типовых функций, позволяющих определять их характер. Доказано, что с помощью статистических методов расчета среднего ари (|метического установившегося значения смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций металлорежущих станков с можно рассчитывать параметры типовых функций изменения смещений оси шпинделя с определенной, наперед заданной точностью.

5. Предложена методика расчета параметров типовых функций изменения смещений оси шпинделя из-зя тепловых деформаций для металлорежущих станков с ЧПУ с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя. Доказано, что ошибка определения смещений оси шпинделя в установившемся режиме, рассчитанных по данной методике, не превышает Ю % значений, определенных методом ускоренных испытаний и статистически обработанными.

6. Лля практической реализации метода ускоренной оценки характера и величины смещения оси шпинделя из-за тепловых деформаций составлена программа для микро — ЭВМ, разработана и опробирована в производственных условиях бесконтактная система ускоренных испытаний металлорежущих станков с ЧПУ. Показано, что в современных станках с ЧПУ класса С//С структура системы значительно упрощается, т.к. имеется возможность непосредственного использования ЭВМ системы ЧПУ.

7. Проведенные исследования метрологических характеристик вихретоковых преобразователей (ВТП), входящих в состав измерительного канала бесконтактной системы ускоренных испытаний металлорежущих станков с ЧПУ по определению характера и параметров типовых функций изменения смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций показали, что данный тип ВТП может быть использован в составе различных систем для измерения линейных размеров и перемещений токо-проводящих объектов с суммарной погрешностью измерения не более.

2 мкм.

8. Анализ полных и ускоренных испытаний металлорежущих станков с ЧПУ подтверждает общие закономерности смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций в условиях непрерывного режима работы станка, ошибка определения смещений оси шпинделя ускоренным методом при установившемся режиме не превышает 10% по сравнению с полными испытаниями. Экспериментально показано, что время испытаний по методике ускоренных испытаний с применением статистических методов расчета среднего арифметического установившегося значения смещений оси шпинделя в зависимости от объема испытаний сокращается в 7−10 раз, достаточное количество экспериментов на одной частоте вращения шпинделя не превышает четырех.

9. Для практической реализации предложенного программного метода автоматической компенсации составлена программа для микроЭВМ, разработана и опробирована на станке модели 6520ФЗ с шаговым приводом подачи и системой ЧПУ НЗЗ-1М автоматическая система компенсации смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций по координате «У». Экспериментально установлено, что с применением автоматической системы компенсации смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций исследуемого металлорежущего станка с ЧПУ максимальная ошибка смещения оси шпинделя из всех реализаций на холостом ходу уменьшилась в пять раз, а при чередовании непрерывной обработки детали и работы станка на холостом ходу степень влияния смещения уровня настройки от тепловых деформаций по межцентровым расстояниям уменьшилась в четыре раза.

ТО. Анализ путей построения и возможностей использования систем компенсации смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ класса л/с. и С А/С показал, что для станков с ЧПУ класса УС необходимо встраивать микро — ЭВМ, а для станков с ЧПУ класса С //С можно рекомендовать в качестве одной из функций устройства ЧПУ расчет внецикловой программы компенсации смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций и введение коррекции в основную программу обработки. На примере микро-ЭШ «Электроника-60» доказано, что имеется достаточный резерв времени для выполнения внецикловой программы компенсации, составляющий 17,5 * 55% общего времени в зависимости от вида интерполяции.

II. Разработанные методика ускоренной оценки характера и величины смещений — оси шпинделя из-за. тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ и методика реализации автоматических систем компенсации смещений оси шпинделя из-за тепловых деформаций внедрены в Научно-исследовательском технологическом институте с суммарным годовым экономическим эффектом, равным 31 090 руб.

1. Алферов В. И. Исследование и расчет температурных полей итемпературных деформаций прецизионных металлорежущих станков от колебаний температуры воздуха и от внутренних источников тепла. Дис.. канд.техн. наук. — Москва, 1969. — 231 с.

2. Базров Б. М. Расчет точности машин на ЭВМ. М.:

3. Машиностроение, 1984. 256 с.

4. Балакшин Б. С. Основы технологии машиностроения. М.:

5. Машиностроение, 1982. 559 с.

6. Беликов Е. Г. Исследование накладных вихретоковых преобразователей. Дис.. канд. техн.наук. — Москва, 1977. — 219 с.

7. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.

8. Борисов Е. И. Исследование точности расположения осей отверстий при обработке корпусных деталей на многоцелевых станках с числовым программным управлением. Дис.. канд. техн.наук. — Москва, 1975. — 240 с,.

9. Борисов Е. И. Повышение точности обработки на многоцелевыхстанках с числовым программным управлением. В сб. Станки с числовым программным управлением, участки и автоматические линии на их основе. — М.: ВДЦНТП, 1974, с. 163−170.

10. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике.1. М.: Наука, 1964. 608 с.

11. Бурдун Г. Д., Марков Б. Н. Основы метрологии. М.: Изд.1. Стандартов, 1972. 312 с.

12. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964.576 с.

13. Викияма С., Какино Ё. Влияние изменения температуры наточность обработки и меры по его предотвращению. Пер. с япон. / ТПП БССР, 1975, № I0I85. -24 е., ил.

14. Глухенький А. И., Панов H.H., Равва Ж. С. Стабилизация температуры в прецизионных станках с помощью полупроводниковых охлаждающих устройств. Станки и инструмент, 1972, № 3, с. 9−10.

15. Горбунов В. П. Исследование технологической надежности металлорежущих станков вертикальной компоновки с позиционными системами ЧПУ с учетом взаимодействия станка и системы управления. Дис.. канд. техн. наук. — Москва, 1982. — 253 с.

16. ГОСТ II.001−73. Ряды предпочтительных чисел для входных величин статистических таблиц. М.: Изд. Стандартов, 1973. — 10 с.

17. ГОСТ. 13 377−75. Надежность в технике. Термины и определения.- М.: Изд. Стандартов, 1975. 13 с.

18. ГОСТ 12.1.005−76. Система стандартов безопасности труда.

19. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования. М.: Изд. Стандартов, 1976. — 21 с.

20. ГОСТ 22 261–76. Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия. М.: Изд. Стандартов, 1983. — 40 с.

21. ГОСТ 23 013–78. Масла вакуумные, Технические условия.

22. М.: Изд. Стандартов, 1978. 10 с.

23. Детали и механизмы металлорежущих станков / Под ред.

24. Д. Н. Решетова. М.: Машиностроение, т. 2, 1972, -520 с. 20. Ёсида Ё, Какино Ё. Динамика металлорежущих станковсообщение 6). Тепловая деформация металлорежущихстанков. Пер. с япон. / ВЦП, 1978, № Б-39 351. -28 е., ил.

25. Иванов А. Г. Измерительные приборы в машиностроении.

26. М.: Изд. Стандартов, 1981. 496 с.

27. Испытательная техника: Справочник / Под ред. В. В. Клюева.

28. М.: Машиностроение, т. 2, 1982. 560 с.

29. Киселев В. М. Фазовые системы программного управления станками. М.: Машиностроение, 1976. — 352 с.

30. Ковалев А. П., Кочалос Н. К., Колобов A.A. Экономическаяэффективность новой техники в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1978. 255 с.

31. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научныхработников). М.: Наука, 1968. — 720 с.

32. Корсаков B.C. Точность механической обработки. М.:1. Машгиз, 1961. 380 с.

33. КПСС. Съезд, 26-й. Москва. 1981. Основные направления экономического и социального развития СССР на 19 811 985 годы и на период до 1990 года. М.: Политиздат, 1981. — 95 с.

34. Краюшкин М. Т. Исследование точностных характеристик метода вихревых токов для контроля линейных размеров деталей в процессе механической обработки. Дис.. канд. техн. наук. — Москва, 1973. — 241 с.

35. Кузнецов к.П. Исследование и расчет влияния теплового режима станков с ЧПУ на их параметрическую надежность. Дис.. канд. техн. наук. Москва, 1981. — 233 с.

36. Кузнецов А. П., Уколов М. С. Исследование динамики формирования тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ. Известия ВУЗов. Машиностроение, 1978, № 4, с. 168−173.

37. Кузнецов М. М., Волчкевич Л. И., Замчалов Ю. П. Автоматизацияпроизводственных процессов. М.: Высшая школа, 1978. — 432 с.

38. Кузнецов Ю. В. Опыт внедрения систем числового программногоуправления мод. Н22−1м и Н33−1м. Л.: ЛДНТП, 1978. — 26 с.

39. Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976. 278 с.

40. Махаров Д. Г. Разработка и исследование принципов программной реализации функций ЧПУ на базе микро ЭВМ с учетом динамики исполнительного органа станка. -Дис.. канд. техн. наук. — Москва, 1980. — 212 с.

41. Машины и стенды для испытаний деталей машин / Под ред.

42. Д. Н. Решетова. М.: Машиностроение, 1979. -343 с.

43. Месаочи С. Металлорежущий станок. Пер. с япон. / ВЦП, 1974, № А-74 762. 12 е., ил.

44. Методика (Основные положения) определения экономическойэффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Госплан СССР, АН СССР, 1977. -54 с.

45. Надежность в технике. Технологические системы. Испытанияметаллорежущих станков с числовым программным управлением на технологическую недежность: Методические рекомендации. М.: ВНИИНМАШ — МВТУ, 1979. -57 с.- 174.

46. Нифагин С. Д., Стародубов B.C. Автоматическая система компенсации тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ. Робототехника и автоматизация производственных процессов.: Тез. докл. Всесоюзн. научно-техн. конф. — Барнаул, ч. П, 1983, с. 89.

47. Окубо Н., Сато М. Обработка резанием (на обрабатывающихцентрах) и меры предотвращения тепловыделения. — Пер. с япон. / ВЦП, 1977, № Б-19 808. 19 е., ил.

48. Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках.

49. A.M. Гильман, Л. А. Брахмин, Д. И. Батищев и др. -М.: Машиностроение, 1972. 188 с.

50. Основополагающие стандарты в области метрологического обеспечения. Издание официальное. М.: Изд. Стандартов, 1981. — 271 с.

51. Основы технологии машиностроения / Под ред. B.C. Корсакова.3 изд., доп. и перераб. М.: Машиностроение, 1977. — 416 с.

52. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий.

53. Под ред. В. В. Клюева. М.: Машиностроение, т. 2, 1976. — 326 с.

54. Просида К., Сукэдзо 0. Проектирование обрабатывающих цеховс учетом деформаций станков. Пер. с япон. / ВЦП, 1975, № A-780I8. — 22с., ил.- 175.

55. Проников A.C. Влияние параметров качества станков на точность обработки. М.: Машиностроение, 1973. -217 с.

56. Проников A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. 592 с.

57. Проников A.C., Юрин В. Н. Управление тепловыми деформациямиметаллорежущих станков с целью повышения их технологической надежности. Надежность и контроль качества, 1973, № 10, с. 27−38.

58. Резание конструкционных материалов, инструменты и станки.

59. Под ред. П. Г. Петруха. М.: Машиностроение, 1974. — 616 с.

60. Сато М., Такэути X. Системы анализа жесткости конструкцииобрабатывающих станков Пер. с япон. / ВЦП, 1977, № А-83 003. — 26 е., ил.

61. Смирнов Н. В., Дунин Барковский И. В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1969. — 512 с.

62. Соколовский А. П. Научные основы технологии машиностроения.- М. Л.: Машгиз, 1955. — 516 с.

63. Спадзутоми Т., Хироюки X. Способы предотвращения тепловойдеформации в металлорежущих станках. Пер. с япон, / ТПП БССР, 1976, № 10 278. — 28 е., ил.

64. Стародубов B.C., Кузнецов А. П. Влияние тепловых деформацийстанков с ЧПУ на точность обработки. М.: Машиностроитель, 1979, № 3, с. 19−21.

65. Стародубов B.C., Кузнецов А. П. Метод ускоренной оценки тепловых деформаций при контрольных испытаниях металлорежущих станков. В кн.: Ремонт и надежностьтехнологического оборудования. М.: ЩНТП, 1979, с. 87−96.

66. Стародубов B.C., Кузнецов А. П. Тепловые деформации базовыхдеталей металлорежущих станков. Известия ВУЗов. Машиностроение, 1978, № 12, с. 143−148.

67. Стародубов B.C., Кузнецов А. П. Тепловые деформации узловстанка с ЧПУ и их влияние на точность обработки. -Труды / МИНХ и ГП, 1981, вып. 160, с. I0I-II5.

68. Стародубов B.C., Нифагин С. Д. Способ и устройство ускоренной оценки тепловых деформаций при испытании на точность металлорежущих станков с ЧПУ. В сб.: Прогрессивные методы технического обслуживания и ремонта оборудования. — М.: МДНТП, 1983, с. 83−89.

69. Стародубов B.C., Шаповалов A.B. К вопросу повышения точностиобработки на металлорежущих станках с ЧПУ. Изв. ВУЗов. Машиностроение, 1983, № 12, с. 123−127.

70. Такэути X., Ёсида Ё. Тепловые деформации металлорежущихстанков и меры их предотвращения. Пер. с япон. / ВЦП, 1978, № Б-20 814. — 25 е., ил.

71. Такэути X., Ёситаро Е. Тепловые деформации металлорежущихстанков и меры по их предотвращению. Пер* с япон. / ТПП БССР, 1972, № 6542. — 20 е., ил.

72. Такэути X. Тепловые деформации металлорежущих станков.

73. Пер. с япон. / ВЦП, 1977, № А-74 767. 19 е., ил.

74. Технология машиностроения / Б. Л. Беспалов, Л, А. Глейзер,.

75. И. М. Колесов и др. М.: Машиностроение, 1973. -448 с.- 177.

76. Точность производства в машиностроении и приборостроении.

77. Под ред. А. Н. Гаврилова. М.: Машиностроение, 1973. — 567 с.

78. Уколов М. С. Исследование уровня технологической надежностиметаллорежущих станков с Ш1У фрезерной группы. -Дис.. канд. техн. наук. Москва, 1977. — 232 с.

79. Юрин В. Н. Исследование возможности повышения технологической надежности металлорежущих станков путем управления их тепловыми деформациями. Дис.. канд. техн. наук. — Москва, 1971. — 234 с.

80. Юрин В. Н. Повышение технологической надежности станков.- М.: Машиностроение, 1981. 76с.

81. Якушев А. И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение., 1975, — 472 с.

82. A.c. I8928I (СССР). Способ автоматической подналадки положения рабочих органов станков / A.C. Проников. -Опубл. в Б.И., 1966, № 23.

83. A.c. № 938 019 (СССР). Бесконтактный позиционный переключатель / М. Т. Краюшкин. Опубл. в Б.И., 1976, № 44.

84. A.c. № 998 092 (СССР). Способ контроля температур и тепловыхдеформаций металлорежущего станка и устройство для его осуществления / B.C. Стародубов, А. П. Кузнецов, С. Д. Нифагин. Опубл. в Б.И., 1983, № 7.

85. A.c. № I04I226 (СССО). Способ автоматической компенсациитепловых смещений шпинделя металлорежущего станка /B.C. Стародубов, А. П. Кузнецов, С. Д. Нифагин. -Опубл. в Б.И., 1983, № 34.76. 178.

86. G. Spul, //. Feiertet, P. ole, НсихЪ. ТЬегтС^щ.

87. VtzhaNe^ Jo/) Мббг-Ьгссдтсис/,-?,^.- Ci/?Pf T.

88. Jvhimijq R.} UumJ (/ A/eue, Mog? co/)?e.

89. Ko треп ia eion ie^mtic/ieb ieoz&hfeuite an VzztzuyMic/>?ne, n. ZeieicJ) u/? /ut976,bot. 71, a/109 * 44/-444..

90. Kotkino Yoihialci, OI: ui/??mq Kuji. 7~/ie.

91. QhaEyitZ о/ «?ь&ъ/паё о/г^ог/па^ьои^0f> a fy&QI- & g wQ eJi? ne. Ргос.1. Corf. Pio о/. ToJryO^.

92. Pave. 1, 'M, p. 259−244.. Manota njan КP. el i-iudy of me-eeodi eomihihiizt eAzbmae clz/obHweloni OLHO/ eheii efozce Oh nothing Оссигасу о/таьЛст eooft. Pw. Jhi. Conttfiw ЯкАёуш Cafcuab, /, 197?, л Ж'.

93. OeuifiityQ KQ k¿-по ./. Со ho/э гп ofttnou o/eifjface-/*fy сооы/слаА1. С1/?Рл1975. v. 25, W, Л ?27−33/.77.

94. Saio T, Okoteo Л< Tq^JC Y. y Salo А/.y%Ci of? heimcre ofefoztrta-icon № (К cACh eeooe iebue^ube, ctnof otf>ptcwecon. Ргос. /4'?fr.