Чпу высокой точности. Исследование точности станков с чпу

Сорри, что задержался с ответом. Постараюсь возместить это полнотой описания.

1. Шведский easy laser (D525 и пр.)

Система преднозначена для различных измерений и выверки машин и механизмов от малых до больших. Различные типы измерений: от выверки валов и шкивов до геометрических измерений (плоскостность прямолинейность и пр.). Есть частичная компенсации влияния окружающей среды.

Представляет собой набор различных лазеров и приемников с кронштейнами для их закрепления.

Стоймость от 450 т.р.

2. Американский Excel Precision’s 1100B

Метрологическая система преднозначенная для поверки станков. решаемы задачи вполне стандартные: перпендикуляность, плоскостность, паралельность и пр. Есть частичная компенсация влияния внешней среды.

Стоймость неизвестна (ответа от производителя не получил)

Представляет собой 2 модуля: лазер и приемник.

Точность 0,0005-0,0002 мм/м в зависимости от задач

3. Шведский Fixturlaser Geometry System

Очень похожая по фунциональности и по параметрам с Easy Laser.

Представляет собой набор различных лазеров и приемников с кронштейнами для их закрепления. Есть частичная компенсации влияния окружающей среды.

Стоймость от 600 т.р.

Точность 0,01-0,02 мм/м в зависимости от задач

4. Итальянский OPTODYNE MCV-400 (и пр.)

Система для лазерной калибровки и поверки машин и механизмов. Представляе собой набор лазерных, зеркальных модулей и приемников. Есть компенсации влияния окружающей среды.

Стоймость от 800 т.р.

Точность 0,001-0,002 мм/м в зависимости от задач.

5. Эстонская LSP30

На самом деле является системой для лазерных геометрических измерений. т.е. интерфейс программы управления бедненький. Представляет собой модуль лазерный интерферометра и приспособления для измерения резличных геометрических параметров: плоскостности, паралельности и пр. Нет компенсации влияния окружающей среды.

Стоймость от 500 т.р.

Точность 0,00025-0,0025 мм/м в зависимости от задач.

6. Американская Hamar Laser L-743.

система очень похожая на Renishaw ML10 со всеми вытекающими отсюда последствиями. Рзличные модули для поврота и приема луча.

Есть компенсации влияния окружающей среды.

Стоймость от 1,5 млн. р.

Точность 0,0001-0,0008 мм/м в зависимости от задач.

7. Американская API XD Laser Measurement Systems

Одна из самых мощных по применению и по точности систем. Та же модульная систем, но с 3 лазерами и множеством детекторов и поворотных устройств. Есть компенсации влияния окружающей среды.

Точность 0,00005-0,0025 мм/м в зависимости от задач и исполнения системы.

Стоймость неизвестна.

8. Америкаская PINPINT"s PLS-100

Такой Американский "Лего" для поверки станка. Лезер и различные модули для поворота и приема луча. Нет компенсации влияния окружающей среды.

Точность 0,001-0,01 мм/м в зависимости от задач и исполнения системы.

Стоймость неизвестна.

Каждая система характеризуется максимальным расстоянием работы но даже в самых простых оно не менее 10м. (для моих задач вполне достаточно).

Представитльства есть в России у Easy Laser и по моему у API. Когда общался с эстонцами, то выяснилось что в тот момент самы знающий человек в Китае, но вроде должен был вернуться уже.

Вроде пока все.

P.S. У самого сейчас руководство наконец осознало необходимость в подобной системе и вроде как готово заказать что-то из вышеперичисленного но недорогого.

Доброго времени суток!

Насчет недорого! Стоимость как правило складывается из требований по компректации, минимум Лазерная голова + Оптика для линейных измерений + Софт и выдет около 700 тысяч руб. с ндс., комплект для работы в термоконстантном помещении, или с ручным вводом значений параметров окружающей среды и будет работать до 40 метров. Просто для нормальной эксплуатации нужен блок авто-компенсации, крепеж, тренога и прочее. Вот стоимость выходит на рубеж 1,3 лимона.

А полный комплект выдет на 4 с лишним ляма. Гарантированно могу сказать, что стоимость аналогичного набора не будет сильно отличатся от производителя.

Даже у нас действуют европейские цены, при ввозе из за рубежа другие могут сэкономить только на таможне, что черевато при возникновении гарантийного случая.

Тут проскочили высказывания по поводу плохой работы в Питерском представительстве, просто входящая информация не всегда коректна и часто неоходимо уточнять "что клиет хочет получить в итоге", для правильного предложения. Ну и неприятности, Питерский офис закрыли. :(

Точность станков в ненагруженном состоянии называют геометрической. В зависимости от точностной характеристики станки с ЧПУ подразделяют в порядке возрастания точности на четыре класса: нормальной Н ; повышенной П ; высокой В ; особо высокой А .

Станки повышенной точности отличаются от станков нормальной точности в основном более точным выполнением или подбором деталей, а также отдельными особенностями монтажа и эксплуатации у потребителей. Они обеспечивают точность обработки в среднем в пределах 0,6 отклонений, получаемых на станках нормальной точности. Станки с ЧПУ высокой точности класса В обеспечивают точность обработки в пределах 0,4, а станки класса А - в пределах 0,25 отклонений, получаемых на станках нормальной точности. Станки классов В и А получают в результате специального конструктивного исполнения, их узлов и элементов, а также высокой точности изготовления.

При проверке норм точности станков устанавливают* точность геометрических форм и относительного положения опорных поверхностей, базирующих заготовку и инструмент; точность движений по направляющим рабочих органов станка; точность расположения осей вращения и траекторий перемещений рабочих органов станка, несущих заготовку и инструмент, относительно друг друга и относительно базирующих поверхностей; точность обработанных поверхностей образца; шероховатость обработанных поверхностей образца.

Проверка точности

Точность станков с ЧПУ выявляется дополнительно следующими специфическими проверками: точностью линейного позиционирования рабочих органов; величиной зоны нечувствительности, т. е. отставанием в смещении рабочих органов при смене направления движения; точностью возврата рабочих органов в исходное положение; стабильностью выхода рабочих органов в заданную точку; точностью отработки круга в режиме круговой интерполяции; стабильностью положения инструментов после автоматической смены.

При проверках выявляют как точность, так и стабильность, т. е. многократную повторяемость прихода рабочих органов в одно и то же положение, причем зачастую стабильность важнее для достижения точности обработки на станках с ЧПУ, чем сама точность.

Общая допускаемая ошибка при позиционировании рабочих органов Δ р = Δ + δ.

Исходя из допускаемых отклонений, наибольшая погрешность в отработке перемещения, например, длиной в 300 мм по осям X и Y для станка класса П составит 17,2 мкм, а для станка класса В - 8,6 мкм.

Для сохранения станком точности в течение длительного времени эксплуатации нормы геометрической точности почти на все проверки при изготовлении станка, по сравнению с нормативными, ужесточают на 40 %. Тем самым завод-изготовитель резервирует в новом станке запас на износ.

Общие сведения о станках с ЧПУ. Конструктивные особенности станков с ЧПУ Точность и качество обработки на станках с ЧПУ. Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений заданных УП а также сохранить эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации.

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

ИКП МТО

Кафедра ТМ

Индивидуальное задание

на тему «исследование точности станков с ЧПУ»

2015

Введение…………………………………………………………………………...3

1 Общие сведения о станках с ЧПУ.…………………………...........................4

2 Конструктивные особенности станков с ЧПУ ……………………………… 8

3 Точность и качество обработки на станках с ЧПУ…………………...……..13

Заключение……………………………………………………………………….17

Список использованных источников…………………………………………...18

Введение

Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений, заданных УП, а также сохранить эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки, автоматизацию загрузки и выгрузки деталей, автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента, возможность встройки в общую автоматическую систему управления. Высокая точность обработки определяется точностью изготовления и жесткостью станка. В конструкциях станков с ЧПУ используют короткие кинематические цепи, что повышает статическую и динамическую жесткость станков. Для всех исполнительных органов применяют автономные приводы с минимально возможным числом механических передач. Эти приводы должны иметь высокое быстродействие.

Точность станков с ЧПУ повышается в результате устранения зазоров в передаточных механизмах приводов, уменьшения потерь на трение в направляющих и механизмах, повышения виброустойчивости, снижения тепловых деформаций.

1 Общие сведения о станках с ЧПУ.

Под управлением станком принято понимать совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающие выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления - устройство или совокупность, реализующих эти воздействия.

Числовое программное управление (ЧПУ) - это управление, при котором программу задают в виде записанного на каком-либо носителе массива информации. Управляющая информация для систем ЧПУ является дискретной и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми методами. Управление технологическими циклами практически повсеместно осуществляется с помощью программируемых логических контроллеров, реализуемых на основе принципов цифровых электронных вычислительных устройств. Системы ЧПУ практически вытесняют другие типы систем управления.

По технологическому назначению и функциональным возможностям системы ЧПУ подразделяют на четыре группы:

Позиционные, в которых задают только координаты конечных точек положения исполнительных органов после выполнения ими определенных элементов рабочего цикла;

Контурные, или непрерывные, управляющие движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории;

Универсальные (комбинированные), в которых осуществляется программирование как перемещений при позиционировании, так и движения исполнительных органов по траектории, а также смены инструментов и загрузки-выгрузки заготовок;

Многоконтурные системы, обеспечивающие одновременное или последовательное управление функционированием ряда узлов и механизмов станка.

По способу подготовки и ввода управляющей программы различают так называемые оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, для которых управляющая программа готовится независимо от места обработки детали. Причем независимая подготовка управляющей программы может выполняться либо с помощью средств вычислительной техники, входящих в состав систем ЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную или с помощью системы автоматизации программирования).

Системы числового программного управления (СЧПУ)-это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления ЧПУ станками. Устройство ЧПУ (УЧПУ) станками - это часть СЧПУ, выполненная как единое целое с ней и осуществляющая выдачу управляющих воздействий по заданной программе.

В международной практике приняты следующие обозначения: NC-ЧПУ; HNC-разновидность ЧПУ с заданием программы оператором с пульта с помощью клавиш, переключателей и т.д.; SNS-устройство ЧПУ, имеющее память для хранения всей управляющей программы; CNC-управление автономным станком с ЧПУ, содержание мини-ЭВМ или процессор; DNS-управление группой станков от общей ЭВМ.

Для станков с ЧПУ стандартизованы направления перемещения и их символика. Стандартом ISO-R841 принято за положительное направление перемещения элемента станка считать то, при котором инструмент или заготовка отходят один от другого. Исходной осью (ось Z) является ось рабочего шпинделя. Если эта ось поворотная, то ее положение выбирают перпендикулярно плоскости крепления детали. Положительно направление оси Z-от устройства крепления детали к инструменту.

Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовления детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок.

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ. В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства.

Принципиальная особенность станка с ЧПУ - это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80...90% трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

Производительность станка повышается в 1,5...2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением;

Сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата;

Снижается потребность в квалифицированных рабочих станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда;

Сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря предварительной подготовке программ, более простой и универсальной технологической оснастке;

Снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.производства, создание гибких автоматизированных производств, прежде всего, в машиностроении.

2 Конструктивные особенности станков с ЧПУ

Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокой надежности работы. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки (точение-фрезерование, фрезерование-шлифование), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей (что особенно важно при использовании промышленных роботов), автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента и т.д.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обычного станка того же назначения, для чего производят сокращение длины его кинематических цепей: применяют автономные приводы, по возможности сокращают число механических передач. Приводы станков с ЧПУ должны также обеспечивать высокое быстродействие.

Повышению точности способствует и устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение виброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и его гидросистемы. Температурную погрешность станка можно также уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур.

Базовые детали (станины, колонны, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными ребрами. Базовые детали изготавливают литыми или сварными. Наметилась тенденция выполнять такие детали из полимерного бетона или синтетического гранита, что в еще большей степени повышает жесткость и виброустойчивость станка.

Направляющие станков с ЧПУ имеют высокую износостойкость и малую силу трения, что позволяет снизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений, уменьшить рассогласование в следящей системе.

Направляющие скольжения станины и суппорта для уменьшения коэффициента трения создают в виде пары скольжения "сталь (или высококачественный чугун)-пластиковое покрытие (фторопласт и др.)"

Направляющие качения имеют высокую долговечность, характеризуются небольшим трением, причем коэффициент трения практически не зависит от скорости движения. В качестве тел качения используют ролики. Предварительный натяг повышает жесткость направляющих в 2...3 раза, для создания натяга используют регулирующие устройства.

Приводы и преобразователи для станков с ЧПУ. В связи с развитием микропроцессорной техники применяют преобразователи для приводов подачи и главного движения с полным микропроцессорным управлением - цифровые приводы представляют собой электродвигатели, работающие на постоянном или переменном токе. Конструктивно преобразователи частоты, сервоприводы и устройства главного пуска и реверса являются отдельными электронными блоками управления.

Привод подачи для станков с ЧПУ. В качестве привода используют двигатели, представляющие собой управляемые от цифровых преобразователей синхронные или асинхронные машины. Бесколлекторные синхронные (вентильные) двигатели для станков с ЧПУ изготавливают с постоянным магнитом на основе редкоземельных элементов и оснащают датчиками обратной связи и тормозами. Ассинхронные двигатели применяют реже, чем синхронные. Привод движения подач характеризуется минимально возможными зазорами, малым временем разгона и торможения, небольшими силами трения, уменьшенным нагревом элементов привода, большим диапазоном регулирования. Обеспечение этих характеристик возможно благодаря применению шариковых и гидростатических винтовых передач, направляющих качения и гидростатических направляющих, беззазорных редукторов с короткими кинематическими цепями и т.д.

Приводами главного движения для станков с ЧПУ обычно являются двигатели переменного тока - для больших мощностей и постоянного тока - для малых мощностей. В качестве приводов служат трехфазные четырехполосные асинхронные двигатели, воспринимающие большие перегрузки и работающие при наличии в воздухе металлической пыли, стружки, масла и т.д. Поэтому в их конструкции предусмотрен внешний вентилятор. В двигатель встраивают различные датчики, например датчик положения шпинделя, что необходимо для ориентации или обеспечения независимой координаты.

Преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями имеют диапазон регулирования до 250. Преобразователи представляют собой электронные устройства, построенные на базе микропроцессорной техники. Программирование и параметрирование их работы осуществляются от встроенных программаторов с цифровым или графическим дисплеем. Оптимизация управления достигается автоматически после введения параметров электродвигателя. В математическом обеспечении заложена возможность настройки привода и пуск его в эксплуатацию.

Шпиндели станков с ЧПУ выполняет точными, жесткими, с повышенной износостойкостью шеек, посадочных и базирующих поверхностей. Конструкция шпинделя значительно усложняется из-за встроенных в него устройств автоматического режима и зажима инструмента, датчиков при адаптивном управлении и автоматической диагностике.

Опоры шпинделя должны обеспечить точность шпинделя в течение длительного времени в переменных условиях работы, повышенную жесткость, небольшие температурные деформации. Точность вращения шпинделя обеспечивается прежде всего высокой точностью изготовления подшипников.

Наиболее часто в опорах шпинделей применяют подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опор обычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают число тел качения. Подшипники скольжения в оправках шпинделей применяют реже и только при наличии устройств с периодическим (ручным) или автоматическим регулированием зазора в осевом или радиальном направлении. В прецизионных станках применяют аэростатические подшипники, в которых между шейкой вала и поверхностью подшипника находится сжатый воздух, благодаря этому снижается износ и нагрев подшипника, повышается точность вращения и т.п.

Привод позиционирования (т.е. перемещение рабочего органа станка в требуемую позицию согласно программе) должен иметь высокую жесткость и обеспечивать плавность перемещения при малых скоростях, большую скорость вспомогательных перемещений рабочих органов (до 10 м/мин и более).

Вспомогательные механизмы станков с ЧПУ включают в себя устройства смены инструмента, уборки стружки, систему смазывания, зажимные приспособления, загрузочные устройства и т.д. Эта группа механизмов в станках с ЧПУ значительно отличается от аналогических механизмов, используемых в обычных универсальных станках. Например, в результате повышения производительности станков с ЧПУ произошло резкое увеличение количества сходящей стружки в единицу времени, а отсюда возникла необходимость создания специальных устройств для отвода стружки. Для сокращения потерь времени при загрузке применяют приспособления, позволяющие одновременно устанавливать заготовку и снимать деталь вовремя обработки другой заготовки.

Устройства автоматической смены инструмента (магазины, автооператоры, револьверные головки) должны обеспечивать минимальные затраты времени на смену инструмента, высокую надежность в работе, стабильность положения инструмента, т.е. постоянство размера вылета и положения оси при повторных сменах инструмента, имеют необходимую вместимость магазина или револьверные головки.

Револьверная головка-это наиболее простое устройство смены инструмента: установку и зажим инструмента осуществляют вручную. В рабочей позиции один из шпинделей приводится во вращение от главного привода станка. Револьверные головки устанавливают на токарные, сверлильные, фрезерные, многоцелевые станки с ЧПУ; в головке закрепляют от 4 до 12 инструментов.

3 Точность и качество обработки на станках с ЧПУ.

Под качеством в широком смысле понимается совокупность значимых признаков, свойств, особенностей рассматриваемого предмета в целом, характеризующих его как таковой и отличающих от других предметов. В промышленном производстве качеством продукции (согласно наиболее поздним редакциям ГОСТов) называется степень соответствия её характеристик предъявляемым требованиям. Сообразно этому, вводится понятие точности изделия, как меры соответствия образцу (обычно заданному чертежом и техническими условиями производства). Точность размеров, форм и взаимного расположения элементов изделия и является основной характеристикой его качества.

На качество продукции влияет ряд факторов, которые принято разделять на внешние и внутренние. Внешними факторами является уровень спроса и требования потребителей, а также законодательные стандарты. Ко внутренним факторам относятся материальная база предприятия, квалификация персонала и характеристики оборудования, выпускающего продукцию. Таким образом, удовлетворение внешнего спроса и получение конкурентного преимущества на рынке невозможно без обеспечения и постоянной работы по повышению качества выпускаемых предприятием изделий.

Проблемы обеспечения качества обработки.

Фрезерование является одним из основных методов обработки заготовок резанием. Как и в прочих случаях, фрезерование на станочном оборудовании связано с неизбежным появлением неточностей при обработке. Среди причин возникновения погрешностей размеров и формы изделия можно выделить:

1. степень точности (совершенства) фрезерного станка;

2. погрешности базирования (установки, крепления) заготовки;

3. износ режущего инструмента (а также ошибки при его установке/закреплении);

4. упругие и тепловые деформации системы «станок-приспособление-заготовка» в процессе обработки;

5. остаточные внутренние напряжения в заготовке.

Кроме вышеперечисленного, можно выделить и «человеческий фактор», т.е. квалификацию персонала. Для станков с ручным управлением этот фактор оказывает решающее влияние на качество выпускаемой продукции. При фрезеровании на современных автоматизированных станках с ЧПУ данный фактор (вопреки распространённому заблуждению) играет ещё большую роль, только в несколько «смещённой» форме. Здесь основная работа наладчиков и операторов выполняется при подготовке станка к работе, его программировании, пробном «прогоне», а также последующем периодическом обслуживании. Непосредственно в процессе обработки влияние «человеческого фактора» на качество изделий при обработке на фрезерных станках с ЧПУ сводиться к минимуму, однако полностью всё же не исключается.

Качество обработки на современных станках с ЧПУ.

Большинство описанных выше причин возникновения погрешностей при обработке изделий, практически полностью устранены или сведены к минимуму при использовании современных фрезерных станков с ЧПУ:

1.Высокая степень точности – за счёт совершенства механической конструкции и широкого использования электронных компонентов – достигает величин порядка 0,05-0,01 мм и не уменьшается в процессе работы (отсутствует накопление т.н. «плавающих ошибок»).

2.Неточности базирования заготовки не оказывают решающего влияния, поскольку большинство станков имеют возможность коррекции «нулевой точки» (начального позиционирования режущего инструмента), а некоторые модели оборудованы специальными датчиками, определяющими габариты заготовки и автоматически корректирующие свой «инструментальный ноль». Вспомогательные системы крепления заготовки на рабочем столе (как стандартные струбцины, так и сложные типа «вакуумный стол») позволяют размещать и надёжно фиксировать заготовки практически любой геометрии. А управляющая программа станка допускает отсчёт координат заготовки с любой удобной точки (т.о. выбор основных конструкторских баз существенно упрощён).

3.Появление станков с ЧПУ, способных фрезеровать на высокой скорости, активизировало соответствующее развитие режущего инструмента. В настоящий момент всё большее распространение получают твёрдосплавные фрезы с алмазным напылением. Отличающиеся малыми погрешностями размеров и низкими вибрациями, современные фрезы успешно противостоят износу и обеспечивают высокое качество обработки поверхностей. Для крепления фрез в патроне станка используются простые по конструкции и надёжные в эксплуатации цанговые патроны. Таким образом, риск неправильной/ненадёжной установки и закрепления инструмента тоже сводиться к минимуму.

4.Современные станки с ЧПУ, как правило, отличатся повышенной жёсткостью конструкции, способной эффективно противостоять вибрациям (даже при обработке на высоких скоростях) и сводить к минимуму деформацию системы «станок – приспособление – заготовка». Это исключает увод инструмента при обработке и повышает качество фрезерования. Надёжные системы охлаждения (как шпинделя станка, так и непосредственно фрезы) помогают поддерживать неизменный тепловой режим и обеспечивать сохранение высоких показателей точности даже при длительной напряжённой обработке.

Ещё одним важным достоинством автоматического станка с ЧПУ является постоянство характеристик обработки, что означает отсутствие существенных различий точности отдельных деталей внутри обрабатываемой серии.

Заключение

Исходя из вышеописанного видно, что современное оборудование с ЧПУ позволяет достичь высокой точности.Однако резерв повышения качества далеко не исчерпан и в большей степени заключается в совершенстве управляющих программ. То есть снова зависит от «человеческого фактора» – мастерства и таланта исследователей, работающих над выявлением новых технологических возможностей.

Список использованных источников

1 Гжиров Р.И. Программирование обработки на станках с ЧПУ / Р.И. Гжиров .- : Машиностроение, 1990. – 592 с.

2 Шурков В.Н. Основы автоматизации производства / В.Н. Шурков , 1989 - 240 с.

3 Харченко А.О. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем / А.О. Харченко.- : «Профессионал», 2004. – 304 с

Обработка металла с высокой (прецизионной) точностью требует особого подхода для изготовления станочного оборудования. Все прецизионные станки делятся на классы по степени предельной точности, с которой они способны обрабатывать детали:

• Станки класса А (особо высокая точность).
• Класс B (оборудование высокой точности).
• Класс C (станки особой точности).
• Станки класс П (повышенная точность обработки).

Прецизионное оборудование обеспечивает обработку деталей идеальной геометрической формы, особо точным пространственным расположением осей вращения. Станки позволяют получить шероховатость поверхности до одиннадцатого класса чистоты. Параметры изготовления, при определенных условиях, достигают значений характерных для первого класса чистоты.

Для достижения таких показателей необходимо применение станочных узлов и агрегатов, изготовленных по соответствующим стандартам, имеющих минимальные погрешности при их производстве . Особое значение придается используемым подшипникам. На прецизионных станках по металлу используются гидродинамические и аэростатические подшипники высокого класса изготовления.

При работе металлообрабатывающего оборудования происходит большое выделение тепла, воздействующее как на узлы станка, так и на заготовки. При этом и те, и другие испытывают механические деформации, приводящие к снижению точности изготовления. В высокоточных станках реализована функция активного отвода тепла, препятствующая геометрическим отклонениям элементов станка и деталей. Понижение уровня нежелательных вибраций также способствует точности изготовления.

Основы теории высокоточной обработки металла

Современный металлорежущий станок можно рассматривать как некую систему из трех составляющих: измерительной, вычислительной, исполнительной. Ни одна из них несовершенна, каждая вносит погрешности в точность изготовления.

Точность измерительной части зависит от показаний применяемых датчиков. Точность измерения повышается с применением более совершенных датчиков - измерительных устройств. Сегодня подобные устройства способны отслеживать размеры до нескольких нанометров.

Исполнительная точность непосредственно зависит от узлов и агрегатов станка. Чем выше будут параметры составляющих оборудования, тем меньшая сложится окончательная погрешность.

К погрешностям металлообрабатывающих станков относятся:

• Геометрические , зависящие от качества изготовления комплектующих станка и их сборки. От этого зависит точность расположения относительно друг друга рабочего инструмента и заготовки в процессе обработки.
• Кинематические погрешности зависят от соответствия передаточных чисел в механизмах станка. Кинематические цепи особое влияние оказывают на точность изготовления зубчатых элементов, резьбы.
• Упругие погрешности определяются деформациями станка. В процессе резания происходит отклонение, под действием возникающих сил, взаимного расположения инструмента и заготовки. В прецизионных станках, для борьбы с такими проявлениями, создают особо жесткие конструкции.
• Температурные . Неравномерный нагрев узлов станка приводит к потере начальной геометрической точности, снижая качество изготовления.
• Динамические погрешности объясняются относительными колебаниями рабочего инструмента и заготовки.
• Погрешности изготовления и установки режущего инструмента.

Двигатели, редукторы содержат подвижные части, имеющие люфты, поверхности скольжения со временем претерпевают износ - все это непосредственно влияет на качество обработки. Такое понятие,

как точность позиционирования системы «станок - деталь», напрямую зависит от исполнительной точности.

Некоторые способны обрабатывать детали с точностью до 0,0002 мм, при частоте вращения шпинделя 15000 об/мин. Такие показатели имеют и оборотную сторону. Стоимость оборудования значительно выше по сравнению с обычными станками. Это является следствием применения новейших наукоемких технологий при изготовлении станков. В качестве примера можно указать использование аэростатических направляющих, где суппорт с рабочим инструментом скользит на расстоянии в несколько микрон от поверхности. То есть фактически находится в «воздухе».

Современный прецизионный шлифовальный станок - это автоматизированный комплекс, позволяющий обрабатывать детали с точностью до 0,01 мм . Служит для заточки инструментов из алмазов, твердых сплавов, инструментальной стали. Ультрапрецизионные шлифовальные станки способны обрабатывать внутренние и внешние поверхности детали за одну установку. Прецизионный сверлильный станок обладает жесткой конструкцией, оборудован цифровой индикацией, отображающей параметры сверления.

Общим для всех типов прецизионных станков является использование в приводах фрикционных передач. При этом повышается качество изготовления, упрощаются кинематические цепи. Более высокий КПД снижает себестоимость работ.

Выходные параметры станка по показателю точности

При оценке качества итехнического уровня станка в первую очередь необходимо уста­новить те выходные параметры, которые ха­рактеризуют его точность. При этом точность обработанных на станке деталей не может быть выбрана в качестве такого параметра, так как она является результатом влияния всех компонентов технологической системы (инстру­мента, заготовки и др.). Поэтому при проек­тировании станка надо установить и регла­ментировать те параметры, которые определяют точность обработки и являются входными для технологической системы (см. рис. 2.1).

Качество станка зависит от того, с какой степенью точности выполняются заложенные в технологическом процессе обработки взаимные перемещения инструмента и заготовки при воздействии на станок всего комплекса силовых и тепловых факторов. Поэтому основными вы­ходными параметрами станка как элемента технологической системы являются характе­ристики точности движения его формообразую­щих узлов.

Получать эти характеристики можно одним из следующих способов.

1.Оценивать те параметры траекторий формообразующих узлов станка, которые влия­ют на точность обработки. При этом траектории относятся к установочным базам станка, опре­деляющим положение приспособления, заготов­ки или инструмента.

2.Оценивать суммарное влияние парамет­ров траекторий рабочих органов станка на формирование так называемого «геометрическо­го образа» обработанной детали, когда опре­делены ее погрешности без учета влияния на точность других компонентов технологической системы.

Основная цель регламентации выходных па­раметров станка - создание такого технологи­ческого оборудования, погрешность работы ко­торого находилась бы в течение всего периода эксплуатации в пределах, установленных техно­логом.

Траектории формообразующих узлов, пара­метры которых устанавливают в качестве вы­ходных, относятся к специально выбранным опорным точкам, которые располагают на уста­новочных базах станка, определяющих поло­жение заготовки, приспособления или инстру­мента. Число опорных точек и их расположение связано с методом обработки, конструктивной схемой станка, характером движения его фор­мообразующих органов и методом крепления заготовки и инструмента.

Поскольку положение твердого тела в прост­ранстве определяют три фиксированные точки или параметры пространственного вектора, от­несенного к одной точке, то в общем виде необходимо установить шесть координат (нап­ример, три линейных и три угловых откло­нения вектора данной точки от заданного по­ложения). Однако при рассмотрении различных конструкций формообразующих узлов станка число этих характеристик может быть умень­шено, если отдельные отклонения не оказыва­ют существенного влияния (слагаемые второго порядка малости) на точность обработки.

Рис. 2.3. Опорные точки формообразующих узлов станка:
а - суппорт; б - стол; в - шпиндель

На рис. 2.3 показаны типичные случаи вы­бора опорных точек. Для характеристики точ­ностных параметров суппорта токарного станка достаточно одной опорной точки 1, совпадаю­щей с вершиной резца (рис. 2.3, а), поскольку целью при создании конструкции суппорта явля­ется стремление к обеспечению прямолиней­ной траектории для инструмента, которая не изменяет своей формы и положения при силовых воздействиях и различных положениях инструмента в рабочем пространстве. Траектория данной опорной точки будет служить характеристикой возможностей суппорта по об­работке заданной номенклатуры деталей с обес­печением точности размера, формы обработан­ной поверхности, волнистости, шероховатости и других показателей точности.

При движении стола с закрепленной на нем заготовкой (рис. 2.3, б) у фрезерных , расточ­ных, шлифовальных и других станков необ­ходимо оценить точность перемещения стола в пространстве. Положение заготовки или приспо­собления для ее закрепления определяется положением в пространстве плоскости стола. Поэтому в общем случае должны быть уста­новлены либо три опорные точки 1 , 2, 3, траекто­рии движения которых рассматривают, либо рассматривают вектор для одной из точек стола с характеристиками его положения в простран­стве в каждой точке траектории (три линей­ных и три угловых отклонения от заданного положения при пространственном перемещении стола).

Для шпиндельного узла (рис. 2.3, в) точность его вращения и изменение положения оси шпинделя связаны с геометрической погреш­ностью элементов узла, с силовыми и тепловы­ми деформациями. Все это влияет на положение инструмента или заготовки, установленной в шпинделе с помощью приспособления (патро­на, центра).

Когда положение патрона определяет плос­кость переднего торца шпинделя, три фик­сированные точки располагают на этой плос­кости или, что более целесообразно, опреде­ляют для точки, находящейся в центре шпин­деля, положение в пространстве вектора R , перпендикулярного к плоскости установочной базы. Характеристики траекторий опорных то­чек формообразующих узлов определяют качество станка с позиций возможного достиже­ния точности обработки и его вклада в суммар­ную погрешность обработки .

Рис. 2.4. Типичные ансамбли траекторий при посту­пательном движении рабочего органа станка

При осуществлении на станке различных технологических процессов (в соответствии с его назначением и степенью универсальности) траектории опорных точек проявляются как случайные функции и образуют совокупности (ансамбли) траекторий. Такие совокупности могут иметь различный вид, характеризующий статистическую природу явлений (например, с сильным или слабым перемешиванием реализа­ций или с другими особенностями). На рис. 2.4 показаны типичные совокупности траекторий при поступательном движении рабочих орга­нов станка (суппортов, столов, ползунов и др.).

Широкополосные ансамбли траекторий (рис.2.4, а) характерны для случая, когда основное влияние на форму траектории и ее смещение по отношению к средней линии или к непод­вижной оси координат оказывают внешние силовые воздействия. Узкополосные ансамбли траекторий (рис. 2.4, б) характерны при пре­валирующем влиянии геометрической погреш­ности направляющих, что и определяет форму кривой математического ожидания траекто­рий М X . Дисперсия, связанная с силовыми воздействиями на узел, здесь играет второсте­пенную роль. Миграция совокупностей траекто­рий (рис. 2.4, в) вызвана, как правило, теп­ловыми деформациями узла.

Каждая реализация любой совокупности свя­зана с параметрами точности той конкретной детали, которую при этом обрабатывали, а характеристики всего ансамбля влияют на точ­ностные характеристики партии обработанных на станке деталей. Поэтому для каждой кон­кретной модели станка в зависимости от его назначения необходимо установить и регла­ментировать те параметры траекторий, которые определяют те или иные виды погрешностей, возникающие на обработанных поверхностях.

Как известно , погрешность обработки подразделяют на пять основных видов: погреш­ность размеров, отклонения расположения поверхностей, отклонения формы, отклонение параметров волнистости и шероховатости по­верхности.

При назначении номенклатуры параметров траекторий рабочих органов станка учитывает­ся их взаимосвязь с погрешностью обработ­ки, которая зависит от метода обработки и кинематики процесса формообразования.

На рис. 2.5 показаны типичные траектории при поступательном движении формообразую­щего узла станка. Их параметры (Х 1 , Х 2 , ..., Х п), определяющие соответствующую погреш­ность обработки, приведены в табл. 2.2. Эти параметры связаны с размером и формой обработанной поверхности, точностью взаимного положения поверхностей, волнистостью и шероховатостью поверхности.

2.2. Выходные параметры станка по показателю точности

Для вращательного движения характерна передача погрешностей траектории опорной точки шпинделя (ее формы и высокочастотных составляющих) на обработанную поверхность цилиндрической детали (рис. 2.6).

Для периодических кривых разложение траектории в ряд Фурье позволяет выделить те параметры, которые определяют форму, волнистость и шероховатость обработанных поверхностей при токарной, расточной, шлифовальной и других операциях.

Анализ траекторий целесообразно осуществлять, рассматривая отклонение текущего радиуса R от номинального R0 в полярной системе координат, и определять

где f (φ) - погрешность траектории в функции текущего угла φ.

Разложим данную функцию в ряд Фурье с ограниченным числом членов:

где Сk - амплитуда k-гармоники; φ -начальная фаза; n - порядковый номер высшей гармоники полинома. Согласно теории Фурье нулевой член Со разложения является средним значением функции f(φ) за период 2π:

поэтому Со определяет значение погрешности размера.

Рис. 2.5. Типичные виды реализаций траекторий при поступательном движении

Первый член разложения C1cos(φ+φ) выражает несовпадение центра вращения шпинделя в О" с геометрическим центром траекторий О, т. е. эксцентриситет е = ОО", что определяет погрешность в отклонении расположения обработанных цилиндрических поверхностей (рис. 2.6, б). Остальные члены ряда, начиная со второго, определяют характеристику формы, которую образуют траектории и которая непосредственно связана с формой обработанной детали (овальностью и огранкой).

Рис. 2.6. Форма поперечного сечения обработан­ной цилиндрической поверхности (а) и траектория движения опорной точки шпинделя (б):
1- форма поверхности; 2 - волнистость; 3 - шеро­ховатость; R д - номинальный радиус обработан­ной детали

При выборе номенклатуры выходных параметров данной модели станка и установлении их допустимых значений необходимо учитывать следующее.

1.Чем выше класс точности станка и требования к точности обработанных поверхностей, тем большее число назначают выходных параметров (характеристик траекторий формообразующих узлов) станка.

2.Допустимые значения выходных параметров станка составляют часть соответствующего допуска на изготовление детали, поскольку погрешность обработки зависит от всех компонентов технологической системы.

3.Расчет доли суммарной погрешности, приходящейся на станок и другие компоненты технологической системы, осуществляется методами, применяемыми в технологии машиностроения для расчета точности обработки

В первом приближении можно принимать допустимое значение для выходного параметра станка как долю от соответствующего допуска на точность изготовления детали, равную 6 = 0,4...0,8, учитывая степень влияния других компонентов технологической системы и давая запас на возможное изменение параметров станка в процессе эксплуатации.

Для прецизионных станков значение k принимается большим, так как в этом случае станок играет основную роль в обеспечении точности обработки.

Точность является основным показателем станка, однако для оценки его технического уровня и полной характеристики его качества необходимо применять показатели, определяющие весь диапазон требований, предъявляемых к станку потребителем.