Способ определения жесткости станка

 

Изобретение относится к области станкостроения. Целью изобретения является повьшение точности определения квазистатической и динамической жесткости станка. Для осуществления способа предложено использовать оправки с одинаковой жесткостью, на каждой из которых выполнены цилин-. дрическая и коническая поверхности, предназначенные дли обработки,при этом обработку одной из оправок осуществляют инструментом, имеющим известную квазистатическую или динамическую жесткость его крепления.Перед обработкой конической поверхности каждой оправки выхаживают ее цилиндрическую поверхность, а погрещность обработки каждой из оправок определяют на диаметре, равном диат метру выхоженной цилиндрической поверхности , и жесткость станка определяют по вьфаженито j . (лу y,) Jij У, Дв Jp жесткость станка; j. - жесткость крепления инструмента; лу - погрешность обработки на первой оправке; лу - погрешность обработки на второй оправке , 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 В 23 В 25/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3895269/25-08 (22) 13.03.85 (46) 07.03.87. Бюл. И 9 (72) В.Н.Абдулов, А.Ф.Красильников, В.Н.Подураев, В.А.Майоров и М.К.Пак (53) 621,941. 1(088.8) (56) Медведев Д.Д. Точность обработки в мелкосерийном производстве.

М., 1973, с. 32. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ

СТАНКА (57) Изобретение относится к области станкостроения. Целью изобретения является повышение точности определения квазистатической и динамической жесткости станка. Для осуществления способа предложено использовать оправки с одинаковой жесткостью, на каждой из которых выполнены цилин-. дрическая и коническая поверхности, предназначенные для обработки,при этом обработку одной из справок осуществляют инструментом, имеющим известную квазистатическую или динамическую жесткость его крепления,Перед обработкой конической поверхности каждой оправки выхаживают ее цилиндрическую поверхность, а погрешность обработки каждой из оправок определяют на диаметре, равном диа-. метру выхоженной цилиндрической поверхности, и жесткость станка определяют по выражению j „ = (ку ду,).1„ : ьу,, где j — жесткость станка; 1 — жесткость крепления инструмента; ау, — погрешность обработки на первой оправке; ду погрешность обработки на второй оправке. 5. ил.

1294490

10. (2) (3) Изобретение относится к станко1 строению.

Цель изобретения — повьппение точности определения квазистатическей и динамической жесткости станка.

На фиг, 1 изображена оправка с цилиндрической и конической поверхностями, предназначенными для обработки при осуществлении способа, на фиг. 2 †. цилиндрическая и коническая поверхности оправки до и после обработки, сечение; на фиг. 3 устройство для адаптивного управления точностью механической обработки, используемое в качестве устройства с известной квазистатической и динамической жесткостью станков на фиг. 4 — принципиальная схема устройства; на фиг. 5 — схема работы устройства..

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Для случая определения квазистатической жесткости станка в направлении Y с целью упрощения расчет жесткости производят через податливость.

Для определения кваэистатической жесткости проводится обточка двух оправок одинаковой жесткости (фиг. 1), В.первом случае обточка проводится простым резцом, во втором — специальным устройством, имеющим определенную квазистатическую или динамическую жесткость. Геометрические параметры и материал оправок, геометрические параметры и материал режущего клина и режимы резания (S и U) в обоих случаях одинаковы.

Вылет резца обеспечивается одинаковым,a если зто по каким-либо причинам невозможно, то в расчетные формулы вводится размерно-силовой коэффициент.

Рассмотрим случай с одинаковым вылетом резца.

В процессе обработки. цилиндрических поверхностей оправки (в дальнейшем колец) в обоих случаях нрипуск возрастает от й„„„ до t отжим технологической системы изменяется отпу„„„до ау„„, диаметр обработанных поверхностей изменяется от д

Йесмотря на то, что фактические диаметры, полученные после обработки простым резцом и с устройством отли,чаются, на первом и второМ кольце

2 всегда можно найти сечение I и ХХ (фиг. 2) с двумя равными заранее заданными припусками (например t

= 0,5 мм, t = 1 мм). Тогда (фиг. 2)

5 можно записать

d — d (1) где а у — погрешность обработки;

dt н d — диаметр кольца,обработанного при глубине резания t, и t соответственно, или для первого и второго кольца (первое кольцо обработано простым резцом,второе — с устройством) ay = d,tä

Исходя из фиг. 2, можно также записать:

<1 . = О + ау

dg . = <1и + ау а или для первого кольца

d,t, = d„+ 2ау,t,; для второго кольца

d,t, =d +2ау,t ас, = 1„+ г дус,.

Для технологической системы,имеющей достаточную жесткость, справедливо равенство пу Pg " те s где Р„ и д .< — соответственно радиальная составляющая силы резания и податтивость технологической системы.

Известно, что (4) где С вЂ” постоянная,характеризующая обрабатываемый материал;

t S,U — глубина, подача, скорость резания соответственно; х,п„, х„ — соответственно пока11 цУ затели степени при

tl S u U. тс.= 1с + + i + +ì + +N где d,, <д„, а, <д — податливость станка,приспособления,инструмента и детали соответственно.

Основным звеном технологической системы, определяющим податливость, з 1294490 или чим

Поскольку

> У»»- »2

1 У2

О = ., получим

1 или j

CT ч ст

); (9)" (10) на уравнеSS ьу

ЬУ 1т+

2 является станок. Учитывая, что податливость приспособления и детали в первом и втором случаях не изменяется и входит в податливость станка, а податливость инструмента в первом случае входит в податливость станка (учитывается величиной д, ), во втором определяется податливостью специального механизма <1„ (является величиной известной), можно записать 10 для первого случая (5) для второго случая (6) 15

Р„ для первого сечения (при

) определяется по формуле

1 для второго сечения (при t = tg)

Учитывая условия обработки колец (одинаковые режимы обработки и материал колец),можно записать

P = А t (7) 25

51 1 Р At (8)

22 2 Ю где А — постоянная, определяемая

t»g произведением C,„- В .

1 22

Исходя из укаэанного уравнения 30 для двух колец и двух сечений можно записать (с учетом уравнений -5 — 8) для первого кольца в первом сечении ку ьу -At, Ы„ ет

35 для первого кольца во втором сечении

К2

2 я ст для второго кольца в первом сечении У2< 1 A <1 (»к1ст + +q ) 1 4О для второго кольца во втором сечении ау A . (»д, +u)> ).

Тогда уравнения (2) и (Э) можно записать в виде: („+ 2 А << дт ) И„+ 45 д„+ 2 А t," (M„+ „)l ипи

Я2

ay, = 2 A 1i1ст

ay = 2 А (dст+ ) к

Поделив уравнение (9) ние (10), получают У,»1„+ У, M„— aу a„= 0 откуда или, введя знак (-) в скобки, полу » (12) ьу э

Для определения жесткости станка необходимо иметь две оправки с конической (толщиной 15 мм) и цилиндрической (толщиной 5-5 мм) поверхностями (фиг. 1). Оправку устанавливают в центрах станка, например токарного, и зажимают поводком. В резцедержателе станка устанавливается жесткий резец (вылет вершины резца должен соответствовать вылету режущего элемента устройства с известной жесткостью, с использованием которого обрабатывается второе кольцо) и по нониусу рукоятки поперечных перемещений суппорта устанавливают таким образом, чтобы врезание началось на конической поверхности на расстоянии около 1 мм от правого торца кольца (величина конуса кольца и установка резца на выполняемый размер должны обеспечивать возрастание припуска от t = 0 до t = 1 мм).

В случае необходимости величину припуска можно установить до 5 мм и более. После установки нониуса проводят обработку цилиндрической части оправки выхаживанием (не менее

6-7 раз), измеряют диаметры настройки (d„) и конической части оправки (до обработки) через каждый 1 мм длины конической части. Измерение проводят в фиксированном угловом положении оправки любым известным в метрологии способом, например с помощью универсальйого инструментального микроскопа УИМ-2Э.Результаты измерений saносят в таблицу. После измерения кольца проводят его обработку. Режимы резания назначают, исходя из целево,го назначения определения квазистатической или динамической жесткости

5 129 станка, исходя из конкретных условий дальнейшего использования станка, а также исходя из условия обеспечения устойчивого резания. Обработанное коническое кольцо снова измеряют на диаметре, равном диаметру выхоженной цилиндрической поверхности.

Результаты измерения заносят в таблицу е

После обработки первой оправки простым резцом и ее измерения производят обработку второй оправки с использованием устройства с известной жесткостью, при этом диаметр настройки (d ) должен соответствон вать диаметру настройки при обработке первого кольца, Результаты измерений второго кольца заносят в таблицу, Обработку и обмер второго кольца производят в той же последовательности, что и первого, при этом квазистатическая или динамическая жесткость устройства должна быть известной. Затем методом интерполяции определяют диаметр обработанных колец при заданных величинах припуска, например t < = 0,5 мм и t д = 1 мм, определяют погрешность обработки ау и лу при заданных равных nput 2 пусках и жесткость станка по формуле ьу ьу, 3 . J ьу, В качестве устройства, имеющего известную квазистатическую или динаI мическую жесткость, применяется устройство для адаптивного управления точностью механической обработки.

Устройство состоит из передней 1 (фиг, 3) и задней 2 планок. На планке 1 с передней стороны расположен

Т-образный паз, необходимый для крепления резца 3, с задней стороны расположены выступы 4 для установки оси

5 опоры 6 качения и выступ 7, служащий для фиксации начального положения передней планки относительно задней. Резец 3, оснащенный механически закрепляемой минералокерамической пластинкой 8, крепится в Тобразном пазу на передней планке 1 с воэможностью перемещения для настройки на необходимую высоту центров при помощи винтов 9 и сухарей 10.

На планке 2 находится с одной стороны хвостовик 11, служащий для крепления ее в резцедержателе станка, с другой стороны — клин 12, закреп4490 о ляемый с возможностью изменения угла при помощи накладки 13 винтами 14 °

В верхней части планки 2 закреплена пластина 15, служащая для расположения в ней упорного винта 16 и пластинчатых пружин 17. Пластина 15 крепится к планке 2 с возможностью изменения расстояния между планками, необходимого для измерения длины

10 активной части пластинчатых пружин, что происходит за счет изменяющейся по толщине прокладки 18. Упорный винт 16 стопорится винтом 19. В верхней части обе планки соединяются двумя пластинчатыми пружинами 17 с изменяющейся длиной активной части.

Пружины 17 служат для удержания передней и задней планок в состоянии контакта и используются как упру20 гий элемент. В средней части планки контактируют через опору 6 качения и клин 12, причем за счет конструктивного исполнения опора 6 качения имеет возможность перемещаться по клину только в направлениях У и

2,исключая перемещение по оси Х. В нижней части колонки соединены винтовой пружиной 20, укрепленной одним концом и задней планке 2 при помощи кольца 21, другим — в передней с возможностью изменения натяжения, что производится за счет винта

22. Винтовая пружина необходима для выборки зазоров в контактных звеньях

35 механизма.

Как уже указывалось при осуществлении способа одну из конических оправок обрабатывают с устройством, имеющим известную квазистатическую

40 или динамическую жесткость, т.е. с описанным устройством, которое работает в случае неполной компенсации деформаций, как наиболее часто встречающихся следующим образом.

При плавном увеличении припуска (поскольку обрабатываемое кольцо коническое) увеличиваются усилия резания. При увеличении тангенциальФ ной составляющей силы резания (Р ) (фиг. 4) передняя планка 1 с режущим элементом 3 перемещаются по оси 2 вниз на величину, пропорциональную изменению усилия резания.

Перемещаясь вниз по оси 2 планка

1 с режущим элементом при положительном значении угла клина 12 (фиг. 4, показан положительный угол клина), 7 1?Ч набегая на клин 12, перемещается одновременно вперед по оси У, частично компенсируя упругие деформации технологической системы станка.Поскольку припуск в процессе обработки конического кольца постоянно возрастает, положение вершинки режущего элемента смещается вниз по оси

Z и вперед оси У, частично компенсируя упругие деформации технологической системы, при этом выполняемый размер (диаметр) обрабатываемого кольца постоянно возрастает на разницу двойной величины упругих деформаций технологической системы и двойной величины компенсирующего перемещения передней панели. Суммарное разделенное движение вершинки резца представлено на фиг. 5,где

А — упругие деформации суппортной группы станка; ВС вЂ” компенсирующее перемещение передней панели; 00— упругие деформации шпиндельной группы °

Таким образом, при любых значениях регулируемых параметров САУ,обес,— печивающих устойчивое резание, устройство обладает дополнительной податливостью (жесткостью), которая определяется (для конкретных значений угла клина и толщины пластинчатых пружин) в процессе резания (при любых реальных V,S и t) с использованием универсального динамометра, например УДИ-600,и индуктивного датчика перемещений, необходимого для измерения перемещений (от сил резания) передней панели относительно задней в направлении Y.

8 изобретения

Формула

ЬЧ вЂ” ЬЧ, d

3Ч э

Ч1

3ст где j ..,, j, 35 жесткость станка; жесткость крепления инструмента; погрешность обработки на первой оправке; погрешность обработки на второй оправке.

Способ определения жесткости станка, согласно которому режущим инструментом последовательно обрабатывают закрепленные в станке две оправки, измеряют погрешность обработки каждой из них и определяют жесткость, отличающийся тем, что, 10 с целью повышения точности опредепения квазистатической или динамической жесткости станка, используют оправки с одинаковой жесткостью,на каждой из которых выполнены цилиндрическая и коническая поверхности, предназначенные для обработки, при этом обработку одной из оправок осуществляют инструментом, имеющим известную квазистатическую или динамическую жесткость его крепления, причем перед обработкой конической поверхности каждой оправки выхаживают ее цилиндрическую поверхность, а погрешность обработки каждой из оправок определяют на диаметре, равном диаметру выхоженной цилиндрической поверхности, жесткость станка определяют по выражению

Фиг. 1

1294490

Составитель В.Семенов

Редактор Н.Марголина Техред Л.Олейник Корректор Т.Колб

Заказ 422/10 Тираа 976 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4