1.Технические характеристики МО.
Скоростные характеристики.
Техническая характеристика –
одна из основных частей технического задания.
1. Размерные характеристики
определяются стандартами, отклонение возможно для станков специализированного
назначения.
Токарные – Н, мм – высота
центов (Н = 200, 250, 300, 400, 500…)
Сверлильные – Дусл,
мм – условный диаметр сверления при обработке ст 45.
Фрезерные – В х L , мм – габариты стола (В = 180, 200, 250, 320, 400,
500)
Обрабатывающие центры – В х L или Дшп
Расточные – Дшп.
2. Скоростные характеристики.
Скоростные характеристики
определяются по результатам расчетов.
- nшп –
об/мин;
- S, мм/мин;
- nшп max, об/мин;
- nщп min, об/мин.
Определение подачи.
Определение скорости резания
2. Определение
компоновки МО.
Задачи
компоновочного проект-ния: Каждое МО сост из неск-х функциональных подсистем:
обр-ки, упр-я, смены инстр-та и заг-ки, контроля. Осн-ной ПС явл-ся ПС обр-ки,
реалииз-щая размер-ю обр-ку загот-к. Для реализации разм-ной обр-ки в МО
предусм-ны спец-е эл-ты: 1)исп звенья (шпинд., столы); 2)дет. несущ сис-мы
(вкл-я подв и неподв стыки); 3)Эл-ты передачи движения и двигателя.Сов-ть исп-х
звеньев и дет. несущ сис-мы, кот хар-ся их кол-вом, типом, пространственным
расположением и пропорц-ми, наз-ся компоновкой МО. Сами исп-ные звенья, узлы и
дет. несущ сис-мы, вкл стыки, наз-ся элем-ми компоновки. Основы компонетики
заложены Ю.Д.Враговым. Одним из важных понятий в теории компоновок явл-ся опр-ние
ветви компоновки. Она предст. собой конструкционную основу МО без детализации
отд-х его элем-в.Отсутствие детализации проявл-ся в том, что Эл-ты компоновки
изображ-ся как простые геом тела или их комб-ция. Разл-м кинем стр-рам соотв-ют
разные компоновки МО, т.е. однозначного соотв-вия м/у кинем структурой и
комп-кой нет. Для обр-ки ступ-тых цил-ких деталей резцом необх-мы след-е
движ-ния формообр-ния: Фv(В1)Фs1(П2)Фs2(П3), где
В1-вращение, П2,П3-прод и попер прямолин дв-е
Выводы:1)отражая кинем-ю стр-ру МО, комп-ка
требует при разраб-ке реш-я задач, выходящих за пределы кинематики. Несмотря на
то, что кинематика считается первич-м фак-м при опред-ии комп-ки, последння
может оказать сущ-ное влияние на стр-ру кинем-х связей. 2)не следует отожд-ть
понятие комп-ки и констр-ции МО. Станки с один-вой комп-кой могут иметь
разл-ные конструкции узлов. 3)полного разграничения комп-ки и конструкции не
д/б, т.к. при синтезе вар-тов комп-к МО треб-ся инф-ция о констр-ции отд-ных
узлов, напр. напр-щих, сеч-й несущ-й констр.
Введем понятие комп-го фактора-возм-ное существенное возд-вие конструктора
на показатели кач-ва МО ч/з выбор его компоновки.
В
состав компон-х факт-в входит: 1)стр-ра компоновки; 2)простр-е распол-ние
элем-в комп-ки; 3)габариты элем-тов комп-ки, от к-рых зав-т соотн-ние
жесткостей Эл-тов комп-ки по разн корд осям; 4)вылеты-коорд-е расст-ния м/у
центрами жест-ти стыков и точками приложения нагрузки.
1-центр
жест-ти подв-го Эл-та комп-ки; 2-точка резания; 3-центр тяж-сти комп-ки; Fx,Fy,Fz-сост
силы рез-ния; x2,x3,z2,z3-вылеты комп-ки.
5)категория
сопряжения-типы подв-х стыков, отл-ся соотн-ем длин подв-х и неподв-х частей
комп-ки
Типы подв-ных стыков:
3.Эквивалентные динамические
системы станка и их применение при
конкретных
исследованиях.
Существуют
три основных типа эквивалентных систем, позволяющих решить подавляющее
большинство практических задач динамики станков.
Первая
эквивалентная система (рис. 1.4,а)
удобна при решении задач, связанных о выбором или расчетом привода и изучением
его влияния на работу станка. Кроме элемента ПД, система включает элемент
"эквивалентная упругая система" ЭУС, объединяющий УС, ПР и ПТ с их
связями. В теории приводов подобный элемент известен под названием "механичеокая
система".
Вторая
эквивалентная система (рис. 1.4,б)
используется при решении задач, связанных с анализом и расчетом условий трения
в направляющих или подшипниковых узлах станка. Обычно эти задачи решаются
применительно к холостому ходу станка. Тогда эквивалентный элемент системы ЭУС
объединяет УС и ПД. При исследовании плавности движения узлов при резании в ЭУС
включается и ПР.
Третья
эквивалентная система (рис.1.4,в) применяется при анализе или расчете
условий резания, например, при решении технологических задач, связанных о
обработкой деталей на станке. Очевидно, такая система в качестве основного учитывает
фактор точности обработки, важность которого переоценить трудно. Эквивалентный
элемент системы ЭУС, кроме УС, включает
в себя ПТ и ПД.
В
зависимости от условий исследования эквивалентный элемент ЭУС можно упростить,
приняв во внимание только упругую систему УС, и получить результаты с
достаточной для практических целей точностью
Эквивалентные
динамические системы раскрывают условность понятий об элементе и системе. В
действительности каждый основной элемент сам является сложной системой со
своими внутренними связями, которые определяют динамические свойства этого
элемента.
5. Критерий
максимальных касательных напряжений
Назначение критериев
прочности их использование и интепретация результатов расчётов НДС –
неотъемлемые компоненты расчётов инженера.
МКЭ - это метод 3х мерного
расчёта, поэтому простые критерии основаны на сравнении отдельных компонентов
тензоров напряжений/деформаций имеют огранич-ое применение. В МКЭ оценка
прочности конструкций осуществляется с помощью 4х критериев прочности:
1)Максимальных эквивалентных
напряжений по Мизесу
2)Максимально касательных
напряжений
3)Мора – Кулона
4)Максимально нормальных
напряжений
При оценке запаса прочности
все перечисленные критерии определяет момент начала разрушений как достижение
предельного состояния в некотором локальном объёме.
Данный критерий заключается в
сравнении величины максимального касательного напряжения в расчётной точки
относительно некоторой
величины задаваемой пользователем. Коэф запаса : относительно величины прочности
.
Величина ½ используется
исходя из предложении, что для хрупких материалов прочность при растяжении в 2 раза больше прочности при чистом
сдвиге.
6.
Испытания и исследование станков при работе.
Испытание проводится с целью проверки работоспособности
станка при максимальных режимах резания: при работе с максимальной силой
резания, при резании с наибольшим крутящим моментом, при резании с наибольшей
мощностью. Оценку результатов испытаний проводят по внешнему виду обработанной
поверхности, которая не должна иметь следов вибраций, при этом работа всех
механизмов станка должна быть удовлетворительной. На режимах, обеспечивающих
получение наибольшей мощности, одновременно контролируется падение частоты вращения
шпинделя (не более 3%).
Определяют коэффициент полезного действия привода
главного движения. С этой целью привод нагружается максимальным моментом
нагружающим устройством (например, электромагнитным порошковым тормозом) или
резанием заготовки с глубиной, обеспечивающей максимальный момент. При
испытаниях контролируется мощность, потребляемая двигателем из сети
. Баланс мощности при работе привода под нагрузкой выглядит
следующим образом:
где
- нагрузочные потери в
приводе станка, связанные с изменением характера трения при нагружении;
- эффективная мощность на выходном валу привода (на
шпинделе).
По результатам измерений мощности определяют коэффициент
полезного действия привода
:
который
характеризует качество привода.
Кратковременно производится перегрузка привода крутящим
моментом, превышающим максимальный на 25% (определяется нормами на перегрев
двигателя
7. Формализованное описание компоновок
мехатронного станочного оборудования на основе теории Ю.Д. Врагова.
Большое разнообразие возможных вариантов компановки
привело к необходимости их кратких обозначений раскрывающих структуру и дающих
представление о расположении элементов компановки в пространстве.
Система кодирования должна следующим требованиям:
-
Использовать
единую систему
координат для всех этапов проектирования.
-
Осуществлять
операции
относящиеся непосредственно к компановке.
-
Однозначно
и полно описывать
компановку с конкретизацией.
В
настоящее время применяют 2 системы компановок: 1. Врагов, 2. Хомякова.
Рассмотрим систему кодирования компановки Ю.Д. Врагова.
Особенностью расположения по ИСО R841 является то, что
ось координат z принимается всегда параллельно оси шпинделя независимо от того
как расположен шпиндель. Это позволяет при программном управлении использовать
координаты x и y независимо от расположения оси шпинделя.
За положительное направление оси z
принимается направление от заготовки к инструменту. Ось х всегда
горизонтальная.
Если ось z вертикальная, то положительное направление оси
x будет вправо, если смотреть с лицевой стороны оборудования.
Если ось z горизонтальная, то положительное направление
оси x будет вправо, если смотреть в направлении от шпинделя к заготовке.
Положение оси y определяется по расположению двух других
осей. Положительное направление определяется по правилу винта с правой резьбой
распол. вдоль оси z.
Начало координат принимается произвольно, движение
носящее поступательный характер обозначается также как сами оси, соот-но X,Y,Z.
Дополнительные движения параллельно осям x,y,z обозначаются соответвенно
u,v,w(вторичные движения), p,q,r(движения 3ей очереди).
Вращение шпинделя обозначается буквой С. Круговые
движения вокруг осей x,y,z обозначаются- А,В,С.
Стационарный блок в ходе разработки – О.
Обозначение координатных осей поступательного
и вращательного движений.
Направление осей для компановок с горизонтальным и
вертикальным шпинд. узлом.
Блоки компановки, выполняющие одновременно 2
движения(например, поступательное и вращательное) обозначаются в коде
компановки через z/c. Это же относится к блокам перемещающихся под углом.
Например, y/z. Преобладающее по скорости движение записывается справа, если
перемещается заготовка. Параллельно сопряженные блоки записывают в скобках со
знаком «+», и если они одинаковы, то взамен скобок ставится число блоков.
Код компановки: В1-С; П2-Z; П3-X
COZX
Код компановки: CZ0X.
Код компановки
вертикально-консольно-фрезерного МРС: XYZCV.
Стол: X
Салазки: Y
Консоль: Z
Основание: “О”
Вращение вертикальное шпинделя: CV.
Применение обозначения CV связано
с тем, что в системе ИСО направление оси Z связано с направлением оси шпинделя,
но в приведенном примере вдоль оси Z перемещается консоль. Устранение неопределенности
достигается с помощью индексов h и v при знаке шпиндельного узла. Знак h
принимается при неопределенности по оси Y, а знак v при неопределенности по оси
Z.
8.
Процесс резания. Определение динамических характеристик: методика, расчет
параметров, обработка результатов.
Процесс
резания представляет собой элемент динамической системы станка, входным
параметром которого является относительное смещение инструмента и заготовки, а
выходным - сила резания, действующая на УС. Величина силы резания - не главный
критерий устойчивости системы. Главным является изменение этой силы,
возникающее при относительных колебаниях инструмента и заготовки.
Коэффициент
усадки стружки с, равен отношению толщины стружки а1 к толщине срезаемого слоя а.
ξ= а1/а
Сила
резания
: Р = КР⋅У
где
Кр - коэффициент резания (статическая характеристика ПР), Н/мм; У -
деформация УС по нормали к поверхности резания, мм.
Представив
ПР инерционным элементом динамической системы станка (используя метод
идентификации), можно записать уравнение, описывающее поведение этого элемента:
ТР⋅Р + Р = КР⋅у
или
в операторной форме записи
(ТР⋅р + 1)⋅Р(р) =Р КР⋅у(р)
Постоянная
времени стружкообразования Тр зависит от геометрии инструмента,
обрабатываемого материала, толщины срезаемого слоя и скорости резания:
ТР
= α⋅а⋅ξ/V
где
а - коэффициент пропорциональности, зависящий от обрабатываемого материала и
условий резания; V - скорость резания,
мм/с.
WP(p) = P(p)/y(p) = KP/(TP⋅p + 1)
αaζ=lP - "длина пути
стружкообразования", т.е. расстояние, проходимое резцом относительно обрабатываемой
поверхности для формирования стружки и, следовательно, силы резания.
Коэффициент
пропорциональности α определяется
отношением коэффициентов деформированного состояния материала т и n:
11. Компоновочные факторы мехатронного станочного
оборудования. Определение и виды. Привести примеры.
Задачей
проектирования компоновок МО яв-ся определение компоновочных факторов, кот. при
заданном наборе координат движений исполнительных звеньев, обеспечивают потенциальную
возможность получения оптимальных значений основных показателей качества МО.
Компоновочный
фактор – это возм-ное существенное возд-вие конструктора на показатели кач-ва
МО ч/з выбор его компоновки.
В
состав компон-х факт-в входит: 1)стр-ра компоновки; 2)простр-е распол-ние
элем-в комп-ки; 3)габариты элем-тов комп-ки, от к-рых зав-т соотн-ние
жесткостей Эл-тов комп-ки по разн корд осям; 4)вылеты-коорд-е расст-ния м/у
центрами жест-ти стыков и точками приложения нагрузки.
1-центр жест-ти подв-го Эл-та комп-ки;
2-точка
резания;
3-центр
тяж-сти комп-ки;
Fx,Fy,Fz-сост
силы рез-ния;
x2,x3,z2,z3-вылеты комп-ки.
5)категория
сопряжения-типы подв-х стыков, отл-ся соотн-ем длин подв-х и неподв-х частей
комп-ки
12.Теоретическое исследование характеристик упругой
системы станка. Разработка расчетной схемы и математической модели.
Характеристики УС определяются
следующими основными параметрами: массами, и моментами инерции узлов и
деталей; жесткостью упругих элементов; силами неупругого сопротивления (демпфирования);
связями между перемещениями масс в системе со многими степенями свободы. Массы
и моменты инерции узлов и деталей станка определяются как расчетом (по
чертежам), так и экспериментально. Жесткости различных конструктивных элементов
определяются известными методами механики. Учитывая сложность явлений,
возникающих в соединениях деталей и узлов, данные . по жесткости стыков
целесообразно получать экспериментально.
Силы неупругого сопротивления или
силы демпфирования в элементах станка определяются рассеиванием энергии в
деформируемом материале и трением в стыках деталей.
В многомассовых колебательных
системах перемещения отдельных масс связаны друг с другом. Связи могут быть
статическими (упругими), скоростными и инерционными. При расчете динамических
характеристик реальную УС станка заменяют расчетной схемой, т.е. системой с
конечным числом степеней свободы
Расчетная
схема и математическая модель упругой системы Расчетная схема станка представляется в виде некоторого количества
сосредоточенных масс, соединенных невесомыми упругими и диссипативными
(рассеивающими энергию колебаний) элементами, обычно с линейными
характеристиками. Расчетная схема должна быть эквивалентна реальной системе
станка в заданном частотном диапазоне по жесткости в точках приведения масс; значениям
низших собственных частот и соответствующим формам колебаний.
Построенная таким образом расчетная
схема позволяет описать динамику УС станка системой линейных дифференциальных
уравнений второго порядка.
Разработку расчетной схемы УС можно
проводить на основе чертежей станка.
В качестве примера рассмотрим
построение расчетной схемы УС вертикально-сверлильного станка (рис. Л.8,а) по
связи с процессом резания.
На схеме представлены: шпиндельная
бабка (m1, J1), шпиндельный
узел (m2) и стол (m3)-
Стойка, основание станка и стык между ними приняты абсолютно жесткими и неподвижными
относительно фундамента.
17.Этапы
проектирования конструкции мехатронного станочного оборудования. Техническое
задание.
Техническое
задание.
Техническое предложение является 1-м
этапом проектирования МО на котором уточняются технические характеристики
(например, диапазоны скоростей приводов).
Эскизный проект содержит
предварительную конструкторскую проработку узлов, а также выбор компоновок.
Технический проект включает
окончательную проработку всех схем МО, включая общие виды, чертежи узлов с
указание ТУ на изготовление и сборку, спецификации.
Рабочая документация является
завершающим этапом проектирования (оформляются рабочие чертежи на все
оригинальные детали с простановкой размеров).
18. Разработка
структурной модели упругой системы станка
1. составляется топологическое уравнение
элемента (условие равновесия)
2.
составляются комонентные уравнения
3.
по топологическому уравнению с использованием компонентных составляются
граф-связи системы
4. определяются передаточные функции всех связей
5.
составляю структурную модель
Примечание:
при необходимости структурная модель упрощается заменой эквивалентной
передаточной функции
19. Повышение жесткости мехатронного станочного
оборудования с учетом: рационального расположения опор узлов; создания предварительного
натяга; применения параллельно работающих узлов (звеньев); применения
многоконтактных опор (привести примеры).
1. Рациональное расположение опор
В качестве примера рассмотрим характер изменения
деформации
в центре балки вплоть
до её полного исключения только за счёт изменения расположения опор.
2. Создание
предварительного натяга
3. Применение
многоконтактных опор
Например, фиксация стола-спутника на основании
с помощью реечной передачи.
4. Применение
параллельно работающих звеньев
Например, в шпиндельном узле очень часто используется
параллельная установка в передней опоре от 2 до 4 шариковых радиально-упорных
подшипников качения. Их применяют потому, что применение параллельно работающих
звеньев изменяет жесткость пропорционально количеству звеньев.
20. Технико-экономические показатели мехатронного
оборудования. Гибкость, универсальность, эффективность, производительность.
1)Эффективность – является комплексным показателем, который
определяет, в какой мере реализуется главное назначение МО – обеспечение тех.
проц обработки с наименьшими затратами.
Эф-ть
МО (шт/руб):
А=N/ΣЗ,
где
N-кол-во деталей, обработанных на МО дет за 1 год;
ΣЗ-сумма
год-х затрат на изготовление МО.
При
проектировании МО необходимо стремиться к увеличению А, что имеет место при
превышении роста производительности над увеличением затрат.
2)Производительность – определяет способность МО обеспечиватьть
обр-ку опред-го числа дет в единицу времени.
Виды
оценок производительности:
1)технологическая:
Qт=1/tр (шт/мин),где tр-время работы МО
(формообразование одной детали)
2)цикловая
(шт/мин): Q0=1/(tр+tв),где tв-вспом время операцииии,
мин
3)фактическая
(шт/мин): Qф=1/(tр+tв+tп), где tп-вр производственных
потерь, мин (на 1 дет)
4)годовая
– с учетом коэффициента использования оборудования
5)формообразования
– опред-ся площадью пов-ти, обрабатываемой на МО в единицу времени
6)съём
металла – опред-ет объем металла, снятого с заготовки в единицу времени (для
черн обр-ки).
Осн-е
пути повышения производительности:
1)рост
технол-й производительности за счет увеличения скорости резания, подачи, суммы
длины режущихх кромок, участвующих в работе
2)совмещениее
рабочих и вспомогательных операций во времени
3)сокращение
времени на вспомогат. движения (холост. ходы, увелич. скор. ускоренных
перемещений)
4)уменьшение
всех видов внецикловых потерь за счет комплексной автоматизации: авт-ция смены
заготовок деталейей (пром. роботы), авт. смены режущего инструмента.
Гибкость МО – способность
оборудования к быстрой переналадке для изготовления других, новых деталей при
допустимых затратах. Высокая гибкость МО приводит к существенному снижению
объема незавершенной продукции, связанной с с размещением на складах
предприятия невостребованной продукции,
к снижению времени перехода и затрат на выпуск новых деталей.
Универсальность – способность МО
обрабатывать детали заданной номенклатуры без модернизации оборудования.
Универсальное оборудование можно использовать для обработки множества разных
деталей без дополнительной модификации или модернизации, что позволяет
использовать одно и то же оборудование на разных участках производства, перераспределять
производственные мощности между участками, уменьшить номенклатуру используемого
оборудования и т.д.
21. Управление параметрами
упругой системы для получения
требуемых показателей качества.
Упругая
система – массы, моменты инерции, упругие связи и демпфирование.
1.
увеличение массы приводит к снижению частоты колебаний (T = ω m c
)
)
2.
увеличивая
жёсткость, мы уменьшаем К ус, то есть уменьшаем К экв и отсюда К раз уменьшается. Следовательно точка ω = 0
смещается к центру координат и вся характеристика “снижается”.
3.
демпфирование. Увеличение демпфирования приведёт
к уменьшению собственной частоты. Оно мало и им можно принебречь.
h усс > h ус1
Пассивный демпфер действует на определённых частотах, его
необходимо ставить туда, где петля элемента находится в отрицательном квадранте
АФЧХ.
Активный демпфер может менять частоту, которую он гасит.
4.
Процесс
резания. К рез уменьшаем и получим, как во втором примере.
К р – уменьшить коэффициент усадки (сильнее подавать СОЖ)
R р – уменьшить ширину
срезаемого слоя.
5.
Уменьшить
φ р (ω) – фазовый угол. Чем выше скорость резания, тем меньше φ ,
что плохо из-за уменьшения стойкости.
6.
Управление
звеном запаздывания в основном за счёт изменения τ, которая в свою очередь
зависит от частоты вращения шпинделя.
23. Определение рабочего пространства
МСО
Рабочим пространством называется
область, в которой может находиться обрабатываемая деталь (габариты МО).
Рабочее поле – это часть рабочего
пространства, в которой инструмент и деталь могут взаимодействовать (область
силовых нагрузок).
Рабочее пространство спец.станков определяется
габаритами обрабатываемых деталей, а для универсального оборудования задаётся
основная размерная характеристика.
Определим рабочее
пространство станка модели 160HT.
Рабочее
пространство представляет собой цилиндр, длина которого находится по следующим
формулам L≥1,2·(lдет.max+lсалазок),
где lсалазок=(1,5…2)·Bнапр., диаметр цилиндра
находится по формуле D=dдет.max/(0,7..0,8).
25.Понятие о статических и динамических
характеристиках динамической системы станка.
Статическая характеристика
выражается коэффициентом К, представляющим собой отношение выходного
параметра элемента или системы Хвых к входному хВх в установившемся
режиме К=
К вых К вх (1,1)
Движение элемента или системы в
произвольный момент времени описывается дифференциальным уравнением -
математической моделью элемента или системы.
Дифференциальные уравнения линейны,
если их слагаемые содержат зависимые переменные и все их производные в первой
степени. Уравнения нелинейны, если они содержат либо произведения, либо
степени выше первой.
Динамические свойства всей системы описываются совокупностью уравнений
элементов системы и уравнений связей, определяющих порядок соединения
элементов. Эти уравнения представляют собой математическую модель динамической
системы.
Выполнив с математической моделью
операцию преобразования Лапласа, получим уравнение в операторной форме записи:
где Q(p), R(p) и N(p) - операторные
многочлены; Хвых(Р), Хвх(Р) и f(p) - выходной, входной параметры и внешнее воздействие на
элемент или систему; р - комплексная переменная.
Характеристика элемента или системы в
виде отношения выходного параметра к входному или внешнему воздействию,
записанная в операторной форме, называется передаточной функцией W(p) элемента или системы:
где W(p) и Wf(p) - передаточные
функции по входному параметру и по внешнему воздействию соответственно.
При анализе динамических систем
удобны так называемые частотные методы. В этом случае применяются частотные
характеристики, определяемые при изменении входного параметра во времени по
закону гармонических колебаний. Частота этих колебаний варьируется теоретически
от нуля до бесконечности, а практически - в пределах рабочего диапазона.
Зависимость отношения амплитуд
колебаний выходного и входного параметров от частоты дает амплитудно-частотную
характеристику (АЧХ); зависимость фазы колебаний - фазово-частотную (ФЧХ);
совмещение этих двух характеристик - амплитудно-фазовую . частотную характеристику
(АФЧХ). Амплитудно-фазовая частотная характеристика строится в комплексной
плоскости. Примеры частотных характеристик представлены на рис. 1.5.
В ряде случаев представляет интерес
еще одна характеристика, Которая описывает переходный процесс в системе.
Переход от передаточной функции к АФЧХ производится заменой комплексной переменной
р на iω,
где I - мнимая единица, ω
- круговая частота.
АФЧХ является комплексной величиной и
после преобразования этого выражения может быть представлена в следующих двух
формах: " в декартовых координатах
или в полярных координатах
где Re(w) - вещественная часть; 1т(w) - мнимая
часnь; А(w) - амплитуда,
равная отношению амплитуды выходного параметра к амплитуде входного; φ(ω) -
фаза между колебаниями выходного и входного параметров.
26.
Технико-экономические показатели качества
МО . Погрешность формообразования
К этому виду погрешности относятся ошибки,
связанные с аппроксимацией траектории
и интерполяцией,
погрешности настройки гитары зубчатых колёс, ошибки формирования сложных
поверхностей различными видами инструмента.
Погрешность аппроксимации возникает в
результате приближённой замены криволинейной траектории отрезками прямой.
Элементарный шаг аппроксимации определяется углом
, от которого зависит величина отклонения.
Обычно
% допуска на деталь.
Погрешности интерполяции связаны с тем, что
при обработке криволинейного контура с учётом дискретности системы ЧПУ
возникает погрешность формообразования.
Большие
возможности снижения погрешностей формообразования лежат в сфере
совершенствования схем обработки.
При
сверлении отверстий возможен увод сверла, поэтому применяются 2 схемы данного
вида обработки.
В случае применения схемы 2 (рис. б)
отклонение от прямолинейности оси отверстия существенно ниже, чем на схеме 1
(рис. а).
27.
Процесс трения. Определение динамических характеристик: методика, расчет
параметров, обработка результатов.
В
статической форме сила трения определяется законом Кулона:
FТР = fТР⋅N
Выразив
нормальную нагрузку через деформацию контактирующих поверхностей, получим
уравнение для силы трения в отклонениях:
FТР = fТР⋅С⋅у
=КТР⋅у
где
С - коэффициент жесткости контактирующих' поверхностей по нормали к поверхности
трения, Н/мм; у - контактная деформация, мм
Коэффициент
пропорциональности Кт между силой трения и контактной деформацией
УС называется статической характеристикой про-цесса трения.
КТР
= fТР⋅С
По
аналогии с процессом резания (1.13) передаточную функцию WT(p) процесса трения как
инерционного звена системы можно представить в виде
WT(p) = F(p)/y(p) = KT/(TT⋅p + 1)
где F(p)
и у(р)
- Лапласовы изображения силы трения и нормального смещения ползуна; ТT
- постоянная времени предварительного смещения, с.
Постоянная
времени может быть представлена как отношение некоторой части предварительного
смещения lтр скорости V скольжения, которая предполагается постоянной (среднее
значение):
ТТ
= lТР/V
29.
Перспективные направления развития промышленных информац. технологий
1. усиление влияния
пром.инф.техн-й на развитие производства глобализации экономики.
2. цифровое
моделирование произв-ва DМ систем (Digital
Manufacturing). Рзвитие DМ
систем выходит на первый план, т.к. это позволяет предпринимателям
ликвидировать разрыв между бизнес продукции проектирования и произв-ва.
3. интегрир-я
системами реал.времени SCADA комп-я SAP
значительно увел-т расходы для развития собств.напр-я SCADA
систем (получение информаций, поступ-й от сенсоров, датчиков, штрихкодов).
4. консолизация рынка
разраб-в промышлен.технологий (Н-р комп. Siemens
приобрела PLM систему UGS).
5.дальнейшее развитие
фукц-х возможностей CAD/CAM/CAPP/CAE
систем. В 2008 г .
Siemens предложил революц-е решение в области проектир-ия
- синхронная технология.
6. развитие
спец.видов программ.обеспечения: СУБД, разработки функц.приложений (управление
проектами, версиями, знаниями), создание специализ-х отрасл.приложений.
7. развитие
технологии «Захват и повторное использование». Комп. ICEM
погл-а DS, явл-ся ведущим разработчиком данной технологии.
8. развитие новых
организов-х форм – виртуальное предприятие. Развитие концепции PLM
обусловило появление новой организ.формы: выполнение новых масштабных проектов
– вирт. предприятий. Вирт.предпр-я – это структура временно создаваемое для
реализ-и наукоемких проектов и выполнение крупных заказов, включ.создание
предпр-е, расчет мощностей, логистика, кооперация с др предп-и, НИИ, КБ.
9.развитие техн-и –
«облачная обработка данных». Технология обработки данных в которых ПО
предоставляется пользователю как Интернет сервис. Инженер получает доступ к
собствен.данным на сервере, но не может управлять и не должен заботиться об
инфраструктуре ОС ЭВМ и собств. ПО с
которым он работает.
10. развитие
концепции PLM 2.0. Приминение 3D
он-лайновой среды для комплект.процесса создания интеллектуальной собственности
PLM 2.0. Это тоже самое что и Web
2.0 для Web. Это принципально новый подход, открывающий возможность
использования интел.проектов он-лайн взаимодействия.
30. Исследование
влияния параметров процесса трения на его характеристики, управление
показателями процесса.
Смещение
по нормали к поверхности резания (по оси Y)
вызывает
изменение толщины срезаемого слоя, скорости скольжения стружки и действительных
значений переднего и заднего углов резания.
Смещение
по касательной к поверхности реванш в направлении скорости резания (по
оси Z) вызывает изменение скорости резания и связанных с этим
изменений качества поверхностного слоя и стойкости инструмента.
Смещение
по касательной к поверхности резания в направлении, перпендикулярном
скорости резания (по оси X), вызывает изменение
направления скорости, в плоскости резания и скорости скольжения стружки' по
передней поверхности резца.
Исследования
показывают, что достаточно быстрое изменение скорости резания или скорости
скольжения стружки по резцу при колебаниях УС оказывает второстепенное влияние
на силу резания по сравнению со стационарной обработкой на соответствующих
скоростях. Существенное влияние на изменение силы резания оказывают изменения
сечения срезаемого слоя и геометрии резания, что наблюдается при смещении
инструмента и заготовки по оси Y. Кроме того, деформация
УС в этом направлении приводит к снижению точности обработки (например, относительное
смещение резца и заготовки по оси Y приводит к изменению
диаметра обрабатываемой поверхности на токарном станке). Эти обстоятельства
обуславливают определение характеристик элемента ПР по связи с деформацией УС в
направлении оси Y.
31.Основные тенденции
проектирования МС на примере оборудования компаний Мори Сейки, …, Стерлитамак
М.Т.Е.
Стерлитамакский станкозавод: В конструкции станков
постоянно вносится новизна в вопросе компановок. Применяется единая модульная
основа, что позволяет улучшить дизайн, повысить точность, надежность, удобство
обслуживания и получить сравнительно невысокую стоимость производимого
оборудования. Сборка станков на модульной основе дает возможность собирать
станки под конкретные детали заказчика благодаря инженерно-техническому центру,
созданному на предприятии.Создаются новые концепции станков, например станок
2000VHT, на котором возможна токарно-карусельная обработка крупногабаритных
деталей, фрезерование, сверление, расточка, нарезание.
Создаются новые высокоточные станки с высокой
производительностью и универсальностью. Изготовляются они в вариантах с
неподвижным столом и с наклонно-поворотным столом с ЧПУ. На станках
используется различные приспособления, для крепления обрабатываемой детали.
Такие опции как мотор-шпиндель с частотой вращения до 24 тыс. об/мин., поворот
стола на 180 градусов, вращение стола до 400 об/мин. и др. расширяет
возможности станка.Существует возможность замены неподвижных столов поворотными
столами для 4-х и 5-ти координатной обработки. Важное качество станков –
5D-интерполяция, т.е. обр-ка детали с 5-ти сторон без переустанова.
Одновременное многоосевое управление станком системой ЧПУ позволяет не
прекращать работу станка при смене инструмента.
Mori Seiki Co ., Ltd
Главное внимание
уделяет шлифовальным станкам, и в настоящее время выпускаем серию вертикальных
шлифовальных станков и шлифовальные центры высокой гибкости. На них можно
осуществлять внутреннее и наружное шлифование одновременно. Основными областями
их применения являются обработка керамики и закаленных сталей. Производительность
является главным фактором в продажах, особенно для предприятий по производству
штампов и пресс-форм, занимающих 35% в нашем сбыте. Перспективным является и рынок
микрообработки. В настоящее время мы предлагаем машинную систему, в которой
используется концевая фреза диаметром 0,5 мм
Fanuc Ltd
основные усилия
направляет на полную автоматизацию производства. Стремление перейти к безлюдным
технологиям
привело к созданию роботизированной ячейки, которая включает пять многоцелевых
станков, обслуживаемых роботами, и требуется всего один оператор для контроля
за операциями. Подача заготовок и материалов осуществляется к ячейке с одной
стороны, а технологической оснастки - с другой. Автоматизированные транспортные
тележки (АТТ) подают материалы и требуемую оснастку к роботизированной станции
для обработки требуемой детали. Роботы, оснащенные системами технического
зрения и быстродействующими датчиками, автоматически загружают заготовки в
приспособление, а затем на паллету. АТТ подают установленную заготовку к
обрабатывающим центрам, выполняющим серии заданных операций. Обработанная
деталь возвращается на роботизированную станцию, где автоматически снимается и
передается на сборку. Такие разработки включают быстродействующие роботы,
оснащенные техническим зрением и датчиками крутящего момента.
34.Повышение
жесткости мехатронного станочного оборудования с учетом: конструкций соединений
узлов; способов установки оборудования на фундамент;компенсации упругих
перемещений консольно-расположенных узлов.
Жесткость
МО
характеризует свойство противостояния появления упругих перемещений, под
действием постоянных или медленно изменяющихся во времени силовых воздействий.
Жесткость
-
это отношение силы к соответствующей упругой деформации. Делится на линейную и
угловую.
Линейная
жесткость
Угловая жесткость
F
– величина линейной силы (нагрузки),М – величина момента, ∆ - перемещения, φ –
угловое перемещение, Податливость – это величина обратной жесткости.
Способы повышения
жёсткости МО
Обеспечение рационального баланса податливости
МО является важной задачей и, как правило, выступает, как критерий оптимизации
при проведении расчётов статической жесткости базовых деталей и конструкции МО
в целом.
Например, упругие перемещения суппортов
токарного МО могут достигать 50%, деформации подвижных ШУ – 60-70% от общей
податливости.
Рассмотрим некоторые способы повышения
жесткости и снижения её влияния на работоспособность МО.
1. Фактор
сопряжений деталей и узлов (направляющих, стоек, станин и тому
подобное)
2. Способ
установки на фундамент
3. Компенсация упругих перемещений
Например, консольно-расположенных узлов,
уменьшает отрицательное влияние деформации на точность.
SHAPE \* MERGEFORMAT
|
1 – консоль (ползун)
2, 3, 4 – клинья
5 - заделка
|
Для компенсации перемещений
применяется специальное
приспособление (тросовый привод), позволяющее компенсировать погрешность
, влияющую на точность формообразования (смотри литературу по
уравновешивающим механизмам).
37. Технико-экономические показатели
качества МО (надежность).
1)
Эффективность – является комплексным показателем, который определяет, в
какой мере реализуется главное назначение МО - обеспечение технологического
процесса обработки с минимальными затратами.
2)
Производительность – определяет способность МО обеспечить обработку
определенного числа деталей в единицу времени.
3)
Гибкость - способность к быстрому переналаживанию для изготовления
других новых деталей при дополнительных затратах - снижение объема
незавершенного производства, связанного с размещением на складах предприятия
невостребованной продукции.
4)
Универсальность - способность обрабатывать детали заданной номенклатуры
без модернизации оборудования.
5)
Переналаживаемость - определяется потерями времени и средств на
переналадку МО при переходе от одной партии заготовок к другой.
6)
Повторяемость - способность МО выполнять ранее выполненные работы после
завершения текущей работы.
7)
Адаптивность - способность к восприятию изменения условий производства.
8)
Надежность
Показатели
надежности:
Отказ
-
случайное событие, заключающееся в выходе из строя какого-то элемента или в
нарушении работоспособности МО. Отказы могут быть связаны с разбросом
параметров заготовок, потерей первоначальной точности из-за износа важнейших
деталей компоновки (направляющих, ШВП)
Долговечность
-
свойство сохранять работоспособность с необходимыми перерывами для технического
обслуживания и ремонта до предельного состояния (выход за пределы норм
точности).
Ремонтопригодность - приспособленность
к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей, отказов путем
технического обслуживания или ремонта.
Комплексным
показателем надежности является коэффициент технического использования
Кти=Тр/(Тр+ΣТс),
где Тр-время работы МО, Тс-время простоев МО (ремонт, замена компонентов,
регулирование, выверка). Рекомендуемое значение Кти=0,73-0,8 - для МО.
9)
Точность
10)
Жесткость – характеризует свойство противопоставления появлению упругих
перемещений под действием постоянных силовых воздействий.
11)
Теплостойкость – характеризует сопротивляемость оборудования возникновению
недопустимых температурных деформаций при действии различных источников
теплоты.
12)
Точность позиционирования – характеризуется ошибкой вывода узла в заданную
позицию по одной или нескольким координатам.
38. Цели и задачи структурного синтеза
компоновок мехатронного станочного оборудования. Привести пример структурного
синтеза компоновок мехатронного станочного оборудования.
При
увеличении числа разрядов в каждом символе структурного кода компоновки МО
количество теоретических вариантов NT значительно
увеличивается. В этом случае задачу синтеза компоновки удобно решать в два
этапа:
1)
синтез
возможных вариантов подвижных блоков
2)
компоновка
ветвей инструмента и заготовки и из этих блоков для ограничения количества
синтезируемых компоновок применяются следующие критерии:
- разрешение или запрещение определенного
перемещения в данной ветви компоновки
- указание на размещение определенного
подвижного блока в заданном месте ветви компоновки
- указание на размещение в ветви компоновки
параметров, в качестве которых могут выступать любые элементы структурного
кода.
Рассмотрим
пример использования данного подхода для синтеза компоновки станка,
предназначенного для шлифования плоских реек.
По ТЗ необходимо учесть унификацию
ветви «стол-станина»
1230121_0000000
Это
означает, что синтезировать ветвь заготовки не нужно. Таким образом ветвь инструмента
должна реализовывать оставшиеся 3 движения: Пх, Пу, В.
Введем
критерии на синтез ветви инструмента:
1)
разместить шпиндель шлифовального
круга на 1 месте – ограничения 2го типа.поступательно подвижные блоки должны
осуществить движения, параллельные осям x
и z без наклонных стыков.
разместить шпиндель шлифовального
круга на 1 месте – ограничения 2го типа.поступательно подвижные блоки должны
осуществить движения, параллельные осям x
и z без наклонных стыков.
2)
форма
элементов компоновки призматическая
3)
тип
подвижных стыков – 1ый
4)
направление
перехода через подвижные стыки либо по, либо против соответствующей оси
координат.
На
2-м этапе производится синтез ветви инструмента. Теоретическое число вариантов структуры
ветви равняется числу размещений поступательных блоков из 4-х по 2.
А2=4’/(4-2)’=3х4=12
Однако
не все они проходят по обязательным ограничениям (в одной ветви подвижные
блоки, совершающие одинаковые координатные движения).
|
1
|
22201.2
|
1310121
|
1130121
|
0000000
|
|
2
|
22201.2
|
1320111
|
1130211
|
0000000
|
|
3
|
22201.2
|
1310121
|
1120111
|
0000000
|
|
4
|
22201.2
|
1320111
|
1120111
|
0000000
|
|
5
|
22201.2
|
1120111
|
1310121
|
0000000
|
|
6
|
22201.2
|
1120112
|
1310121
|
0000000
|
|
7
|
22201.2
|
1120111
|
1320111
|
0000000
|
|
8
|
22201.2
|
1120111
|
1320111
|
0000000
|
Таким
образом в результате структурного синтеза с введенными ограничениями получается
небольшое множество альтернативных вариантов реализуемых компоновок со структурными
кодами. Далее осуществляется параметрический синтез по критериям: геометрическая
точность, статическая жесткость и напряжения, собственные частоты и перемещения
на них, предварительный анализ динамических параметров. Структурный и
параметрический синтез осуществляется с помощью математического обеспечения.
Рассмотрим математическую
модель компановки МО в след. Виде:
Где
- множество блоков
изменяемых в синтезе компановки
Идея синтеза состояний в том,
что можно рассматривать все элементы компановки как объединенное множество с
описанием возможных взаимодействий с
учетом конструктивных и технологических особенностей, а также с учетом их
характеристик
Отношения между элементами
множества можно задавать с помощью графа. Вершины графа соответствуют элементам
компановок МО, а дуги на возможность установки соответствия.
Графы описываются
прямоугольными матрицами смежности.
Рассмотрим пример описания.
Матричная запись графа будет
иметь следующий вид:
|
|
К1
|
К2
|
К3
|
К4
|
|
Р1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
|
Р2
|
1
|
0
|
0
|
0
|
|
Р3
|
1
|
1
|
1
|
0
|
|
Р4
|
0
|
0
|
1
|
0
|
|
Р5
|
0
|
1
|
0
|
1
|
|
|
К1
|
К2
|
|
|
Р1
|
х
|
0
|
Х
|
|
Р2
|
х
|
0
|
0
|
|
Р3
|
Х
|
х
|
х
|
|
Р4
|
0
|
0
|
Х
|
|
Р5
|
0
|
х
|
0
|
Графы могут быть описаны
матрицами смежности другого вида. Для этого устанавливается соотношение между
координатами бинарных относительных вершин графа и строками и столбцами прямоугольной
матрицы.
На пересечении j – ого
столбца и i-ой строки расставляется номер вершины графа соответствующий второй
координате, если выполняется условие соответствия.
|
|
1
|
2
|
3
|
|
Р1
|
6
|
8
|
0
|
|
Р2
|
6
|
0
|
0
|
|
Р3
|
6
|
7
|
8
|
|
Р4
|
8
|
0
|
0
|
|
Р5
|
7
|
9
|
0
|
|
Рn
|
.
.
.
|
.
.
.
|
.
.
.
|
Кроме того к матрице
добавляется ряд новых матриц, хранящих следующие данные: направление в том
числе одновременно по двум осям, величины перемещения, скорости перемещений, особенности
конструктивных исполнений и т.п.
Рассмотрим задачу синтеза
множества вариантов компановок для ранее рассмотренного многоцелевого станка.
Матрица вариантов компановок может иметь следующий вид:
Ограничения:
1) 4 блока
2) Положение инструментального блока неизменно
4!=24 кода компановки
Все компановки в матрице
записаны начиная от инструмента. Крайние столбцы матрицы соотношений
односторонней компановки в которых все координатные движения выполняют либо
блоки, либо ветви заготовки. В средних столбцах матрицы в координатных
движениях участвуют обе ветви.
40. Технико-экономические показатели качества МО (геометрическая точность).
Геометрические погрешности (геометрическая
точность) зависят от ошибок соединений и влияют на точность взаимного
расположения узлов МО при отсутствии внешних воздействий. Геометрическая
точность зависит от точности изготовления базовых деталей и качества сборки 
Комментариев нет:
Отправить комментарий