Похибки обробки на верстатах з чпк та їх оцінка

Дві групи похибок в системі креслення - готова деталь впливають на точність обробки деталей на верстатах з ЧПК. Перша ви­никає під час розробки та запису керуючої програми на програмоносії. Друга є основною і вноситься технологічною системою верстата з ЧПК безпосередньо при обробці деталей. На технологічну систему, що складається з комплексу верстат - обладнання ЧПК, різального інструменту, пристрою та заготовки, діють внутрішні та зовнішні чинники. Їх вплив обумовлює відхилення від заданого ходу технологіч­ного процесу і погіршує вихідні показники якості роботи верстата. Внутрішніми чинниками є сили різання, сили тертя, вібрації, тепловиділення та нагрівання елементів технологічної системи. До зовнішніх чинників відносять температуру навколишнього середо­вища, вібрації сусіднього обладнання, коливання напруги в електро­мережі, вологість і забруднення навколишнього середовища та інше. Технологічна система верстата з ЧПК включає велику кількість взаємопов'язаних елементів. Характер їх взаємодії не підлягає лінійним чи постійним в часі залежностям. Будь-який поодинокий вимір її параметрів точності відповідає тільки тому станові, в якому система знаходилась в момент виміру. В зв'язку з цим під час комплексної оцінки верстата і обладнання ЧПК при їх взаємодії перевага віддається методу статистичної оцінки точності позиціювання робочого органу верстата. Оцінка точності виконується за підсумками низки повторних випробувань та їх статистичними харак­теристиками: середньому арифметичному значенню та середньому квад­ратичному відхиленню. Під точністю позиціювання розуміють від­хилення дійсного положення робочого органу верстата від запрогра­мованого в різних точках шляху його переміщення за однією з коор­динатних осей. Втрата точності обумовлена наявністю під час обробки деталей як випадкових, так і систематичних похибок, що утворюють єдину сукупність розсіяння розмірів. До них відносяться: похибки обладнання ЧПК, похибки привода подачі (двигуна та передавальних механізмів), геометричні похибки верстата, похибки вимірювальних перетворювачів тощо. Оскільки в верстатах з контурною системою обробки переміщення за однією координатою є функцією переміщення за іншою то точність роботи верстата може бути визначена шля­хом вимірів похибок переміщення за однією з координатних осей.

Нормування допусків спряжених конусів

Згідно з ГОСТ 25307-82 для спряжених конусів встановлено такі види допусків: допуск діаметру конуса, допуск форми конуса, допуск кута конуса. ГОСТом передбачається спосіб нормування до­пуску діаметру конуса, згідно з яким встановлюють допуск діаметру Т₀ однаковий в будь-якому поперечному перетині конуса, що визна­чає два граничних конуси, між якими мають знаходитися всі точки поверхні дійсного конуса (рис. 12.1). Допуск обмежує також від­хилення кута конуса та відхилення форми конуса,якщо вони не обмежені спеціально меншими допусками. Допуск за вибраним квалітетом визначається в відповідності з ГОСТ 25347-82 за номінальним діаметром більшої основи конуса (табл. 12.1).

Рисунок 12.1 - Допуск діаметру конуса

Таблиця 12.1 - Допуски конусів, мкм

Інтервали діаметрів, мм	Квалітет допуску
Понад 80 до 120

Порядок виконання роботи

6.1 Експрес перевірка стану верстата під час точіння конусів виконується на холостому ході верстата. Еталонний (шліфований) конус закріплюється в патроні верстата та підтримується центром пінолі задньої бабки. На супорті замість різця встановлюється вимірювальний пристрій і підключається до записуючого приладу. Координати початкової і кінцевої точок на горизонтальній твірній еталонного конуса (для обмеження вимірюваних переміщень наконеч­ника вимірювального пристрою) встановлюються шляхом переміщень супорта в ці точки до одержання повторних показань нуля на шкалі осцилографа. Координати точок фіксуються за цифровою індикацією обладнання ЧПК.

І/о

Номер І. Номер осцилограми /к/ ПОЗИЦІЇ }---- 1' ■ --------------

6.2 Розробляється програма повторних переміщень супорта з щупом за еталонним конусом і вводиться в пам'ять обладнання ЧПК.

6.3 Швидкість подачі супорта і швидкість переміщення стріч­ки в записуючому приладі необхідно приймати однаковою, яка б дорівнювала 500 мм/хв.

6.4 Складається програма обробки результатів вимірів на ЕОМ.

6.5 Вмикається верстат і осцилограф. Одержані осцилограми піддаються візуальному контролю для виявлення і виключення поми­лок при вимірах.

6.6 Обробка осцилограм виконується вручну, а результатів вимірів - на ЕОМ.

Засоби вимірювання

Як датчик переміщень застосовується фольговий тензорезистор, наклеєний на пластину рівного опору згину. При вимірах пластина повинна знаходитися в контакті з еталонним конусом (через куль­ку) з деяким натягом. Тензорезистор через підсилювач під’єднується до осцилографа типу Н117. Тарування вимірювального пристрою виконується записом на стрічку товщини щупу відомої величи­ни.

Обробка результатів вимірів

В вітчизняній та зарубіжній практиці обробки деталей на верстатах прийнято, що розсіювання їх розмірів за діаметром та дов­жиною підлягає закону нормального розподілу. В зв’язку з цим про­понується така методика обробки результатів вимірів (Приклад графічної обробки осцилограми наведено на рис. 12.2).

Рисунок 12.2 - Приклад обробки осцилограми

8.1 Крива осцилограми накладається на координатні осі X і Z Кожна осцилограма за віссю Z розбивається на п інтервалів, середини яких є контрольованими позиціями. В кожний позиції про­водиться ордината X від нульової лінії до перетину з кривою ос­цилограми.

8.2 За ординатами X вимірюється фактична середня похиб­ка положення супорта в кожній позиції і в мкм, з урахуванням масштабу, заноситься до таблиці. Решта осцилограм обробляється аналогічно.

Визначають середні арифметичні значення похибок , дій­ного положення супорта в кожній позиції всіх k осцилограм.

8.4 Визначається середньоквадратичне відхиленні від серед­ніх арифметичних значень в кожній позиції.

.

Таблиця 12.2 - Результати вимірів

Номер позиції	Номер осцилограми, k	Результати розрахунків
			…	k		Sn^2		σ
...

8.5 Оскільки кожна вибіркова дисперсія визначена на підставі вибірок з однаковим числом ступенів свободи, що дорів­нюють f = k-1, то для перевірки однорідності дисперсії скорис­таємось критерієм Кохрена, що визначає відношення найбільшої дис­персії до їх суми

.

Табличні значення критерію при рівні значимості p=0,05 для n дисперсій, одержаних в незалежних вибірках об'єму k кож­на, при ступенях свобода k-1 складає G_т /~0,2829/.

Якщо G < G_Т то дисперсії однорідні і генеральна дис­персія σ² виміряних похибок не залежить від окремого положення супорта вздовж взірцевого конуса. Для оцінки σ² можна скориста­тись середньозваженою дисперсією S². Цій дисперсії відпові­дають f =n(k-1) ступенів свободи. Можна вважити, що σ² ≈ S². По­милка від такої заміни при великому f досить незначна.

8.6 Середньозважена дисперсія при однаковому числі ступе­нів свободи в кожній вибірці визначається формулою

Величина найбільшого імовірного випадкового розсіювання від­хилень від систематичних приймається такою, що дорівнює ±3σ. В разі нормального розподілу таке розсіяння охоплює понад 99% усіх можливих відхилень. Поточні похибки позиціювання під час обробки конуса можна подати в вигляді .

8.7 Для вирішення питання про загальну можливу точність позиціювання визначимо генеральну середню, відносно якої відбу­вається випадкове розсіяння розмірів X_n.

Всім нашим вибіркам відповідає єдина генеральна дисперсія σ², оцінена середньозваженою дисперсією, якій відповідає f ступенів свободи.

Приймаючи нульову гіпотезу щодо рівності всіх генеральних середніх, за оцінку цього генерального середнього можна взяти за­гальне середнє по всьому експерименту:

.

Тепер можна визначити його дисперсію , яка відповідає n-1 ступенів свободи:

Якщо на рівні значимості p = 0,05 за табличним критерієм Фішера виконується умова , то найбільшу похибку позиціювання можна визначити

.

8.8 12σ порівнюють з допуском і за ним визначають квалітет можливої точності обробки. При запасі точності, що дорівнює 40%,одержимо Т₀=0,6∙12σ, як практичний допуск на обробку конусів.

8.9 Точність позиціювання подається графіком в координатах Х-Z. Окрім T₀ /2 = ±3σ на графіку вказуються позиції за віссю Z, запрограмована твірна конуса з координатами початкової і кінце­вої точки переміщення, а також та , значення яких відкла­даються від цієї твірної.

Приклад такого графіка наведено на рис. 12.3.

8.10 Всі розрахунки виконуються на наявному комп’ютері за поперед­ньо розробленою програмою. Результати розрахунку виводяться на друк.

Зміст звіту

Звіт за лабораторною роботою повинен включати:

1. Осцилограму дослідження та її графічну обробку.

2. Таблицю результатів вимірювання.

3. Графік позиціювання.

4. Висновки про можливу точність позиціювання верстата 16К20Ф3.

Рисунок 12.3 - Приклад графіка позиціювання

10 Контрольні питання

1. Які чинники вшивають на точність обробки деталей на верста­тах з ЧПК?

2. Характер і місце виникнення похибок, що входять до сукупності розсіяння розмірів.

3. Чим обумовлена доцільність застосування методу статистичної оцінки точності позиціювання?

4. В чому полягає зміст методу статистичної оцінки?

5. Засоби вимірювання і принцип їх роботи.

6. Описати послідовність виконання роботи.

Рекомендована література

1. ГОСТ 25307-82

2. Пустельник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. - М.-Наука, 1968. - 288 с.

3. Точность и надежность станков с числовим программным управлением / Под ред. А.С. Проникова. - М.:Машиностроение, 1982. -256 с.