Достижение точности динамической настройки при обработке с помощью переносных станков бандажей и опорных роликов

Исправление геометрической формы изношенных поверхностей опорных роликов осуществляется на этапе динамической настройки, когда осуществляется непосредственное точение базовых поверхностей с помощью переносных станков. В процессе резания в образованной технологической системе переносного станка возникает совокупность силовых, тепловых и других переменных факторов, обусловленных динамикой процесса. В основе действия факторов, возникающих на этапе динамической настройки, лежат различные физические явления - упругие и контактные деформации, порождаемые потоком силовой нагрузки, температурные деформации, вибрации и размерный износ инструмента. Однако, влияние всех этих факторов на точность обработки проявляется через размерные связи технологической системы.

Под действием этих факторов происходит изменение размеров и относительных поворотов деталей и узлов технологической системы. В результате этого возникают дополнительные отклонения от заданной при статической настройке точности относительного положения и движения режущего инструмента.

Размер динамической настройки на замыкающем звене определяется при этом как вектор кд составляющие которого характеризуют смещение и повороты системы координат, связанной с исполнительными поверхностями инструмента, относительно координатной системы и технологических баз восстанавливаемой детали.

ко = (Л* ?<* Ло, Рь Го) (5.40)

Характер отклонений в технологической системе встраиваемого станка на этапе динамической настройки определяет не только силовой процесс резания, но и динамика вращения обрабатываемой крупногабаритной детали. Возникающие в процессе обработки силы резания, инерции, трения, силы веса и динамической неуравновешенности вращающейся массы образуют замкнутый силовой поток нагрузки, действующий на детали и узлы встроенного станка.

В общем случае пространственная нагрузка в виде сил и моментов, приложенная к каждому из звеньев технологической системы, определяется вектором

Р, = ( Рхп Ру I, Р:, , К, . Му, , ма) , (5.4 1 )

где Рх(, Ру, , Ра - силы, действующие в направлении главных координатных осей станка,

Мх,, Му,, Мг, - крутящие моменты, действующие в вокруг трех координатных осей.

На каждое звено действует дополнительная нагрузка со стороны других звеньев системы, передача которой осуществляется по сопрягаемым исполнительным или базирующим поверхностям деталей. В результате суммарная нагрузка, действующая на звенья переносного станка в виде трех сил и моментов

Р) ~ ( Рх) I Ру у > Р 1) > , Му] , /П2) ),

определяется матричным выражением

т р,+ Т.** ?р, <542> /=/+1

где - матрица передачи нагрузки от одного звена к другому, п - число звеньев, передающих нагрузку на данное звено. Матрица передачи нагрузки характеризует трансформацию

передаваемой нагрузки от одного звена / к другому у . Выражение (5.42) в развернутой форме записи имеет вид:

Г*

рч

Г»

Ру,

р*

р,

Ч-

тщ

т>,

тч

М,

1

О

О

О

Р,

О

-Р,

О

Е_

-Р,

О

О

о

О о

I

Рх,

Р*

Рг,

Мх,

Му,

Мг,

(5.43)

Элементы матрицы IV,,, ив частности, элементы Ех , Еу , Е2 определяют на основе составляющих вектора вспомогательных баз к, соответствующего звена:

Ех = А, ; Еу = Б,; Ег = Гі Действующая на каждое из звеньев переносного станка нагрузка / вызывает собственные упругие перемещения звена, которые представляют совокупность контактных и собственных деформаций рассматриваемой детали. В результате возникают отклонения вспомогательных баз детали относительно ее основных баз. определяемые вектором

( Ух,' Му I > Мц • фхі , (ру, , (рг,),

где иХ1 , иу і , игі - смещения координатной системы вспомогательных баз детали в направлении трех координатных осей;

(Рх,, сру,, (рг, - повороты системы вспомогательных баз относительно соответствующих координатных осей.

Собственные упругие перемещения соответствующего звена в общем случае могут быть рассчитаны согласно матричному выражению:

и, = 4, ? Ъ. (5.44)

где - матрица податливости звена.

Матрица податливости ?, определяет упругие перемещения определенного звена, а именно три смещения и три поворота, под действием единичного вектора, действующей на звено нагрузки В развернутой форме записи матричное выражение (5.44) в общем случае имеет вид:

р*

Гу.

к

тг,

ту.

т»

(5.45)

их,

0

0

  • 1
  • 1

0

0

0

и*

0

0

  • 1
  • 1

1

0

0

“и

0

0

  • 1
  • 1

0

435

0

<Р„

ят м тш

0

0

0

  • 1
  • 1

*3 44

0

0

<Ру

0

0

  • 1
  • 1

0

?5

0

<Рг,

0

4б2

0

  • 1
  • 1

0

0

Элементы матрицы ? ,, характеризующие податливость звена, связанную с формированием соответствующих линейных и угловых деформаций, могут быть определены аналитически или экспериментально. Они зависят от конструкции рассматриваемой детали, ее геометрии, материала, от схемы базирования и закрепления. Г.о. различные звенья встраиваемого станка имеют определенные матрицы податливости.

Если известна нагрузка, действующая на составляющие звенья встраиваемого станка, и податливость каждого звена, то собственные упругие перемещения звеньев станка можно определить согласно выражению:

щ

и2

ип

01

О

О

02

>0/1

к

г

(5.46)

которое в сокращенной форме записи имеет вид:

и = & • f

где о - матрица податливости звеньев встраиваемого станка,

F - вектор общей нагрузки, действующей на звенья станка, п - количество составляющих звеньев технологической цепи станка.

Восстанавительная ремонтная обработка бандажей и опорных роликов с помощью переносных станков осуществляется непосредственно на улице в условиях естественного колебания температуры окружающей среды в летний и зимний период. При этом на колебания температуры существенное влияние оказывает собственный нагрев вращающегося печного агрегата. Перепад температуры бандажей и роликов на горячем конце печи составляет от 80X2 до 130X2. В то время как температура бандажей и роликои на холодном конце печи на 30-40X2 выше окружающей среды, при этом температура правого ролика в среднем на 10-15X3 ниже чем у левого. Неравномерный нагрев деталей переносного станка вызывает температурные деформации в технологической системе, которые порождают дополнительные погрешности обработки. Отклонения геометрической точности деталей приставного станка можно определить вектором:

0> ~ (&т1 I ДI > <'Т( > Aj, > Д, . Ут! )l (- 47)

где aTi , blt , Cji - параметры смещения исполнительных поверхностей деталей станка относительно их основных баз;

Ат,- , Д, , yTi - параметры поворота исполнительных поверхностей относительно координатных осей основных баз.

Изменение температуры на различных участках деталей и узлах станка обычно происходит по экспоненциальной зависимости [4,36]. В соответствии с этим линейные ALT = (аТ1, b7,, cri) и угловые Аа т -(Ат/, Д/, ут/ ) параметры вектора (5.47) можно рассчитать используя зависимости:

ALT =AL0 (1 - е*) , Аат =Аа0 (1 - е‘Рт) (5.48)

где АЬ0 и Ассо - линейные и угловые отклонения в начальный момент времени; г - время в минутах; (1 - показатель степени, определяющий характер экспоненциальной зависимости.

Совокупность векторов г], для составляющих звеньев

технологической размерной цепи образуют матрицу собственных температурных деформаций:

(5.49)

= (01. 02...... On)

I О-

При температурных деформациях, также как и при упругих перемещениях деталей станка, имеет место трансформация малых перемещений. Это означает, что перемещения каждой детали зависит как от ее собственных деформаций, так и от тепловых деформаций сопрягаемых базовых деталей.

Для выявления путей аффективного управления точностью обработки бандажей и опорных роликов на этапе динамической настройки были проведены исследования жесткости встраиваемых станков. На рис.5.8 представлена схема измерения жесткости разработанного переносного станка. Измерения жесткости осуществлялись ггутем нагружения суппорта станка пространственной нагрузкой при одновременном измерении возникающих упругих перемещений режущего инструмента в двух координатных плоскостях.

Упругие перемещения в горизонтальной плоскости, оказывающие непосредственное влияние на точность диаметральных и линейных размеров, фиксировались индикаторами 1 и 2 , а в вертикальной плоскости индикатором 3. Для проведения экспериментов было спроектировано специальное приспособление, которое включает стойку с динамометрическим узлом и независимую систему крепления индикаторов с ценой деления 0.01 мм. По результатам полученных экспериментальных данных был построен годограф жесткости встраиваемого станка, представленный на рис.5.96. Наибольшее значение жесткости станка в направлении формирования радиальных размеров составляет ] = 6296 н / мм.

Помимо этих экспериментов проводились исследования по определению жесткости технологической системы производственным методом путем выполнения пробных проточек опорных роликов с последующим измерением отклонений радиальных размеров с помощью индикаторов. Т.к. жесткость обрабатываемых бандажей и роликов на много выше жесткости остальных элементов, то формирование упругих перемещений на замыкающем звене зависит в основном от жесткости встраиваемого станка.

На основе полученных данных проведена конструктивная доработка деталей и узлов переносного станка с целью достижения более высокой жесткости и виброустойчивости станка в требуемом направлении.

130

в)

Жесткость технологической системы переносного станка

Рис. 5.8. Жесткость технологической системы переносного станка: а) годограф жесткости; б) схема измерения жесткости.

>5'Си

  • ? ЛТА?
  • -** .« ? * у С*и»

.4

І

А ГМ 'Лі Г* А к‘к

к" _>

Ч л<АГ

Рис. 5.9. Упругие перемещения на замыкающем звене переносного

станка

* и

/уГМ

* •.* V і/*-'

* г-

:

л с.? '.-ї-Т

  • * V 7 к.* к'
  • - Г
  • • .И •

Зависимость величены упругого перемещения Ау на замыкающем звене от составляющих вектора силы резания Р = ( Рх Ру ,Рх ) в общем случае определяется выражением [4] :

Ау = А Ру + В Рх + С Рг ,

где Л,В,С - коэффициенты, характеризующие степень влияния каждой из составляющих силы резания на величину' Ду.

Исследования показывают, что для рассматриваемого переносного станка влияние составляющих силы резания определяется соотношением:

А: Б: С= 1. 0.14: 0.09

На рис.5.9 представлены расчетные значения упругих перемещений переносного станка при обработке бандажей с режимами резания / =

0.5—4 мм, 5 = 0,5 - 4 мм/об, V = 15 м/мин.

При последовательном выполнении многопроходной токарной обработки бандажей с систематическим уменьшением задаваемой глубины резания согласно (5.39) на каждом последующем проходе происходит уменьшение силы резания, а следовательно и величины упругих перемещений на замыкающем звене. В соответствии с этим возрастает удельное влияние температурных деформаций и других факторов на точность обработки.

К числу других факторов относятся деформации бандажа и опорных роликов под действием веса больших вращающихся масс и переменных центробежных эксплуатационных нагрузок. В процессе обработки на бандаж и опорные ролики действуют постоянная ?>/ и переменная Q2 нагрузки (см. рис.5.10) [37,80,81].

б “ & + & (5.50)

Величина постоянной нагрузки определяется массой секции вращающейся печи и бандажа, которая для диаметров 4000, 5000, 6000, 7000 и 8000 мм соответственно составляет - 4 104 кг, 4-105 кг,

4106 кг, 4-/07 кг, 4-10^кг., а значение силы при рабочей нагрузки на ролик достигает 10? Н.

Величина переменной нагрузки (72 определяется неопределенностью базирования в печи большой вращающейся массы обжигового материала (клинкера). В результате исследований проведенных в БГТУ им. В.Г. Шухова Калашниковым И.Л. и Шаповаловым О.И установлен характер изменение технологической нагрузки на опору печного агрегата (см.рис.5.11).

Согласно приведенных данных гпменение технологической нагрузки имеет циклический характер, при этом ее величина в пределах одного оборота изменяется в 1.2 т 1.6 раза, а за период четырех оборотов в 1.3 ч- 2.5 раза от 80-10* Н до 200-10*Ы. При устранении на бандажах и роликах больших отклонений в виде корсетности конусности или бочкообразности масса срезаемого металла достигает 150 + 200 кг, что также приводит к дисбалансу и возникновению дополнительных переменных нагрузок.

Под действием рассматриваемых постоянных Ql и переменных нагрузок (22 возникают собственные деформации узлов печного агрегата - бандажей и опорных роликов. В результате происходит сближение центра бандажа и опорных роликов Величина сближения е определяется как смещение в радиальном направлении осей двух контактируемых цилиндров - бандажа и ролика с учетом их диаметров с!б , 4> , действующей нагрузки ?> и возможного углового отклонения осей р = 0.25 V 1.25° [109].

е = Р(с1б, с!р д,(рг0

Схема действующей нагрузки

Рис. 5.10. Схема действующей нагрузки

её

*' і

і

Л

Г о

*

>

__1

. ‘І 1. •*

«• - • А* А • *- • •* .

[Ц]

-и і г І ч у - ул1

Рис. 5.11. Изменение технологической нагрузки на опору печного

агрегата

В качестве примера на рис.5.12 приведены результаты расчета сближения центров е для бандажей диаметром d6 - 40008000.мм и роликов dp = 1000 + 2000 мм , полученные в работе [61] при расчете опорного ролика для передвижного станочого модуля.

?"> К4*

%пп ыл

"ХЧ' ЛЧ*

/ -

::.

•ЛЧ»

Рис. 5.12. Сближение центра бандажа и опорных роликов

На рис.5.13 представлены значения расчетных деформации бандажа dб = 3000 мм в вертикальном 6У и горизонтальном 8Х направлении, а также смещения по вертикали его центра Лу под действием собственного веса при различных значениях опорного угла X.

Деформации бандажей и опорных роликов под действием собственных постоянных <2! и переменных нагрузок 02 определяют часть формируемого при точении размера динамической настройки к0. Анализ численных значений собственных деформаций показывает,

чго они соизмеримы с требованиями достижения точности обработки бандажа. Это означает, что в отдельных случаях возникает необходимость увеличения числа проходов при восстановлении геометрической точности бандажа по сравнению с расчетными значениями.

г,* ?

С'

Деформации бандажа под действием нагрузки при различных опорных углах

Рис. 5.13. Деформации бандажа под действием нагрузки при различных опорных углах: 1 - 8Х; 2 — бу; 3 — Ду

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >