АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЁТ ПОГРЕШНОСТЕЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Аннотация: в статье рассмотрен вопрос автоматизированного определения составляющих погрешности механической обработки резанием, обусловленных выбором компонентов технологической системы операции и условиями их использования; предложен и показан на примере использования алгоритм быстрого и мобильного набора возможных решений, определяющих основные параметры точности технологической операции для конкретных производственных условий.

Ключевые слова: операционная точность, автоматическое вычисление погрешностей, мобильность и производственные условия.

Актуальность быстрой и мобильной разработки технологической операции становится всё более острой с развитием технологии механообработки резанием, с одной стороны, и расширением возможностей САПР технологических процессов, с другой стороны. Объективный и быстрый выбор параметров технологической операции, определяющих её точность, востребован необходимостью сокращения сроков технологической подготовки производства.

Метод определения этих параметров с возможностью их мобильного варьирования составляет основу алгоритма для разработки программы автоматизированного проектирования процессов механообработки, учитывающих полные технологические возможности конкретного производства. Обоснованно и рационально выбранные компоненты технологической системы предопределяют технологическую надёжность процесса обработки и эффективность использования техники.

Важнейшим качеством технологической надёжности механообработки является обеспечение заданной точности операционных размеров. Математической моделью этого условия служит аналитическое выражение технологического баланса точности, которое за последние пять-шесть десятилетий заметно изменилось и теперь устойчиво реализует метод вероятностного сложения составляющих погрешностей обработки, как случайных величин с учётом особенностей их закона распределения.

Алгоритм решения представленного баланса операционной точности, положенного в основу разработанного на кафедре ТАМ программного продукта [2], предусматривает возможность многократного мобильного перебора выделенных составляющих общей погрешности обработки с фиксацией результатов для последующего выбора варианта, выгодно соответствующего производственным условиям. Исходной величиной (целевой функцией) является заданная технологическим процессом точность операционного размера, по которому ведётся расчёт. Все вычисления производятся автоматически, полностью используя диапазон возможных значений определяемых погрешностей в пределах заданной точности обработки. Таким образом, достигается оптимальность решения, которая, с одной стороны, фиксируется автоматической реализацией уравнения баланса точности, с другой стороны, системным подходом при выборе и назначении требований по точности средств технологического оснащения. Таким образом, алгоритм программы позволяет разработчику операции мобильно оценивать и варьировать выбор таких параметров, как точность метода обработки, погрешность базирования, точность конструкции станочного приспособления по двум замыкающим размерным цепям (технологическая опора – основная конструкторская база приспособления и технологическая опора – рабочая поверхность настроечного элемента, в виде установа, копира, шаблона, кондукторной втулки) и другие. При этом, разработчик операции опирается на конкретные производственные условия, то есть, в его распоряжении известный парк станков, с конкретными технологическими возможностями, определённая базисная система технологической оснастки, технический уровень производства и его обслуживания.

Предлагаемая программа выполнена на языке программирования Си Шарп. Экранная форма программы показана на рисунке 1.

Здесь, слева расположены параметры технологической операции, как варьируемые составляющие баланса операционной точности. Верхнюю строчку занимает допуск Т операционного размера, по которому производится определение основных параметров операции. На второй и третьей строчке находятся, соответственно, статистическая экономическая точность обработки, обусловленная методом обработки, и оговоренный выше, расчётный коэффициент К. Ниже на форме, представлены последовательно составляющие погрешности обработки. Их наименования указаны на форме программы справа под расчётной зависимостью и соответствуют рассмотренному выше выражению баланса технологической точности операции.

Алгоритм программы позволяет автоматически получить исходное предложение (по основным параметрам), соответствующее заданной (технологическим маршрутом) операционной точности. Пусть точность операционного размера задана и составляет 0,3 мм. Это значение указываем на экранной форме, нажимаем на кнопку «рассчитать» и получаем   первый   вариант   раскладки   допустимых   операционных   параметров, появившийся на экранной форме (рис. 2). Оценка полученного результата относится к началу детальной разработки операции, когда принимаются пошаговые решения в отношении конкретных значений каждой составляющей погрешности. Этим значениям соответствует выбор схемы базирования заготовки и приспособления, при этом

Рис. 2. Начальный, усредненный расклад погрешностей обработки, предлагаемый алгоритмом программы в ответ на заданную точность обработки определяется способ закрепления заготовки, принимаются требования к точности изготовления приспособления, определяется способ размерной настройки станка, устанавливается регламент контроля износа установочных элементов и решаются другие, сопутствующие вопросы.

Полученное на рисунке 2 предложение не учитывает, очевидных для опытного разработчика нулевых значений некоторых погрешностей, но даёт представление о средней величине погрешности, как, если бы никаких предварительных решений по операции ещё нет. Однако, обычно нулевые погрешности оказываются известными из операционного эскиза маршрутного техпроцесса, и тогда они могут быть приняты и указаны на расчётной форме одновременно с операционной точностью. Поэтому, уже на первом шаге   разработки операции можно было бы установить выбранные нулевые значения. Предположим, что нулевые значения принадлежат погрешности закрепления заготовки и погрешности положения приспособления на станке. Для погрешности закрепления это так, если направление усилия закрепления заготовки перпендикулярно направлению расчётного размера, или если привод зажимного устройства механизирован (тогда смещение заготовки под действием силы зажима компенсируется смещением инструмента при размерной настройке). Погрешность положения приспособления равна нулю, когда в направлении получаемого размера зазор между основной конструкторской базой приспособления и соответствующей вспомогательной конструкторской базой станка отсутствует, как например, для операционного размера, перпендикулярного к основанию тисков, расположенных на столе станка. Чтобы при этом вычислить возможные значения ненулевых погрешностей, нажимаем на кнопку «новый расчёт» и на чистой форме устанавливаем точность обработки (0,3 мм), нулевые значения для погрешностей закрепления и положения приспособления на станке, и нажимаем кнопку «рассчитать» (рис.3). Одновременно с новыми результатами расчёта открывается таблица предыдущих результатов. Эта таблица позволяет не терять из вида предыдущий вариант, и приобретает важное значение, когда на ней будут зафиксированы не промежуточные, а набор конечных значений расчётного варианта. Анализ набора полных решений в условиях конкретного производства позволит выбрать лучший из них или продолжить поиск.

Приведём примерный ход оценки и принятия решений на данном и последующих этапах расчёта и выбора основных параметров операции механообработки при обеспечении операционной точности размера А, Т(А)=0,3мм.

Например, предложенная (рис. 2) точность метода обработки (ω=0,236 мм) достаточно близка к операционной точности, и если данные паспортизации статистической точности цехового парка станков позволяют её реализацию, то переходим к оценке следующего по приоритету параметра. Если это не так, то анализ и поиск варианта продолжится заданием целесообразного практического значения статистической точности ω, соответствующего производственным условиям. Как показывает практика разработки станочных приспособлений, следующим важнейшим расчётным параметром является погрешность базирования, поскольку она обусловлена маршрутным техпроцессом, и от неё непосредственно зависит сложность приспособления и удобство установки заготовки, а в итоге, трудоёмкость технологической операции. Оценим предложенное расчётом значение погрешности базирования, которое традиционно определяется на этапе разработки маршрутного технологического процесса и принимается меньше или равным разности (Т-ω). В нашем случае (Т-ω)=0,0638мм<ξб и следовало бы полученное значение уменьшить. Однако, вероятностный метод её определения предлагает дозволенный технологическим балансом точности полученный результат. Более того, можно было бы анализировать ещё большее значение погрешности базирования: нажать кнопку «новый расчёт», установить вновь принятые значения ω и ξб и нажать кнопку «рассчитать». Если новое значение окажется недопустимым, появится сообщение об ошибке. Если бы расчёт по данной программе предложил значение погрешности базирования меньший, чем разность (Т-ω), то можно указать его значение, соответствующее технологическому маршруту. Далее, при установленном значении статистической точности ω следовало бы нажать на кнопку «рассчитать» и получить новое предложение по остальным составляющим, учитывающее создавшийся запас. В нашем примере согласимся с предложенными программой значениями ω и ξб и продолжим расчёт, чтобы определиться с оставшимися погрешностями. Через кнопку «новый расчёт» очищаем экранную форму и восстанавливаем в расчётных ячейках уже принятые данные (округлив для удобства значения ω и ξб: ω(А)=0,24мм и ξб(А)=0,08мм). Теперь, обратимся к оценке и выбору оставшихся составляющих. Варьирование погрешностью износа технологической опоры, то есть, установочного элемента, как правило, может осуществляться в широком диапазоне. Уменьшение погрешности износа установочных элементов можно достигать за счёт обеспечения требуемой износостойкости их опорных поверхностей и за счёт снижения величины критического износа, который регулируется частотой и затратами на смену установочных элементов. Необходимые параллельные расчёты при известной форме поверхности износа и годовой программе выпуска изделий не требуют заметных затрат времени. Пусть эти расчёты показали, что можно ориентироваться на значение ξи=0,03мм, то есть, заметно меньшее, чем предложено программой (ξи=0,079мм; рис.3). Погрешности, характеризующие точность конструкции приспособления в направлении выдерживаемого размера, наоборот, для обеспечения их предела требуют, как правило, трудоёмких технологических приёмов, диктуемых результатами расчёта технологических и конструкторских размерных цепей. Точность приспособления достигается выбором точности базисной части приспособления и установочных элементов технологической наладки, которая является съёмной частью станочного приспособления и требует специфических правил её содержания и эксплуатации. Поэтому дальнейший расчёт целесообразно строить на выборе большего значения допустимой погрешности изготовления приспособления. Но в приведённом уравнении технологического баланса точности содержатся две таких погрешности: ξо и ξн. Более длинной размерной цепью (содержащей большее число составляющих звеньев), и следовательно, определяющей более жесткие требования по точности изготовления приспособления, обычно оказывается цепь между технологической опорой и рабочей поверхностью настроечного элемента. Точность этой цепи определяется погрешностью положения настроечного элемента ξн (например, установа). Если же размерная настройка станка осуществляется непосредственным контролем расстояния положения инструмента от технологической опоры приспособления или производится вне станка, то указанная размерная цепь отсутствует. Тогда оценивается погрешность положения опоры ξо, соответствующая направлению расчётного операционного размера, и её значение заносится на экранную форму. Но в нашем случае (для обеспечения точности размера А) погрешность положения настроечного элемента не равна нулю. Поэтому, задаёмся её значением, отталкиваясь от значения, предложенного программой, и принимая во внимание способ настройки и число составляющих звеньев размерной цепи (в предполагаемой конструкции приспособления). В соответствии с приведёнными оценками возможных вариантов установим на форме новые значения погрешности износа и погрешности положения настроечного элемента: ξи(А)=0,03; ξн(А)=0,1. Нажимаем кнопку «рассчитать» и получаем результат, показанный на рисунке 4.

Рис. 4. Результат расчёта погрешностей, характеризующих один из возможных вариантов структуры технологического баланса точности механообработки

Погрешность положения опоры оказалась близкой погрешности положения рабочей поверхности настроечного элемента: ξо=0,08мм. При необходимости продолжить поиск другого варианта нажимаем на кнопку «новый расчёт»; тогда, уже найденный результат будет зафиксирован в таблице «результаты предыдущих расчётов».

Таким образом, автоматизированный расчёт параметров технологической операции становится средством мобильного поиска лучшего варианта из многочисленных решений важнейшей задачи разработки технологической операции, решаемой на этапе технологической подготовки производства.

 

 

Список литературы

 

 

1.      Вопросы разработки станочного приспособления / Прохоров В.Г. Рогозин Г,И. Королёв А.А. // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твёрдых тел, деталей технологического и энергетического оборудования. 2012. №5. С. 61-66.

2.      Расчёт на точность изготовления станочного приспособления / Прохоров В.Г., Алонзов А.Е. // Свидетельство по государственной регистрации программы для ЭВМ №2014614652 от 05 мая 2014 г.