РАЗДЕЛ 2
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ
КОПИРОВАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ НАРУЖНЫХ СЛОЖНО-ПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОРШНЕЙ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОБРАБОТКИ
Наружная поверхность поршней ДВС имеет сложную форму: овальную в поперечном сечении и бочкообразную в продольном сечении, причем в ряде случаев поперечные сечения выполняются с переменными овалами. Обрабатываются такие поверхности копирным (с использованием копиров или копирных следящих систем) или бескопирным ( в том числе с использованием ЧПУ) методами или их сочетанием. Более того, каждый из методов имеет свои разновидности. Так, копирная обработка в зависимости от способа расположения копира и обрабатываемой детали может быть с синхронным вращением на параллельных валах или на одном валу объемного копира и обрабатываемой детали [122].
Действующие у нас в стране станки, как отечественного, так и импортного производства, используемые для обработки наружной поверхности поршней, несмотря на различие в компоновке (горизонтальные, вертикальные, одно-, двухшпиндельные) имеют копировальные системы прямого действия. В этих системах осуществляется силовой контакт щупа с копиром, и поэтому, изменение формы копира непосредственно влияет на перемещение щупа и инструмента, жестко связанных между собой.
Так как некруглая наружная поверхность копира воспроизводится на поршне с помощью плоского щупа и в месте контакта образуется некоторая площадка, следует оценить точность воспроизведения сложного профиля плоским щупом. Изменение передаточного числа рычажной системы при изготовлении копира с масштабированием, также приводящее к статическим погрешностям оценено при разработке методики геометрического расчета копирного устройства. Общие закономерности образования погрешностей при комплексной обработке поршней изучены в экспериментах. Также исследовано влияние изменения последовательности операций на выходную точность поршней при их комплексной обработке.
Изучены статические погрешности обработки в разных условиях закрепления и базирования поршней.
2.1. Точность воспроизведения сложного профиля с помощью
плоского щупа.
В копировальных станках для обработки поршней обычно используют плоские щупы с поперечным сечением в виде прямоугольника или окружности. Иногда контактная поверхность щупа выполняется в виде цилиндра. В начальный момент работы имеет место точечный (линейный) контакт щупа с копиром, высокие удельные нагрузки и интенсивный начальный износ. В дальнейшем возникает некоторая площадка контакта, что, естественно, ухудшает точность копирования. Таким образом, с точки зрения оценки кинематических погрешностей идеальной формой контактной поверхности должна быть точка. При этом форма копира без искажений переносится на поршень. Практически это требует очень высокой жесткости и износостойкости пары трения "копир-щуп". Однако, наиболее широкое применение в обточных станках получили щупы, изготовленные из полиамида, что позволяет длительное время сохранять форму копира (копиры очень сложны в изготовлении, и требуется высокая квалификация наладчиков при их установке) [5, 122].
Оценим погрешность копирования сложного профиля с помощью щупа с прямоугольным поперечным сечением (рис.2.1) [123].
Рис.2.1. Копирование плоским щупом
Пусть поперечное сечение копира представляет собой эллипс
, (2.1)
который имеет малую полуось "а" и большую полуось "b". Пусть направление большей полуоси составляет угол ? с направлением вектора, проведенного из центра эллипса в середину щупа. Запишем уравнение эллипса в координатах (х,у), связанных со щупом. Учтем, что
х = Х соs? + Y sin?,
y = Х соs? - Y sin?,
или
X = x соs? - y sin?
Y = y соs? + x sin?.
Подставив (2.2 ) в (2.1) , получим квадратное уравнение относительно у.
Решая это квадратное уравнение, после некоторых преобразований получаем:
Преобразуем множитель перед х2 под корнем этого выражения
Умножая числитель и знаменатель выражения для у(х) на a2b2, получаем
(2.3)
Знак "+" перед корнем выбран потому, что мы рассматриваем профиль эллипса в верхней полуплоскости xOy.
Из рис.2.1 видно, что отклонение щупа определяется максимальным значением функции у(х) в области расположения щупа. Поскольку щуп имеет ширину 2d, найдем наибольшее значение функции у(х) на промежутке х?[-d,d]. Обозначим
, (2.4)
тогда
Из требования у'=0 , получим
(2.5)
Отсюда, после преобразований
(2.6)
Таким образом, если хmax?[-d,d], то щуп отклонится на величину
w=y(хmax)
В общем случае, отклонение щупа описывается выражением
Знак выбирается такой, какой знак имеет ? (по выражению (2.5). Отметим, что если бы щуп имел точечный контакт, то для определения его отклонения нужно было бы положить х=0 в выражении (2.3) для y(х):
Погрешность воспроизведения профиля поршня c помощью плоского щупа составляет ?w
Представим "b" в виде
, (2.7)
где .
Тогда, с точностью до членов порядка ?
b2 ? a2 (1+2 ?),
b2 - a2 ? 2 ? a2, (2.8)
l ? a2 (1+ ?).
Подставив (2.8) в (2.4), получаем
? ? 2? (a2 sin? cos?,
? ? a2 (1+2?)sin2? +(a2 cos2? = a2+2 a2? sin2?= a2(1+2?sin2?),
l ? a2 (1+ ?).
Подставляя эти выражения в (2.6) с точностью до членов порядка ?, получим