Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
ГРНТИ 55.01 Общие вопросы машиностроения
ББК 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
В статье представлены результаты исследований точности перемещений координатного стола электроэрозионного прошивочного станка модели 04ЭП-10М. Была разработана и экспериментально апробирована методика определения погрешности специфического ручного привода поперечного перемещения стола. Установлено, что относительная погрешность перемещения составила 1 %. Причиной погрешности является неточная установка микрометрического винта по углу его разворота относительно направления перемещения стола. В результате расчетов установлено, что погрешность установки составляет приблизительно 1˚. По результатам исследований был предложен и реализован метод устранения выявленной погрешности.
электроэрозионный станок, координатный стол, погрешность перемещения, эксперимент, микрометрические винты
Введение. Электроэрозионный координатно-прошивочный станок модели 04ЭП-10М предназначен для получения малых высокоточных отверстий диаметром от 10 до 500 мкм в токопроводящих изделиях. Станок нашел широкое применение в целом ряде отраслей промышленности: электронной, приборостроительной, медицинской, авиационной, аэрокосмической, оборонной и других. В большинстве случаев на станке осуществляют прошивку единичных отверстий в изделии, при этом установку обрабатываемой детали относительно электрода-инструмента осуществляют с помощью координатного стола. Визуальный контроль относительного положения детали и электрода ведется с использованием двух оптических головок типа ОГМЭ-П2 с регулируемым увеличением до 56-ти крат [1-5].
Основная часть. При прошивке нескольких отверстий координатные перемещения детали осуществляют, используя отсчетные устройства координатного стола, представляющие собой микрометрические винтовые пары с ценой деления 0,01 мм. На рис.1 представлена фотография координатного стола станка модели 04ЭП-10М.
Рис. 1. Координатный стол станка 04ЭП-10М
Координатный стол представляет собой систему двух платформ с шариковыми направляющими качения. С помощью пружин растяжения каждая платформа прижимается к рабочим торцам микрометрических винтов с целью исключения люфтов. Конструктивной особенностью координатного стола станка модели
04ЭП-10М является различное положение осей микрометрических винтовых пар относительно направлений перемещения платформ. Продольная платформа (координата Х) перемещается микрометрическим винтом, ось которого строго параллельна направлению перемещения платформы, т.е. координате Х, поэтому точность перемещения по этой координате высокая и находится в пределах нескольких микрометров. Поперечная платформа (координата Y) перемещается от микрометрического винта, ось которого расположена под углом α относительно направления перемещения платформы по координате Y (см. рис. 2).
Рис. 2. Схема преобразования направления перемещения координатного стола по оси Y
Передний торец перемещений платформы 1 имеет точную шлифованную плоскую поверхность 2, расположенную под углом β относительно направления перемещения платформы. С ней в постоянном контакте находится рабочий торец микрометрического винта 3, вращающегося в неподвижной гайке 4. Если обозначить перемещения торца винта Yм (отрезок АВ), отсчитываемому его лимбу 5, а действительное перемещение платформы Yд (отрезок АС), то из приведенной схемы перемещений можно установить:
. (1)
Исходя из эргономических требований (удобства работы оператора) для данной модели станка был принят угол α = 60˚. Тогда для обеспечения равенства Yд = Yм необходимо выполнения условия:
. (2)
Откуда, при заданном значении угла α = 60˚, находим β = 60˚.
Из уравнения (1) видно, что точность перемещений платформы по оси Y зависит от точности микрометрического винта, которая влияет на Yм, и точности выполнения углов α и β. Установлено, что точность микрометрического винта гарантирована стандартной прецизионной конструкцией винтовой пары, а угла β высокоточной технологической операцией - шлифованием. Точность выполнения угла α обеспечивается при монтаже микрометрической винтовой пары на операции сборки координатного стола и зависит от квалификации сборщика. Была поставлена задача: определить с использованием методов математической статистики точность перемещений по координате Y экспериментально, предложить и реализовать способ повышения точности.
В ходе проведения эксперимента погрешность перемещения определялась путем сравнения показаний отсчетного устройства микрометрического винта с показаниями индикатора часового типа ИЧ-10, установленного в специальном приспособлении и точно сориентированного для измерения действительного перемещения Yд стола вдоль оси Y.
В табл. 1 приведены результаты измерений перемещения Yм по микрометрическому винту и индикатору часового типа (перемещение Yд). Перемещение Yм производилось с шагом 0,5 мм (один оборот винта).
Таблица 1
|
№ измерения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Yм, мм |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
|
Yд, мм |
0,46 |
0,98 |
1,48 |
1,97 |
2,47 |
2,96 |
3,45 |
3,95 |
4,48 |
4,94 |
|
№ измерения |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
Yм, мм |
5,5 |
6,0 |
6,5 |
7,0 |
7,5 |
8,0 |
8,5 |
9,0 |
9,5 |
10 |
|
Yд, мм |
5,43 |
5,94 |
6,43 |
6,92 |
7,44 |
7,92 |
8,41 |
8,91 |
9,38 |
9,90 |
На рис. 3 показан график зависимости погрешности перемещений в мкм от перемещения Yм. Из графика видно, что зависимость близка к линейной. Если измерения № 1, 9, 19 исключить из статического ряда как резко выходящие из усредненной линейной зависимости (см. рис. 3), т.е. отнести их к грубой ошибке измерений, то оставшиеся 17 измерений можно использовать для корреляционного анализа и математического моделирования линейной зависимости:
, (3)
где К и b - коэффициенты модели.
Оценим тесноту связи между перемещениями Yм и Yд через коэффициент корреляции Кк [6, 7], используя данные 17 измерений:
. (4)
Рис. 3. График зависимости погрешности Δ перемещения стола по координате Y от перемещения Yм микрометрического винта
Так как Kк 1, то связь между перемещениями Yм и Yд прямая пропорциональная и может быть представлена линейной зависимостью:
. (5)
Для отыскания коэффициентов модели К и b используем метод наименьших квадратов [7-9], в соответствии с которым:
, (6)
. (7)
Так как b 0, то прямая проходит вблизи начала координат. Но значение коэффициента пропорциональности К = 0,99 ≠ 1 показывает, что относительная погрешность перемещения стола составляет около 1%. Очевидно, эта погрешность вызвана неточной установкой микрометрического винта по углу α = 60˚. Определим эту погрешность используя зависимость (1) и экспериментально полученный коэффициент пропорциональности К = 0,99, который теоретически определяется из (1):
, (8)
откуда α = 61,04˚. Таким образом, погрешность установки микрометрического винта составляет: Δα = = 61,04˚ - 60˚ = 1,04˚.
Выводы:
- Между перемещением микрометрического винта Ym и действительным перемещением координатного стола по оси Y существует прямая пропорциональная зависимость с коэффициентом пропорциональности , что обуславливает относительную погрешность перемещения стола около 1%.
- Причиной погрешности является неточная установка микрометрического винта по углу α. Погрешность установки составляетΔα = 1,04˚ ≈ 1˚.
- Устранение погрешности перемещения координатного стола возможно следующими способами:
– ручная корректировка положения микрометрического винта с державкой с использованием слесарно-монтажных и измерительных средств;
– конструктивная доработка привода перемещений по типу устройства координаты X, но с учетом соблюдения эргономических требований к станку.
1. Бойко А.Ф. Эффективная технология и оборудование для электроэрозионной прошивки прецизионных микроотверстий. Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. 314 с.
2. Лойко А.М., Шинкарев И.Ю. Краткий обзор отечественного оборудования для электроэрозинной прошивки микроотверстий // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. С. 23632368.
3. Домашенко Б.В. Разработка технологии и оборудования электроэрозионной прошивки капиллярных отверстий в атравматических иглах: дис. … канд. техн. наук. Белгород: Изд-во БГТУ, 2007. 158 с.
4. Бойко А.Ф., Бративник Ю.М., Хукаленко Ю.А. Прецизионный станок 04ЭП10М для высокочастотной электроэрозионной прошивки отверстий малого диаметра // Электронная обработка материалов. 1983. №3. С. 7678.
5. Пузачева Е.И. Совершенствование технологии малоизносной электроэрозионной обработки высокоточных малых отверстий: Автореф. дис. канд. техн. наук. Брянск, 2015. 22 с.
6. Юрьев А.Г. Основы научных исследований. Белгород: Изд-во БГТУ, 2005. 87 с.
7. Погонин А.А., Бойко А.Ф., Блинова Т.А. Научно-исследовательская работа по специальности. Белгород: Изд-во БГТУ, 2009. 56 с.
8. Рогов В.А. Методика и практика технических экспериментов. М.: Изд-во «Академия», 2005. 288 с.
9. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1974. 264 с.
