Russian Federation
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
GRNTI 55.01 Общие вопросы машиностроения
BBK 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
Results of researches of accuracy of movements of a coordinate table of the electrical discharge machine of model 04EP-10M are presented in article. The technique of definition of an error of the specific manual drive of cross movement of a table has been developed and experimentally approved. It is established that the relative error of movement has made 1 %. Inexact installation of the micrometric screw on a corner of his turn concerning the direction of movement of a table is the reason of an error. As a result of calculations it is established that the error of installation makes about 1˚. By results of researches the method of elimination of the revealed error has been offered and realized.
electrical discharge machine, coordinate table, movement error, experiment, micrometric screws
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. Boyko A.F. Effektivnaya tehnologiya i oborudovanie dlya elektroerozionnoy proshivki precizionnyh mikrootverstiy. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2010. 314 s.
2. Loyko A.M., Shinkarev I.Yu. Kratkiy obzor otechestvennogo oborudovaniya dlya elektroerozinnoy proshivki mikrootverstiy // Mezhdunarodnaya nauchno-tehnicheskaya konferenciya molodyh uchenyh BGTU im. V.G. Shuhova. 2016. S. 23632368.
3. Domashenko B.V. Razrabotka tehnologii i oborudovaniya elektroerozionnoy proshivki kapillyarnyh otverstiy v atravmaticheskih iglah: dis. … kand. tehn. nauk. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2007. 158 s.
4. Boyko A.F., Brativnik Yu.M., Hukalenko Yu.A. Precizionnyy stanok 04EP10M dlya vysokochastotnoy elektroerozionnoy proshivki otverstiy malogo diametra // Elektronnaya obrabotka materialov. 1983. №3. S. 7678.
5. Puzacheva E.I. Sovershenstvovanie tehnologii maloiznosnoy elektroerozionnoy obrabotki vysokotochnyh malyh otverstiy: Avtoref. dis. kand. tehn. nauk. Bryansk, 2015. 22 s.
6. Yur'ev A.G. Osnovy nauchnyh issledovaniy. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2005. 87 s.
7. Pogonin A.A., Boyko A.F., Blinova T.A. Nauchno-issledovatel'skaya rabota po special'nosti. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2009. 56 s.
8. Rogov V.A. Metodika i praktika tehnicheskih eksperimentov. M.: Izd-vo «Akademiya», 2005. 288 s.
9. Gorskiy V.G., Adler Yu.P. Planirovanie promyshlennyh eksperimentov. M.: Metallurgiya, 1974. 264 s.
