Идентификация и устранение ошибок в станках - Курсовая работа

Геометрические ошибки составляют главную часть погрешности станка, ошибка, вызванная, силами резания, зависит от типа инструмента и заготовки и принятых условий резания. В настоящее время, имеется большая потребность в идентификации и устранении всех источников ошибок в станках. Такие ошибки как тепловая деформация, деформация от сил резания и т.д., не могут быть полностью устранены с помощью лишь проектировки. Использование материалов типа керамики и бетона для производства станины станка быстро получает популярность среди компаний-производителей станка, но даже такие преобразования не способны предотвратить изменения, происходящие благодаря процессам окружающей среды цеха. Ошибка в заготовке может быть вызвана или чрезмерной деформацией в инструменте и заготовке возникающей изза силы резания или в результате деформации станка непосредственно изза высокой температуры, произведенной процессом резания.Ошибка, с другой стороны, может быть понята как любое отклонение в положении лезвия от теоретически необходимой величины, чтобы произвести заготовку указанного допуска. Ошибки могут быть классифицированы на две категории, а именно, квазистатические ошибки и динамические ошибки (см. иллюстрацию 1.1). Квазистатические ошибки - те ошибки, между инструментом и заготовкой, которые медленно изменяются со временем и связанные со структурой станка непосредственно. Ошибки могут быть классифицированы как: · Геометрические ошибки компонентов машины и структур; · ошибки, вызванные тепловыми искажениями;Геометрические ошибки - те ошибки, которые существуют в станке изза его базовой конструкции, погрешности встройки в течение сборки и в результате неточностей заготовок, используемых на машине. Эти ошибки происходят изза так называемой "квазистатической" точности поверхностей, перемещающихся друг относительно друга. Геометрические ошибки имеют различные компоненты, такие как ошибка линейного смещения (точность позиционирования), прямолинейность и плоскостность движения осей, угол установки шпинделя, ошибки прямоугольности, ошибка обратной реакции и т.д.Легко понять, что ошибки изза тепловых факторов составляют 40-70 % общих ошибок размеров и формы заготовок инженерной точности [BRY90]. Идентифицировано шесть источников теплового влияния: (i) нагревание от процесса резания, (ii) нагрев, произведенный станком, (iii) нагреваниями или охлаждением, обеспеченным системами охлаждения, (iv) нагреваниями или охлаждением в цехе, (v) эффект людей и (vi) тепловой памяти от любой предыдущей окружающей среды [BRY90]. Непрерывная работа машины вызывает нагрев в перемещающихся элементах в результате фрикционного сопротивления, в двигателях, в насосах и т.д. Следовательно, ошибки изза шпиндельного расширения, теплового расширения ШВП и теплового искажения станины сказываются на положении вершины инструмента.Динамическая жесткость всех компонентов станка (станины, колонны, и т.д.), в пределах петли резания машины, отвечает за ошибки, вызванные в результате процесса резания.Ошибки в закреплении вызваны установкой зажима и геометрическими неточностями расположения элементов, их жесткостью закрепления.Общий подход к построению точного станка состоит в том, чтобы применить методы предотвращения ошибок по ходу его проектировки и производственной стадии так, чтобы источники погрешности были сведены к минимуму. В отличие от случая предотвращения ошибки, здесь не предпринимается усилие избегать ошибки. Один метод - `пред-калиброванная (предопределенная) компенсация ошибки" или "стратегия прямой подачи "где ошибка измеряется или прежде, или после процесса механической обработки, и то же самое используется, чтобы изменить или калибровать процесс в течение последующего действия. Другой метод - `активная компенсация ошибки" или "стратегия обратной связи" где, ошибка, как проверено в течение процесса механической обработки, используется, чтобы изменить процесс в течение того же самого действия (иллюстрация 1.3). Прямая подача иллюстрация 1.3 и стратегия обратной связи для компенсации ошибок [SAT81] Компенсация ошибки предполагает исследование различных источников ошибки в станке и метода их компенсации.Геометрические и кинематические ошибки станка формируют основную (начальную) погрешность станка. Некоторые из разнообразных геометрических и кинематических ошибок, которые получаются, могут быть представлены так: a) Ошибка позиционирования каждой оси; В зависимости от числа осей отдельной машины, число элементов ошибки изменяется. Следовательно, для станка с тремя осями, 21 компонент ошибки в основном определяются состоящим из шести компонентов ошибки, по каждой оси и трех ошибок перпендикулярности, исключая люфт и контурные ошибки [LEE98, NIJ93, TAR97, TAK97, WIL97].Лазерный интерферометр обычно используются в измерении различных компонентов ошибок. [LEE98] использовала интерферометр в измерении 19 из этого 21 компонента на Бриджпортском фрезерном станке с ЧПУ с тремя осями за исключением углового наклона. Измерение б

Содержание

1. Обзор ошибок станка, методы их устранения

1.1 Ошибки, возникающие при работе станка

1.2 Источник ошибки

1.2.1 Геометрические и кинематические ошибки

1.2.2 Тепловые ошибки

1.2.3 Ошибки вызванные силой резания

1.2.4 Другие ошибки

1.3 Методология устранения ошибок

1.4 Геометрические/кинематические ошибки

1.4.1 Измерение геометрических/кинематических ошибок и компенсация

1.5 Сила резания вызывающая ошибки

1.6 Другие ошибки

1.7 Цель и намерения

Используемая литература

1. Обзор ошибок станка, методы их устранения

1.1 Ошибки, возникающие при работе станка

1. [ASA92] T. Asao, Y.Mizugaki, M. Sakamoto, Precision Turning by Means of Simplified Predictive Function of Machining Error. Annals of the CIRP, Vol. 41, No1 (1992) pp. 447-450.

2. [ALT00] Y. Altintas, Modeling approaches and software for predicting the performance of milling operations at MAL-UBC, Machining Science and Technology, Vol. 4, 3, (2000), pp. 445-478.

3. [AXI02] M.H. El-Axir, A method of modelling residual stress distribution in turning for different materials. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 42, (2002), pp. 1055-1063.

4. [BAJ72] S. Bajpai, Optimisation of workpiece size for turning accurate cylindrical parts. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 12, (1972), pp. 221-228.

5. [BAR01] G Barrow, Private communication, UMIST 2001.

6. [BLA98] D.M.S. Blackshaw, Machine tool spindle error monitoring. Insight Vol. 40, No8, (1998), pp. 561-563.

7. [BRY90] J. Bryan, International Statu of Thermal Error Research. Annals of the CIRP, Vol. 39, No2, (1990), pp. 645-656.

8. [BS4656-1] BS4656: Part 1: 1981, Accuracy of machine tools and methods of test, Part 1. Specification for lathes, general purpose type. British Standards Institution.

9. [BS4656-16] BS4656: Part 16: 1985, Accuracy of machine tools and methods of test, Part 16. Methods for determination of accuracy and repeatability of positioning of numerically controlled machine tools. British Standards Institution.

10. [BS4656-30] BS4656: Part 16: 1985, Accuracy of machine tools and methods of test, Part 30. Specification for machining centres and computer numerically controlled milling machines, horizontal and vertical spindle types. British Standards Institution.

11. [BS6107-1] BS6107: Part 1: 1981, Rolling bearings: tolerances, Part 1. Glossary of terms. British Standards Institution.

12. [BS6107-2] BS6107: Part 2: 1995, Rolling bearings: tolerances, Part 2. Specification for tolerances of radial bearings. British Standards Institution.

13. [BUR80] M. Burdekin, N. L. Lloyd, A system for assessing the accuracy performance of Machine tool Spindles Under Load. MATADOR (1980), pp. 209-215.

14. [CHA96] S. Chatterjee, Spindle Deflections in High-speed Machine Tools - Modeling and Simulation. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 11, (1996), pp. 232-239.

15. [CHI97] Jin-Hua Chin, Tsung-Ching Lin, Cross-Coupled Precompensation Method for the Contouring Accuracy of Computer Numerically Controlled Machine Tools. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 37, No7, (1997), pp. 947-967.

16. [DEM97] E.C. DEMETER and M.J. Hockenberger, The application of tool path compensation for the reduction of clamping-induced geometric errors. International Journal of Production Research, Vol. 35, 12, (1997), pp. 3415-3432.

17. [DON86] M.A. Donmez, D.S. Blomquist, R. J. Hocken, C.R. Liu, M.M. Barash, A general methodology for machine tool accuracy enhancement by error compensation. Precision Engineering, Vol. 8, No 4, (1986), pp. 187-195.

18. [FAN86] K.C. Fan, M. Burdekin, Development of a computer software package for positioning accuracy calibration and analysis on NC machine tools, Proceedings of 26th Int. MATADOR Conference, Manchester, UK, (1986), pp. 107-113.

19. [FER93] P. M. Ferreira, C. Richard Liu, A Method for Estimating and Compensating Quasistatic Errors of machine Tools. ASME Journal of Engineering for Industry, Vol. 115, Feb, (1993), pp. 149-159.

20. [GDT01] G Todorov, Private communication, UMIST 2001.

21. [GOD80] E. J. Goddard, A. Cowley, M. Burdekin, A measuring System for the evaluation of spindle rotation accuracy. Summary UMIST, (1980), pp.125-131.

22. [HOC96] M.J. Hockenberger and E.C. DEMETER, The application of meta-functions to the quasistatic analysis of workpiece displacement within a machining fixture. Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 118, (1996), pp. 325-331.

23. [HUH99] Ilkyu Huh, J. Yuan, Y. Koren, Systematic machine Tool Error Identification and Compensation Through Test Part. ASME Dynamic Systems and Control Division, Vol. 67, (1999), pp. 915-922.

24. [JED90] J. Jedrzejewski, Numerical Optimisation of the Thermal Behaviour of the Machine Tools. Annals of the CIRP, Vol. 39, No1, (1990), pp.379-382.

25. [JED97] J. Jedrzejewski, W. Modrzycki, Intelligent supervision of thermal deformations in high precision machine tools, Proceedings of 32nd Int. MATADOR Conference, Manchester, UK, (1997), pp. 457-462.

26. [KAK77] Y. Kakino, Y. Yamamoto, N. Ishii, New Measuring Method of Rotating Accuracy of Spindle. Annals of the CIRP, Vol. 25, No1, (1977), pp. 241-245.

27. [KAK78] Y. Kakino, J. Kitazawa, In Situ Measurement of Cylindricity. Annals of the CIRP, Vol.27, No1, (1978), pp. 371-375.

28. [KAN01] Y. Kang, Y.-P. Chang, J.-W. Tsai, et al, Integrated ”CAE” strategies for the design of machine tool spindle-bearing systems. Journal Finite Elements in Analysis and Design, Vol. 37, (2001), pp. 485- 511.

29. [KOE64] F. Koenigsberger, Design Principles of Metal-Cutting machine Tools, Pergamon Press, (1964).

30. [KOP94] L. Kops, M. Gould, M. Mizrach, A search for equilibrium between workpiece deflection and depth of cut: Key to predictive compensation for deflection in turning. Manufacturing Science and Engineering, Vol.2, (1994), pp. 819-825.

31. [KUR90] A. Kurtoglu, The Accuracy Improvement of Machine Tools. Annals of the CIRP, Vol. 39, No1, (1990), pp. 417-419.

32. [LEE98] E.S. Lee, S.H. Suh and J.W. Shon, A comprehensive method for calibration of volumetric positioning accuracy on CNC machines. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 14, (1998), pp. 43-49.

33. [LIU98] Z. Q. Liu, P. K. Venuvinod, V.A. Ostafiev, On-machine measurement of workpieces with the cutting tool, Integrated Manufacturing Systems, Vol. 9, 3, 1998, pp. 168-172.

34. [LIU99] Z. Q. Liu, P. K. Venuvinod, Error Compensation in CNC Turning Solely from Dimensional Measurements of Previously Machines Parts. Annals of the CIRP, Vol. 48, No1, (1999), pp. 429-432.

35. [LUT82] C. A. van Luttervelt, H. R. Willemse, Stiffness Measurements as a Check of Machine - Tool Spindles. Annals of the CIRP, Vol. 31, No1, (1982), pp. 251-254.

36. [LUT98] C. A. van Luttervelt, T. H. Childs, Present Situation and Future Trends in Modelling of Machining Operations Progress Report of the CIRP of the Working Group “Modelling of Machining Operations”. Annals of the CIRP, Vol. 47, No2, (1998), pp. 587-626.

37. [MAR95] D. L. Martin, A. N. Tabenkin, Precision Spindle and Bearing Error Analysis. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 35, No 2, (1995), pp. 187 - 193.

38. [MAS80] O. Masory, Y. Koren, Adaptive Control System for Turning. Annals of the CIRP, Vol.29, No1, (1980), pp. 281-284.

39. [MAS84] O. Masory, Real - Time Estimation of Cutting Process Parameters in Turning. Journal of Engineering for Industry, Vol. 106, Aug, (1984), pp. 218-221

[MCK87] P.A. MCKEOWN, The Role of the Precision Engineering in Manufacturing of the Future. Annals of the CIRP, Vol. 36, No2, (1987), pp. 495-501.

40. [MEU76] Unification Document Me; Axes of Rotation. Annals of the CIRP, Vol. 25, No 2, (1976), pp. 545 - 565.

41. [MOU97] J. Mou, A systematic approach to enhance machine tool accuracy for precision manufacturing. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 37, No5, (1997), pp. 669-685.

42. [MTF80] Machine Tool Task Force, Technology of Machine Tools, Volume 5, Machine Tool Accuracy, October 1980, Lawrence Livermore Laboratory, University of California, Livermore, California.

43. [MUR78] T.S.R. Murthy, C. Mallanna, M. E. Visveswaran, New Methods of evaluating Axis of Rotation Error. Annals of the CIRP, Vol. 27, No 1, (1978), pp. 365-369.

44. [NIJ93] J. Ni and S.M. Wu, An online measurement technique for machine volumetric error compensation. Trans ASME. Journal of Engineering for Industry, Vol. 115, (1993), pp. 85-92.

45. [NIJ97] Jun Ni, CNC Machine Accuracy Enhancement Through Real-Time Error Compensation. Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 119, Nov, (1997), pp. 717-725.

46. [OUA00] A. El Ouafi, M. Guillot, A. Bedrouni, Accuracy enhancement of multi-axis CNC machines through online neurocompensation. Journal of intelligent Manufacturing, Vol. 11, (2000), pp. 535-545.

47. [OYA87] M. Oya, H. Hokari and H. Tanura, A study on improvement of the accuracy of a three-coordinate measuring machine (A method of error compensation). JSME International Journal, Vol. 30, 260, (1987), pp. 344-349.

48. [RAH86] M. Rahman, V. Naranayan, Optimisation of Error - of - Roundness in Turning Processes. Annals of the CIRP Vol. 35, No1, (1986), pp. 376-380.

49. [RAH99] M. Rahman, J. Heikkala, K. Lappalainen, Modelling, Measurement and error compensation of multi-axis machine tools, Part I: theory. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 40, (2000), pp. 1535-1546.

50. [RAM00] R. Ramesh, M.A. Mannan, A.N. Poo, Error compensation in machine tools-a review, Part I: Geometric, cutting-force induced and fixture-dependent errors. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol.40, (2000) pp.1235-1256.

51. [RAR00] R. Ramesh, M.A. Mannan, A. Poo, Error compensation in machine tools- review, Part II: thermal errors. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 40, (2000), pp. 1257-1284.

52. [SAR95] S. Sartori, G. X. Zhang, Geometric Error Measurement and Compensation of Machines. Annals of the CIRP, Vol. 44, No2, (1995), pp. 599-609.

53. [SAT81] T. Sata (1), Y.Takeuchi, M. Sakamoto, Improvement of Working Accuracy on NC Lathe by compensation for the Thermal Expansion of Tool. Annals of the CIRP, Vol. 30, No1, (1981), pp. 445-449.

54. [SHI79] M. Shiraishi, In-Process Control of Workpiece Dimension in Turning. Annals of the CIRP, Vol. 28, No1, (1979), pp. 333-337.

55. [SKF92] L. Levinshal, Spindle bearing systems for turning lathes with high operational characteristics. High precision bearings, SKF - Sweden, (1992).

56. [SOO98] M. P. Soon, B. J. Stone, The Stiffness of Statistically Indeterminate Spindle System with Nonlinear Bearings. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, No 14, (1998), pp. 787-794

57. [STA97] A. Statham, A. Martin, D.M.S. Blackshaw, Assessing the thermal distortion caused by spindle rotation of a machining centre using the draft standard ISO/DIN 230-3, Proceedings of 3rd Int. Conference on Laser Metrology and Machine Performance - LAMDAMAP, (1997), pp. 101-111.

58. [SUN85] Su Yao-Sun, A new Instrument for Axis Rotation Metrology. Annals of the CIRP, Vol. 34, No1, (1985), pp. 439-445.

59. [SZA83] M. Szafarczuk, M. Misiewski, Automatic Measurement and Correction of Workpiece Diameter on NC Centre Lathe. Annals of the CIRP, Vol. 32, No1, (1983), pp. 305-307.

60. [TAK85] Y. Takeuchi, M. Skamoto, K. Imura, Development of Integrated Turning System with Predictive Compensatory Function for Machining Errors. Annals of the CIRP, Vol. 34, No1, (1985), pp. 519-523.

61. [TAR97] Y.S. Tarng, H.Y. Chuang and W.T. Hsu, An optimisation approach to the contour error control of CNC machine tools using genetic algorithms. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 13, (1997), pp. 359-366.

62. [TAK97] Y.S. Tarng, J.Y. Kao and Y.S. Lim, Identification of and compensation for backlash on the contouring accuracy of CNC machining centres. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 13, (1997), pp. 77-85.

63. [TLU80] J. Tlusty, Techniques for testing accuracy of NC machine tools. Summary, Proceedings of 12th Int. MATADOR Conference, Manchester, UK, (1980), pp. 333-345.

64. [TOT82] T. Toth, Computer-Aided Cutting Technology Planning Having Regard to the Elastic Deformation of Machining System. Summary, Proceedings of 13th Int. MATADOR Conference, Manchester, UK, (1982), pp.121-131.

65. [VEN86] R. Venugopal, M. Barash, Thermal Effect on the Accuracy of Numerically Controlled Machine Tools. Annals of the CIRP, Vol. 35, No1, (1986), pp. 255-258.

66. [WAN00] J. Wang, The effect of the multilayer surface coating of carbide inserts on the cutting forces in turning operations. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 97, (2000), pp. 114-119.

67. [WAN02] J. Wang, T Kuriyagawa, X.P. Wei, D.M. Guo, Optimisation of cutting conditions for single pass turning operations using a deterministic approach. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 42, (2002), pp. 1023-1033.

68. [WIL97] R.G. Wilhelm, N. Srinivasan and F. Farabaugh, Part-form errors predicted from machine tool performance measurements. Annals of the CIRP, Vol. 46, 1, (1997), pp. 471-475.

69. [WUS89] S. M. Wu, J. Ni, Precision Machining without Precise Machinery. Annals of the CIRP, Vol. 38, No1, (1989), pp.533-536.

70. [YAN97] SS. Yang, J. Yuan, J. Ni, Real-time Cutting Force Induced Error Compensation on a Turning Centre. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 37, No11, (1997), pp. 1597-1610.

71. [YAN99] J. Yang, J. Yuan, J. Ni, Thermal error mode analysis and robust modelling for error compensation on a CNC turning center. International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 39, (1999), pp. 1367-1381.

72. [ZAI03] Zaidi, M H, MPHIL Thesis to be submitted, UMIST, UK, 2003.

73. [MTI02] MTI"s General Gaging Products for Displacement, Position, Vibration and Dimensional Measurement Applications: http://www.mtiinstruments.com/.

74. [SCO02] Sandvik Coromant Web Page: http://www.coromant.sandvik.com.

Размещено на .ru