ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

 

Шуленина Т.И. (БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

Research of characteristics of accuracy of the equipment for wood processing.

 

Надежность деревообрабатывающего оборудования – его свойство сохранять во времени работоспособное состояние, при котором значения параметров и показателей качества соответствуют требованиям, установленным в нормативно-технической, конструкторской и технологической документации.

Потеря работоспособного состояния оборудования обусловлена снижением его точностных характеристик, а, следовательно, снижением качества обрабатываемых деталей.

Технологические свойства древесины и материалов на ее основе, охватываются понятием обрабатываемости резанием, основными характеристиками которой служат: силовые параметры резания (удельная работа резания, удельное сопротивление резанию, условное напряжение резания и пр.); качество обработанной поверхности; влияние обрабатываемого материала на затупление режущего инструмента;  оптимальные параметры режимов резания и пр. Эти характеристики проявляются по-разному в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемой породы древесины или материалов на ее основе и касаются главным образом проблем оптимального резания в зависимости от угловых параметров, степени заострения режущей части инструмента, скоростей резания, подачи и их соотношений в процессе обработки.

Поэтому необходимо проанализировать наиболее весомые причины снижения точности деревообрабатывающего оборудования и, как следствие, отказов инструмента, снижения качества обработанной поверхности и точности обработки.

Технологическая точность оборудования должна обеспечивать установленный  уровень взаимозаменяемости деталей при сборке, заданную точность изделия и экономическую эффективность обработки.

Характеристикой технологической точности станка, согласно требованиям ГОСТ, служит коэффициент рассеяния размеров, Кр:

                                   Кр = ω / δ                                                (1)

где μ – поле рассеяния погрешностей; δ – величина допустимых погрешностей.

При Кр > 1 станок в данной реализации имеет запас по точности δ_з:

                                       δ_з = δ -  ω                                    (2)

При Кр = 1 поле рассеяния погрешности равно допустимому значению, при Кр < 1 поле рассеяния меньше допустимого значения. В последнем случае технологическая точность станка не удовлетворяет требованиям технологического процесса, в  результате чего при обработке деталей возможен брак.

В связи с этим, выполнялись исследования определения величины брака по трем методам: при стабильном протекании технологического процесса,  при случайной скорости смещения уровня настройки станка, при скорости изменения величины случайной погрешности  обработки деталей.

Для определения стабильности технологического процесса станочной обработки используют метод последовательного изъятия малых выборок из партии деталей. Через определенные промежутки времени обрабатывается партия  пробных деталей,  строится кривая рассеяния размеров деталей и определяется качество настройки станка:  ω_j - 6σ, где σ – среднее квадратическое отклонение для мгновенной малой выборки.

В общей выборке особое значение имеет первая и последняя малые выборки. Дисперсию в каждой выборке можно определить по выражению:

                                    n                                                n

              D_j = 1/n-1 ∑ (x_ij –mx_j)²= 1/n-1 ∑(x_ij – x_chj)²             (3)

                              i=1                                              1

По найденному значению дисперсии можно определить среднеквадратическое отклонение размеров от заданных:

                                         σ_j = D_j                                        (4)

По полученным значением величины  σ_j  можно определить рассеяние размера в каждой малой выборке:

                                           ω _j - 6σ_j,                                       (5)

Максимальное и минимальное значения размеров в каждой выборке можно определить следующим образом:

                        x_{max j}= x_срj + 3σ_j;   x_{min j} = x_срj - 3σ_j.                 (6)

По полученным значениям x_max   и x_min способом наименьших квадратов определяем функции:

x_срj = f(t);  D_j = f(t)

Величина систематической погрешности в каждой выборке будет    определена как: 

                                δ_систj = x_срj - x_срi                                     (7)

Систематическая погрешность партии определяется:

                                 δ_{сист к} = x_{ср к}  - x_срi                                  (8)

Рассмотрим второй метод определения величины брака и определения погрешности -  при случайной скорости смещения уровня настройки станка при обработке партии деталей, С₁:

                                  С₁ = (х_{ср к} –х_i ) / t_к ,                              (9)

где   t_к  - время обработки N_к  деталей.

Для любого значения N_к по всем реализациям находим оценки среднего квадратического отклонения случайной погрешности математического ожидания и скорости смещения уровня настройки станка и дисперсии скорости смещения уровня настройки.

Согласно третьему методу определения величины погрешностей станком -  скорость  изменения величины случайной погрешности  обработки деталей, можно определить по формуле:

                            С₂ = ω_m (N_i) - ω_m1 / N_i                       (10)

При условии если С₂ есть случайная величина, она имеет свое поле рассеяния ω(С₂).

При N_i = 1 , ω{ С₂ (N₁) } = 0;

                ω { С₂ (N_i) }= 6σ (С₂) N_i                                (11)

Предельное суммарное значение поля рассеяния погрешности в обрабатываемой партии определяется уравнением:                                          

    ω^∑ _m (N_i)=3 [σ{ х(N₁ )} + σ{ х(N_i )} ] + М (С₁) N_i          (12)

Начальное значение поля рассеяния погрешности можно определить уравнением:    ω^∑ _m (N₁)= 6[σ{ х(N₁ )} = 6 σ²_хо+ σ²_m1

Значение  ω^∑ _m (N₁) характеризует точность станка, которая зависит от рассеяния погрешности первоначальной настройки и рассеяния начальной и случайной погрешностей.

Изменение рассеяния размеров за время обработки партии деталей N_к можно охарактеризовать значением:

                    ∆σ^∑ =  ω^∑ _m (N_к) -  ω^∑ _m (N_i)                             (13)

Изменение рассеяния ∆σ^∑  зависит от С₁ – скорости смещения начального уровня настройки станка; С² – скорости изменения величины случайной погрешности;  σ²(С₁) – дисперсии скорости С₁ и σ²(С₂) – дисперсии скорости С₂.

Значения коэффициентов С₁ и С₂, определяющих стабильность технологического процесса, должны быть такими, чтобы оборудование без поднастройки  находилось в состоянии работоспособности достаточное время для обработки среднестатистической партии деталей без брака. Величины коэффициентов С₁ С₂ взаимосвязаны и зависят от производительности оборудования.

После определения статистических показателей погрешностей  и получения среднего квадратического отклонения размеров деталей, обработанных при  одинаковых условиях, полученные результаты отображаются графически в виде кривых  рассеяния размеров станком (кривая теоретическая и практическая) и определяется  величина их расхождения.

Оценка уровня  технологической точности  и стабильности работы деревообрабатывающего оборудования необходима для правильного использования его по назначению.

Оценка технологической точности оборудования необходима для соизмерения его точностных и технологических возможностей с системой допусков на обработку изделий из древесины и материалов на ее основе.