Экспериментальное исследование показателей точности движения огибающего механизма штамповочного пресса

УДК 621.01

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ОГИБАЮЩЕГО МЕХАНИЗМА ШТАМПОВОЧНОГО ПРЕССА

© 2008 г. А.В. Владимиров

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты

South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty

Представлено экспериментальное исследование показателей точности механизма штамповочного пресса со сложным огибающим движением исполнительного органа. Результаты эксперимента подтверждают достоверность метода анализа кинематической точности прямолинейно-огибающих механизмов, разработанных ранее.

Ключевые слова: точность механизмов, прямолинейно-огибающие механизмы.

The experimental research of indexes of exactitude of the mechanism stamping press with complex envelope driving a cutting head presented. Results of experiment confirm reliability of a method of the analysis of kinematical exactitude rectilinearly - enveloped mechanisms, designed earlier.

Keywords: accuracy mechanism, rectilinear-enveloped mechanisms.

Расчетное обоснование точности механизмов является одной из важнейших задач при проектировании многих видов машин. Это объясняется непрерывным ростом требований к качеству и точности получаемых изделий. В таких процессах, как штамповка, чеканка, вырубка, резание, где можно эффективно использовать прямолинейно-огибающие механизмы, точность получаемых изделий в большой степени зависит от того, насколько точно воспроизводит заданный закон движения исполнительный орган механизма.

основе которого была разработана экспериментальная головка штамповочного пресса (рис. 2), превосходящая мировые аналоги по критериям энергоемкости и материалоемкости, но требующая повышенного внимания к точности изготовления [3]. Для достижения цели в ходе эксперимента необходимо было решить следующие задачи: определить значения погрешностей изготовления Аг1, Аг2, АЯ, АЬ действительных параметров механизма и зазоров в соответствующих кинематических парах еО, еА, еВ и еп путем измерений деталей пресса стандартным измерительным прибором; определить расчетное отклонение механизма А £(Ф 1) с учетом погрешностей по методике,

изложенной в работах [1, 2]; в ходе эксперимента обжать необходимое количество мерных заготовок при одинаковых условиях на одну и ту же величину линейной деформации; провести равноточные измерения каждой обжатой заготовки с определенным равномерным дискретным шагом и после статистической обработки экспериментальных данных, опытное

значение отклонения А Ф1) механизма, найденное по отклонению в высоте полученных изделий, необходимо сравнить с расчетным значением А ^ (Ф1) и

сделать вывод о точности измерений и соответствии метода выявления ошибок механизма, определяющего траекторию движения действительного механизма.

Рис. 1. Схема прямолинейно-огибающего механизма

Целью экспериментального исследования является подтверждение достоверности теоретических положений анализа точности прямолинейно-огибающего механизма (рис. 1), изложенных в работах [1, 2], на

Рис. 2. Экспериментальная головка штамповочного пресса

Измерение деталей пресса проводились при температуре 20 °С стандартным штангенциркулем ГОСТ 166-73 с точностью прибора до 0,05мм. При этом были определены следующие значения погрешностей кинематических параметров: Дг1 = 0,05 мм,

Дг2 = 0,9 мм, ДЯ = 0,85 мм, ДЬ = 1,4 мм, зазор в шарнире О - еО = 0,05 мм, зазор в шарнире А -еА = 0,05 мм, зазор в шарнире В - еВ = 0,05 мм, зазор в поступательной паре е п = 0,05 мм. Функция отклонения является алгебраической кривой четвертого порядка, для определения вида которой необходимо как минимум четыре интерполяционные точки на интервале приближения. Для определения расчетного

Л м

отклонения действительного механизма Д рас интервал приближения L = 100 мм был разбит на десять равномерных интервалов, каждому из которых соответствовал рабочий угол поворота кривошипа ф1 = 9°. Подставляя дискретные значения угла поворота ф1 ^ в функцию Д £( ф1), получили дискретные значения

отклонения в соответствующих точках (таблица).

Далее, на прессе были обжаты 25 заготовок, и каждая заготовка обмерена по высоте (рис. 3) на длине участка, соответствующего углу поворота кривошипа ф1 = 9°, т. е. через каждые 10 мм. В каждой дискретной точке были определены средние значения высоты заготовки после обжатия hj, где у = 1...11 - количество точек на интервале приближения.

Рис. 3. Схема измерений обжатой заготовки

Все измерения проводились с одинаковой точностью, обеспеченной стандартным измерительным прибором - рычажной скобой ГОСТ 11008-64 с погрешностью измерения 0,002 мм при температуре

20 °С. Для определения среднего отклонения Д^ в

высоте заготовки из средних значений высоты заготовки после обжатия h  вычли минимальное значе-

ние средней высоты hjтт , а затем определили абсолютную погрешность измерений через коэффициент Стьюдента [3] и доверительный интервал разброса значений отклонения с вероятностью 95 %.

Среднее значение отклонений траектории движения в каждой точке однотипной заготовки определялось по формуле

ДM =1

п / \

е(д M).

п i=l v ;

Сравнение значений отклонения Д м

с ДM

ij рас

в каждой точки измерения на интервале приближения

№ точки Угол поворота кривошипа ф 1; на точке измерения, рад. Среднее опытное значение Д м отклонения, мм °п  Расчетное значение Дм отклонения, мм Абсолютная погрешность, мм

1 -0,7853 0,124 0,120 0,003706

2 0,62824 0,0328 0,033 0,00054

3 -0,47118 0,00456 0,003 0,001451

4 -0,31412 0 0,002 0,00243

5 -0,15706 0,00408 0,011 0,00695

6 0 0,00416 0,015 0,01164

7 0,15706 0,00408 0,011 0,00695

8 0,31412 0,004 0,002 0,001572

9 0,47118 0,00016 0,003 0,00295

10 0,47118 0,00928 0,033 0,02406

11 0,7853 0,124 0,120 0,003706

Абсолютная погрешность результата измерений

5 М = tа(п)а/^п ,

что экспериментальная функция отклонения Д ф 1)

где tа (п) = 2,06 - коэффициент Стьюдента для п=25 измерений [4]; а - средняя квадратичная ошибка,

а

s2 ^?(ДM-ДМ)2.

Результат измерений с вероятностью а был представлен в виде доверительного интервала

д m=дm ±5д

где Дм - значение отклонения в одноименных точках различных заготовок.

Было установлено, что с вероятностью а = 0,95

значения Д^ лежат в интервале ДМ ± 0,00238 мм.

Для количественной оценки полученных значений определяли абсолютную погрешность D =

дра — д m

^ рас j ^ оп

показывающую расхождение опыт-

ного значения отклонения Д

м

с расчетным значе-

нием ДМс. в каждой точки измерения. Результаты

расчетов представлены в таблице.

По данным таблицы построены графики зависимости (рис. 4) отклонения в заданном законе

движения, полученного опытным путем Д ф 1) и расчетного ДМас (ф 1). О том, что построенные

регрессии Д }°п( ф 1) соответствуют друг другу, показывает коэффициент нелинейной корреляции Л ДМ /ЛМ = 0,9869 , определенный по формуле:

Д оп / Д рас

Л Дм /Дм

рас

_ j=1

(Д Мас j — Д M j ):

(n — 1)а'

где - число точек на интервале приближения;

2

а - эмпирическая дисперсия.

Достаточно высокая корреляция говорит о том, что экспериментальная кривая является также алгебраической кривой четвертого порядка, что подтверждает достоверность метода определения ошибок прямолинейно-огибающего механизма, изложенного в работах [1, 2]. Анализ полученных данных показал,

незначительно отличается от расчетной ДМс (ф 1).

Рис. 4. Диаграммы опытного д оп и расчетного д рас отклонения механизма штамповочного пресса

Несимметричность экспериментальной кривой отклонения в заданном законе движения свидетельствует об отклонении профиля огибающей дуги в кривизне от дуги окружности вследствие погрешности изготовления. Изменение параметров точности под влиянием отклонения в кривизне дуги незначительно влияет на максимальные значения отклонения механизма (рис. 4), а ширина поля приближения для экспериментальной траектории точки контакта больше расчетной на 0,004 мм, что можно считать допустимым, поскольку ширина поля приближения для расчетной траектории точки контакта составляет 0,12 мм, а значит, ошибка измерений в максимальном значении отклонения составила 3,3 % от расчетной.

Литература

1. Владимиров А.В., Кузнецов С.А. Точность приближенных

прямолинейно-огибающих механизмов // Изв. вузов. Се-в.-Кавк. регион. Техн. науки. 2004. № 2. С. 86-89.

2. Владимиров А.В., Кузнецов С.А. Определение ошибок

перемещения прямолинейно-огибающего механизма с зазорами // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2007. № 2. С. 74-77.

3. Владимиров А.В., Кузнецов С.А. Обжимной пресс // Тех-

ника, технология и экономика сервиса. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2004. Спецвыпуск № 6. С. 22-23.

4. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента: Справочное руководство. М., 1971.

Поступила в редакцию 26 марта 2008 г.

Владимиров Алексей Викторович — канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры прикладной механики и конструирования машин Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса, г. Шахты. Тел.: (86362) 2-04-33 Е-таП: vladimirov1005@mail.ru