CC BY
72
УДК 621.99
О.А. Ямникова (Тула, ТулГУ)
АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ СИЛЫ РЕЗАНИЯ КАК СПОСОБ БОРЬБЫ С ВИБРАЦИЯМИ
Представлена принципиальная схема электромеханической адаптивной системы стабилизации силы резания, проанализированы экспериментальные данные, позволяющие оценить быстродействие системы, а также предложены способы ее использования для снижения влияний вибраций пи точении на качество обработанной поверхности. Работа выполнена в соответствии с грантом Российского фонда фундаментальных исследований № 08-08-99045-р_офи.
Традиционными путями достижения заданной точности обрабатываемых на станках деталей являются [1]:
1) увеличение жесткости технологической системы СПИД;
2) обработка на заниженных режимах, позволяющая сократить колебание системы резания;
3) обработка в несколько проходов, выполняемых на одном и том же станке, на разных станках одной и той же конструкции или назначения и на различных типах станков;
4) встраивание в станки корректирующих устройств дл повышения точности формы деталей;
5) использование ручных или автоматических систем, компенсирующих размерный износ режущего инструмента путем периодически подналадок системы СПИД;
6) поддержание жесткости станка и его геометрической точности путем периодически ремонтов.
Первый путь связан с дополнительными расходами, как при изготовлении станков, так и в процессе ж эксплуатации на поддержание жесткости станка, теряемой вследствие физического износа и регулирования. Второй и трегай пути связаны с потерями штучной производительности и увеличением себестоимости обработки из-за увеличения времени обработки, особенно при использовании нескольких станков. Анализ традиционных направлений достижения и повышения требуемой точности деталей показывает наличие противоречия между точностью и производительностью обработки.
Для обработки длинных нежестких валов лучше всего использовать такую адаптивную систему, которая могла бы снизить колебания силы резани.
Технически выполнить адаптивное устройство стабилизации полной силы резани проблематично, так как это связано не только с величиной этой системы, но и с направлением ее в пространстве. Однако, исходя из того, что составляющие силы резания для определенных условий обра-
ботки имеют однозначную пространственную геометрическую связь, можно выдвинуть гипотезу о том, что стабилизация любой из составляющих силы резания при неизменном режиме обработки должна обеспечивать стабилизацию остальных составляющих и полной силы резания [1].
Рассмотрим принцип адаптивного устройства [2], стабилизирующего одну из составляющих силы резания (Рх или Py). Он основан на создании в зоне резания определенной стабилизирующей силы Рст = const,
которая должна определять реакцию технологической системы на силу резания или ее составляющую, что и обеспечит выполнение требуемого условия Р = -Рст = const.
Если принять за основу степенную зависимость силы резания от подачи и глубины резания, то получаем две различные возможности построения стабилизации силы резания. Первый вариант представляет собой стабилизацию глубины резания (t = const) пи постоянной подаче (s = const), обеспечиваемой станком (рис. 1, а), второй способ - управление подачей (s = f (P(t) ) = var) при изменяющейся глубине резания, т.е. (t = var) (рис. 1, б) исходя из условия
APx (t) = -APx (s). (1)
Первый тип адаптивного устройства должен обеспечивать стабилизацию радиальной составляющей силы резания Ру, что позволяет снимать
постоянный припуск с поверхности обрабатываемой детали, второй тип должен обеспечивать стабилизацию осевой составляющей силы резания Рх, что позволяет получать детали, близкие по контуру к идеальной окружности.
С целью установления важнейшей динамической характеристики адаптивной технологической системы (АТС) - быстродействия - была проведена серия экспериментальных обработок заготовок из прутка шестигранной формы по схеме стабилизации Ру. В результате точения шестигранной заготовки с применением адаптивного устройства обработанная поверхность имела, как и следовало ожидать, также шестигранную форму поперечного сечения с более скругленными и смещенными относительно заготовки вершинами (рис. 2).
Определить быстродействие адаптивной технологической системы можно по величине углового смещения вершин обработанной поверхности относительно вершин заготовки.
а)
6)
Рис. 1. Схема стабилизации осевой (а) и радиальной (б) составляющих силы резания
В таблице представлены данные о шероховатости участков детали, обработанных без стабилизации и со стабилизацией осевой составляющей силы резания. Участки 1 и 4 обрабатываись без использования адаптивной технологической системы (АТС), а участки 2 и 3 - с АТС.
Рис. 2. Вид обработанной поверхности при точении шестигранной заготовки со стабилизацией радиальной составляющей силы резания
Результаты замеров шероховатости
Номер участка Способ обработки Номер серии замеров Точки замеров, мкм Я2, мкм
1 2 3 4 5
1 без АТС 1 2 69 19 74 28 84 27 67 12 108 60 51
ЬСВ 50 46 57 55 48
2 с АТС 1 2 78 50 96 68 28 3 38 12 30 8 26
ЬСВ 28 28 25 26 22
3 с АТС 1 2 42 20 29 13 31 12 56 32 78 55 21
Ь-СП 22 16 19 24 22
1 47 117 79 105 69
4 без АТС 2 13 76 36 77 27 38
ЬСР 34 31 43 38 42
Как наглядно видно из таблицы, адаптивна технологическая система снижает виброактивность технологической системы при резании, что отражается на шероховатости обработанной поверхности. Если ориентироваться на средние значения шероховатости на соответствующих участ-
ках обработанной поверхности, то шероховатость снижается с Яг «45 до Яг « 23, т.е. практически вдвое.
Экспериментальные исследования опытной конструкции адаптивного устройства стабилизации составляющих силы резания показали ее принципиальную работоспособность, определенные преимущества и недостатки. Основное преимущество- высокое быстродействие
(0,0036...0,004 с) пи относительно малой ошибке регулирования (менее 3 %).
Вместе с тем подобного типа конструкции, использующие пружинно-электромагнитный привод, имеют несколько существенных недостатков, ограничивающих их применение.
1. Необходимость точной настройки устройства на номинальное значение стабилизируемой составляющей силы резания за счет регламентирования величины подачи, регулирования напряжения питания электромагнитов и натяга пружин.
2. Ограниченный рабочий ход инструмента при автоматическом регулировании составляющей силы резани, обусловленный относительно небольшим линейным участком силовой характеристики электромагнита. В частности, в экспериментальном устройстве максимальный раб очи ход 3,2 мм.
3. Необходимость периодического корректирования величит1 подачи в стаже либо энергетического режима электромагнитов или натяга пружин по мере затупления инструмента.
4. Невозможность стабилизации силы резания при наличии в ней закономерно изменяющейся составляющей, например, при точении заготовок с постоянно нарастающим или уменьшающимся припуском (литейные или штампов очные уклоны).
Учитывая вышеизложенное, можно рекомендовать два способа практической реализации подобного типа устройств стабилизации силы резания.
Первый способ предполагает применение устройства как одноконтурной системы автоматического регулирования для стабилизации радиальной или осевой составляющей силы резания. Обрабатываемые заготовки должны обладать в этом случае незначительным систематическим изменением припуска. При стабилизации радиальной составляющей силы резани для снятия с заготовки относительно равномерного припуска (например, для удаления дефектного слоя с нанесенных прецизионными способами покрытий на цилиндрических заготовках) периодически должна производиться поднастройка адаптивного устройства на размер обрабатываемой поверхности для компенсации нарастания силы резани вследствие изнашивания инструмента. При стабилизации осевой составляющей силы резания для уменьшения влияния виброактивности технологической системы на шероховатость и микрорельеф обработанной поверхности адап-
тивное устройство также подлежит периодической подналадке для компенсации износа инструмента за счет натяга пружин или энергетического режима электромагнитов. Возможна также компенсация влияния изнашивания инструмента изменением подачи, например, в станках с ЧПУ.
Второй, более перспективный способ реализации исследованного устройства возможен в двухконтурной адаптивной технологической системе. Пружинно-электромагнитное устройство стабилизации силы резани представляет собой первый быстродействующий контур такой системы, реагирующий на вибрационные процессы при резани. Второй контур по сути представляет классическую систему автоматического регулирования подачи металлорежущего станка. Такие двухконтурные адаптивные технологические системы автоматически самоподнастраиваются при изменении условий обработки: припуска и износа инструмента. Вместе с тем двухконтурные системы более сложные и целесообразны в специализированном токарном оборудовании для обработки нежестки деталей.
Библиографический список
1. Адаптивное управление станами / под ред. Б.С. Балакшина. - М.: Машиностроение, 1973. - 456 с.
2. Иноземцев А.Н. Экспериментальное исследование быстродействия адаптивной системы стабилизации силы резани при точении. / А.Н. Иноземцев, О.А. Ямникова// Изв. ТулГУ. Сер. Технологи машлно-строени. Вып. 2. 2004. - С. 93 - 97.
Получено 24.10.08
УДК 621.833
В .В. Птицын, Г.В. Малахов, А.В. Денисов (Тула, ТулГУ)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ ЧЕРВЯЧНЫМИ ФРЕЗАМИ С НУЛЕВЫМ УГЛОМ ПРОФИЛЯ
Рассматриваются условия проведения моделирующею эксперимента для процесса чистовой зубообуаботкя фрезами червячного типа с нулевым углом профиля. Моделирование процесса позволяет определить погрешности обработки из-за деформаций технолоюческой ссстемы.
Червячные фрезы с нулевым углом профиля при обработке зубчатых колес обеспечиают в определенных случаях ряд преимуществ по сравнению с традиционными зубообрабатывающими инструментами [1]. Одно из ни - это более высокая точность дины общей нормали зубчатого колеса, которую, в принципе, можно измениь в процессе обработки [2].
