CC BY
19
роскорости с1у/сК индентора отражает для исследуемой системы все возможные варианты динамического поведения и статические состояния после завершения переходного процесса. Таким образом, многолистный фазовый портрет по виду аттракторов позволяет выявить условия возникновения автоколебаний в исследуемой нелинейной динамической системе, что является существенным преимуществом в сравнении с методами анализа по переходным и амплитудно-частотным характеристикам динамического процесса динамической станочной системы.
Фазовый портрет имеет ряд особых точек и линий, разделяющих фазовое пространство на области, в которых движение фазовой точки имеет существенные различия. Существенным нелинейностям соответствуют линии переключения 1, 2, 3, 4, которые обозначают момент изменения коэффициентов дифференциальных уравнений динамической системы. Переходный процесс в нелинейно-динамической системе упругого выглаживания завершается устойчивым состоянием (особая линия 7) или автоколебательным движением (особая линия 5). Направление фазовых траекторий определяется корнями характеристического уравнения. Комплексным корням, в области, ограниченной особой линией «неустойчивый предельный цикл» 6, соответствуют фазовые траектории, сходящиеся по спиральной кривой к особой точке «устойчивый фокус» 7. В границах области, ограниченной неустойчивым предельным циклом 6, процесс упругого выглаживания устойчив. Устойчивый фокус 7 вытянут по оси У в особую линию 1, которой соответствует не одна точка, а целая область возможных устойчивых состояний динамической системы при данных условиях (рис. 3).
Рис.3. Формирование зоны застоя положения индентора в области аттрактора 1
Следовательно, при выглаживании инструментом с сухим трением в направляющих индентора, особой линии 1 на фазовом портрете соответствует зона застоя положения индентора, что может вызвать формирование непериодической волнистости на выглаженной по-
2¥
т ___ тр
верхности с высотой У\1г < 1_, где ~ У г ~ У \ ~ ~^ .
о
Увеличение амплитуды колебательного движения индентора до значения, ограниченного линией 6 (рис. 2), меняет направление фазовых траекторий 10 на противоположное 9. Соответственно устойчивое состояние индентора переходит в автоколебательное движение с возрастающей амплитудой до уровня ограниченного устойчивым предельным циклом (линия 5 на рис. 2).
Наличие аттрактора типа "устойчивый предельный
цикл" 5 является признаком автоколебательной системы, которая превращает энергию процесса выглаживания в энергию незатухающих колебаний индентора. Установлено, что координата устойчивого состояния и основные характеристики колебательного движения (амплитуда, частота колебаний и вид переходного процесса) зависят от начального положения и амплитуды виброскорости рабочей части индентора.
Проведенный анализ динамических процессов формообразования при выглаживании позволяет сделать следующие выводы.
1. Имитационным моделированием установлен вид и расположение характерных точек и линий фазового портрета процесса упругого выглаживания, и, в частности, устойчивый и неустойчивый предельные циклы, а также устойчивый фокус в виде линии.
2. Установлено, что трение в направляющих инструментальной оснастки может приводить к образованию волнистости, следовательно, несмотря на высокие демпфирующие способности, силы трения необходимо уменьшать до минимальных значений.
3. Определены типы переходных процессов в окрестностях аттракторов фазового портрета.
Список литературы
1. Кузнецов В.П., Горгоц В.Г., Губанов В.Ф., Схиртладзе А.Г. Обеспечение требуемого качества поверхностей деталей на основе управления динамической системой процесса выглаживания: Учебное пособие. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та. 2005. - 85 с.
В.Ф. Губанов, C.B. Шишкина
Курганский государственный университет
АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАСЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ ПРИ ВЫГЛАЖИВАНИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Как известно, технологическая наследственность при выглаживании является еще недостаточно изученной и на практике фактически не поддается теоретическому описанию [1].
В общем случае наследование параметров шероховатости поверхности при выглаживании с жестким закреплением инструмента можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 1 [2] (Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм, Ra - среднее арифметическое отклонение профиля, мкм, Sm - средний шаг неровностей профиля, мм, Rp-высота сглаживания профиля мкм, tp - относительная опорная длина профиля на уровне р, %, Rmax - наибольшая высота профиля, мкм).
Так, при жестком выглаживании цилиндрических поверхностей из стали 20X13 классическим выглажива-телем (рис. 2), обобщенная зависимость параметров шероховатости выглаженной поверхности от исходных параметров шероховатости иллюстрируется на рис. 3. Следует отметить, что при регулярном профиле исходной шероховатости поверхности получается регулярный профиль шероховатости выглаженной поверхности, в случае динамически устойчивой системы выглаживания [3].
Таким образом, если мы хотим обеспечить Ra=0,08 мкм; Sm=0,05 мм, tS0=56 % необходимо, например, получить исходные параметры шероховатости поверхности Ran=0,14 мкм; Smn=0,06 мм, t50n=57 % (рис. 3). Получе-
dy/dt
мкм
.11,-
<J с>
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 4
75
ние Raи=0,14 мкм, в принципе, не является технически и экономически оправданным.
Рис. 1. Наследование параметров шероховатости поверхности при выглаживании
Рис. 2. Выглаживатель
Поэтому целесообразно использовать конструкции инструментов, позволяющие уменьшать параметр Ra в четыре раза [4], по сравнению с конструкцией, изображенной на рис. 2.
и/
0,5 :.5 0,1
ГО £
2 0,3 0,2 0,1 0.0
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1.4
Зт^З™
1,30
1 15
£ 1,0 и
1.05 1,0и 0,95 0,00 0.49
о,г о,4 о.в 1,о 1,2
Втйтй
Рис. 3. Зависимость параметров шероховатости выглаженной поверхности от исходных параметров шероховатости (сталь 20Х13)
Самая простейшая конструкция подобного инструмента следующая (рис. 4) [5-6]. Она включает в себя: два индентора 1,2, два винта 3,4, державку 5. При помощи винта 3 индентор 1 закрепляется в державке 5, а инден-тор 2 закрепляется в державке 5 при помощи винта 4. При этом инденторы расположены в осевом направлении (направление продольной подачи инструмента) на расстоянии ДХ относительно друг друга.
4 Ж
Рис. 4. Выглаживатель для обработки поверхностей деталей - тел вращения
Выглаживатель для обработки поверхностей деталей - тел вращения устанавливается по оси центров токарного станка так, чтобы инденторы 1 и 2 находились на одинаковом расстоянии относительно оси центров токарного станка, индентор 2 выше, а индентор 1 ниже оси центров токарного станка. При движении инструмента на рабочей подаче, индентор 2 уменьшает на максимально возможную величину высотные параметры шероховатости поверхности, проходя по вершинам профиля шероховатости поверхности (что обеспечивается определенным сочетанием значений продольной подачи инструмента и величины ДХ), образованной индентором 1.
Таким образом, основные преимущества этой конструкции выглаживателя (рис. 4), по сравнению с классическим выглаживателем, следующие: уменьшаются высотные параметры шероховатости поверхности (в 4 раза); возможно получение оптимального сочетания (исходя из требуемых эксплуатационных свойств детали) значений микротвердости поверхностного слоя, остаточных напряжений и высотных параметров шероховатости выглаженной поверхности; возможна интенсификация процесса выглаживания (повышение производительности обработки).
Список литературы
1.Губанов В.Ф. Технологическая наследственность при выглаживании // Технология машиностроения. - 2005. - №1. - С.22-23.
2.Губанов В.Ф., Марфицын В.В., Орлов В.Н., Схиртладзе А.Г. Управление качеством поверхности при финишной обработке деталей выглаживанием: Учебное пособие. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2007. - 84с.
3.Кузнецов В.П., Горгоц В.Г., Губанов В.Ф., Схиртладзе А.Г. Обеспечение требуемого качества поверхностей деталей на основе управления динамической системой процесса выглаживания: Учебное пособие. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2005. - 85с.
4.Патент РФ на изобретение № 2307019 С1В24В 39/04. Выглаживатель для обработки деталей в виде тел вращения на токарных станках / Губанов В.Ф., Орлов В.Н.; Опубл. Б.И. - 2007. - №27.
5.Губанов В.Ф. Современный инструмент для выглаживания// Технология машиностроения. - 2007. - №2. - С.13-14.
6.Патент РФ на полезную модель № 60423 и1 В24В 39/00. Выглаживатель для обработки поверхностей деталей-тел вращения/ Губанов В.Ф.; Опубл. Б.И. - 2007. - №3.
76
ВЕСТНИК КГУ, 2008. №3
