Функциональная система автоматизированного управления погрешностями обработки тонкостенной детали вращения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ладкой. Электрическая цепь, обеспечивающая предварительный подогрев СМП, замыкается на корпус инструмента. После достижения заданной темпе* рнгури источник питания отключают и начинают обработку детали резанием.

Нагрев СМП производят перед обработкой детали резанием. При прохождении электрического тока основное количество теплоты выделяется в контакте СМП с полупроводниковым слоем за счет эффекта Пельтье, а также в самой СМП в соответствии с законом Джоуля - Ленца. На рис. 5 представлена зависимость получаемой температуры предварительного нагрева от силы тока.

Благодаря повышению трещиностойкости сменной многогранной пластины из инструментального твердого сплава, путем предварительного подофева, в начальный период резания и последующем ее поддержании за счет режима резания стойкость сборного инструмента с СМП увеличивается примерно на 40 %, а интенсивность износа режущей пластины по задней поверхности Ь3 снижается (рис. 6).

Таким образом, разработана новая методика повышения работоспособности сменных твердосплавных пластин путем снятия внутренних напряжений на основе их предварительного подогрева до начала процесса резания, которая может быть использована на всех машиностроительных пред-

ириятиях, особенно при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов.

Библиографический список

1. Артамонов, Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов : монографии / Е.В. Артамонов. - Тюмень: ТюмГНГУ. 2003.

- 192 с.

2. Пат. 38307 Российская Федерация. МПК7 В23 В27/16. Установка для регулируемого подогрева твердосилавной режущей пластины / Чуйков P.C., Кусков В.Н., Артамонов Е.В., Трифонов В В . Костив В.М. — N«2004102879; заявл. 04.02.2004; опубл. 10.06.04 . В юл. Ne 16.

АРТАМОНОВ Евгений Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Станки и инструменты».

ЧУЙКОВ Сергей Сергеевич, аспирант очной формы обучения кафедры «Станки и инструменты», соискатель степени кандидата технических наук на кафедре «Станки и инструменты»

Адрес для переписки: e-mail: [email protected].

Статья поступила в редакцию 18.12.2009 г.

©ЕВ. Артамонов, С. С. Чуйков

удк¿21.941 д и ЧЕРНЯВСКИЙ

П. Н. ЛАСТОВСКИЙ

Омский государственный технический университет

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЯМИ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННОЙ ДЕТАЛИ ВРАЩЕНИЯ

В процессе резания возникает трение стружки и обрабатываемой тонкостенной детали вращения о переднюю и заднюю поверхности инструмента соответственно. В результате инструмент изнашивается и теряет режущую способность. Это влечет за собой возникновение погрешностей обработки детали и повышение силы резания.

Созданная функциональная система автоматизированного управления позволяет предотвратить износ инструмента, а следовательно, и возникновение погрешностей. Ключевые слова: износ инструмента, система автоматизированного управления, тонкостенная деталь вращения.

При обработке тонкостенных деталей вращения, ношению к размерному износу (рис. 16). Изностомлю

особенно изготовленных из высокопрочных сплавов, попередлейноиерхносш практически отсутствует, наблюдается прогрессирующий износ формо- Износ, вызываемый трением, протекает непре-

образующего инструмента в результате трения его рывно в процессе обработки. Его величину в первом

контактных поверхностей о стружку и обрабаты- приближении при данных неизменных условиях

ваемую поверхность детали. При токарной обработке можно считать: 1) прямо пропорциональной време-

имеетместо износ по задней гра1ш (рис. 1а). Следствием ,,и резания или 2) прямо пропорциональной пути,

этого является как бы отдаление режущей кромки на пройденному'режущим инструментом в металле заго-

величину Лг от обрабатываемой поверхности, товки. Можно также выражать износ как функцию

Одновременный износ по задней и передней обрабатываемой поверхности в квадратных метрах

поверхностям инструмента наблюдается при обра- ил” как функцию от силы резания,

ботке тонкостенных деталей при малых подачах но от- Величину размерного износа принято замерять

а

а)

а

б)

Рис. I. Виды износа режущего инструмента, где Т'-угол заточки резца

Рис. 2. Зависимость износа формообразующего инструмента от пути резания

Рис. 3. Функциональная схема САУ с принципом управления по отклонению

при помощи точных измерительных инструментов по нормали к обрабатываемой поверхности. Размерный износ Л, при постоянных условиях может быть выражен в виде линейных зависимостей:

Иг = аТ; И, = Ы; Нг = сР; Иг = с1Ру.

где а, Ь, с и с/ — постоянные для заданных условий обработки, данного материала детали и инструмента; Т—время обработки; I — путь, пройденный инструментом в металле заготовки; Р—площадь обработанной поверхности, Ру — сила резания.

Наиболее удобно выражать размерный износ в функции пути, пройденного инструментом в металле ЗаГОТОВКИ. В этом случае величину пути I можно легко вычислить, зная размеры обрабатываемой поверхности и режимы резания.

^ _ пс11 10005'

где с/ — диаметр детали вращения; / — длина детали вращения; в — путь, пройденный в инструменте в металле заготовки.

Эту величину пути I можно также выразигь через скорость резания у и время обработки Г ;

¿ = уГ.

Определение размерного износа /?г напрямую связано с прогнозированием погрешности обработки от износа инструмента. Изучение размерного износа при чистовой обработке 11) показало, что его процесс не подчиняется строго линейному закону (рис. 2).

Согласно проведенным исследованиям (2], размерный износ при точении тонкостенных деталей определится из соотношения:

= Кмп+Кя~~-

где ЛЛ|И1,—начальный размерный износ; Лло -относительный размерный износ.

На основании проведенных авторами экспериментальных исследований подучены значения для начального и относительного размерного износа для разных обрабатываемых материалов и марок пластин режущего инструмента (табл. 1).

Определение размерного износа напрямую связано с прогнозированием погрешности обработки от износа инструмента. Управление погрешностями обработки тонкостенных деталей, возникающих от износа инструмента, принято выполнять с использованием принципа управления по отклонению.

Функциональная схема системы с принципом управления по отклонению величиной износа формообразующего инструмента (принципом Ползунова —

Уатта) изображена на рис. 3. Требуемое значение управляемой величины системы Дymp (t) определяется задающим воздействием a(t), поступающим от задающего устройства (ЗУ). В частном случае 0.(1)— Отклонение управляемой величины hUMI (l)vг требуемого значения может быть вызвано перемещение инструмента в направлении противоположном силе резания Ру или, как показано на рис. 3, изменением задающего воздействия a(t).

Чтобы уменьшить или устранить это отклонение, нужно выработать соответствующее управляющее воздействие Ch(t) и подать его на вход управляемого объекта (УО). Управляющее воздействие при использовании принципа управления по отклонению вырабатывается в результате преобразования отклонения еМ) управляемой величины от требуемого значения.

Принцип управления по отклонению состоит в том, что измеряется управляемая величина размерного износа. Далее она сравнивается с требуемым значением (задающим воздействием) и выявляющееся при этом отклонение преобразуется в управляющее воздействие. Последнее, влияя на режимы резания, стремится уменьшить или устранить это отклонение.

В состав системы (рис. 3) входит следу ющие элементы:

1. Измерительный элемент ИЭ, который ПОДКЛЮ- ШД

1ЫЙ 1ЕСТНИК N* 2 <90) 2010 MAUJHHOCTPOSHMl И МАШИИО*ШНИЕ

Экспериментальные данные величин для начального и относительного размерного износа

Материал Режимы резания Начальный износ hr, п мк Относи-

Метод обработки Обрабатываемый материал режущего HIM I [>> М»‘П та Глубина, в мм Подача, в мм/об Скорость резания, в м/мин тельный износ h,„ в мк/км

Сталь

легированная, термически обработанная Т15К6 Т30К4 2 2 0,3 0,3 100 150 13 7 10 6

Т60К6 2 2

Т30К4 2 3.5

Сталь Т15К6 4 8,5

легированная, термически обработанная Т15К10 ВКЗ ВК4 ВК9 ВК11 0,5 0,20 130 6 6 5 10 10 12 9,5 30 65 140

ВКЗ 5 19

Чистовое Серый чугун ВК4 ВК8 0.5 0,20 90 3 5 8,5 19

точение Легированный чугун ВКЗ 0,5 0,1 90 120 240 4 6 25 2.5 3.5 И

Т60К6 3 2,5

Сталь 45 Т30К4А Т30К4 Т15К6Т 0,3 0,1 480 4 4 5 3 2,8 20

Сталь 40 Э4260 0,5 0.18 80 10 65

Сталь 35 ЦМ-332 1.0 0.48 200 - 0,5

Хромоникель- молибденовая ЦМ-332 1.0 0.48 200 _ 12

сталь

Титановый сплав ВКЗ ВК4 ВК8 0,05 0,10 50 9 14 12 25 29 20

100 4 13

Тонкое Серый чугун ВК8 0,5 0.1 120 140 5 6 18 35

Титановый сплав Т60К6 0,05 0,10 50 12 27

Тонкое Закаленный ЦМ-332 ВК2 0,3 0,3 0,17 0,17 105 105 10 20 9 16

растачи- ВКЗ 0,3 0,17 105 10 12

вание Титановый сплав Т60К6 0,02 0,05 80 15 24

чается к выходу УО и измеряет управляемую величи-ну ЛВ1И Ц). Измеренное значение этой величины 80(1) подается на элемент сравнения. На практике измерительный инструмент представляет собой датчик коррекции.

2. Элемент сравнения (ЭС), который сравнивает измеренное значение управляемой величины g0(t) с задающим воздейст вием а (I) и определяет отклонение (сигнал рассогласования) между ними: Инвертирующий вход элемента сравнения означает, что сигналвычитается.

3. Преобразователь (П), в котором при соответствующем преобразовании отклонения формируется управляющее воздействие. В простейшем случае управляющее воздействие может быть величиной, пропорциональной отклонению. В общем случае алгоритм управления является более сложной функцией, предусматривающей введение в управляющее воздействие, как производных, так и интегралов от отклонения. Преобразователь выполняется в виде

различного рода корректирующих устройств. В зависимости от степени сложности необходимого преобразования сигнала рассогласования корректирующее уст ройство может быть либо простейшей электрической цепью, либо сравнительно сложным электронным вычислительным устройством.

4. Усилитель (У), обеспечивающий усиление выходной величины преобразователя до значения, достаточного для поддержания требуемого режима работы объекта.

5. Управляемый объект (УО), в котором происходит процесс, подлежащий управлению.

Измерительный элемент, элементсравнения, преобразователь и усилитель образуют автоматическое управляющее устройство (АУУ). Как следует из вышеизложенного, АУУ, измеряя отклонение в ft) и соответствующим образом преобразуя его, вырабатывает управляющее воздействие Ch(t). Последнее, будучи приложено к управляемому объекту, изменяет управляемую величину таю»! образом, что от-клонение ejt) уменьшается.

Рис. 4. Влияние износа инструмента на точность обработки с автоматическим подналадчиком

Рис. 5. Зависимость усилия резания от износа инструмента по задней грани

Рис. 0. Общий вид участка станков с числовым программным управлением

Алгоритм управления САУ имеет вид СН(1)=ф^Щ, т. е. управляющее воздействие является функцией отклонения гуЦ) управляемой величины.

Измерительный элемент, который измеряет управляемую величину на выходе объекта и подает ее на элемент сравнения (вход системы), образует главную обратную связь системы. Иногда в цепь главной обратной связи наряду с ИЭ включаются и другие элементы (элементы обратной связи (ЭОС)), осуществляющие усиление или необходимое преобразование управляемой величины. Сигнал, поступающий с выхода главной обратной связи на вход (элементсравнения) системы, называется сигналом главной обратной связи, а разность между задающим воздействием и сигналом главной обратной связи называется сигналом ошибки. Поскольку основной особенностью систем с принципам управления по отклонению является наличие обратной связи, этот принцип называют также принципом обратной связи. Поскольку в САУ с принципом управления по отклонению управляемая величина через главную обратную связь поступает на элемент сравнения (на вход системы), то САУ с принципом управления по отклонению является замкнутой системой, процесс управления в которой зависит от его результатов.

Применение автоматических подналадчиков в

. =с |

-л

Рис. 7. Общий вид измерительного элемента для токарной обработки изделия

щшшг .

мшшк - ш \

Рис. 8. Вид измерительною элемента для токарной обработки изделия в процессе работы

значительной мере уменьшает влияние размерного износа формообразующего инструмента на точность обработки (рис. 4).

На рис. 4 показана схема работы автоматического подналадчика. По оси ординат отложено приращение радиальных размеров обрабатываемых деталей в результате размерного износа инструмента; по оси абсцисс — время (или путь, проходимый инструментом в металле заготовки). Кривая характеризует протекание размерного износа без использования подналадчика в зависимости от времени или пути резания.

Если размер обрабатываемой детали выходит за пределы допуска, то подналадчик корректирует положение режущего инструмента'. Работа подналадчика показана пилообразной линией. На рис. 6 — 8 приведены фотографии действующих элементов системы автоматической компенсации износа рабочего инструмента.

Прогрессирующий износ и затупление режущего инструмента вызывают не только смещение его режущей кромки относительно обрабатываемой заготовки, в результате чего происходит приращение выполняемого размера, но и увеличение радиальной составляющей усилия резания. За период стойкости инструмента сила Ру может возрасти на несколько десятков процентов отего первоначального значения. Поданным [1], при предварительном обтачивании и растачивании стали сила Ру может возрасти на 40%, а серого чугуна - на 200% (рис. 5). При чистовой токарной обработке указанных материалов увеличение Ру составляет соответственно 40% и 80%.

Расчеты показывают, что при больших значениях силы резания, пониженной жесткости технологи-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ «СТНИК 3 (90) гою

МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ КСТНИК № 2 (90) 2010

I ческой системы и повышенном износе формо-IL образующего инструмента погрешности обрабо тки, ш вызванные возрастанием радиальной составляющей усилия резания, могут бы ть сопоставимы по величине с погрешностями в результате размерного износа инструмента.

Библиографический список

1. Хрущев, М.М. Исследования изнашивания металлов / М.М. Хрущев. М.А. Бабичев. — М.: Машиностроение, 1998. —

435 с.

2. Иващенко, H. Н. Автоматическое регулирование. — 3-є над., перераб. и доп./ H.H. Иващенко. — М.: Машиностроение, 1983.

- 608 с.

3. Пудов, A.B. Оптимизации режимов резания при обработке на станках с ЧІІУ с целью повышения точности размеров и формы деталей в процессе точения {Электронный ресурс |: дис..

УДК 682.2:531.7+531.717.1

Основная масса металлорежущего инструмента изготовляется на финишных операциях на неавтоматизированных шлифовальных станках рабочими высокой квалификации. Положение режущей поверхности шлифовального круга после настройки определяется рабочим по лимбу поперечной подачи или по цифровому отсчетному устройству перемещения шлифовальной бабки, которое коррек-

1 тируется после измерения обработанного инстру-

2 мента и частично компенсируются некоторые пог-

^ решности обработки. Уже при допусках на диа-

1 метральный размер инструмента в 5...8 мкм рабочий

| осуществляет до 2...3 промежуточных измерений, так

как погрешность абразивной обработки на станке приблизилась по значению к допуску на инструмент.

канд. техн. наук: 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструменты; 05.02.08 — Технология машиностроения / А. В. Пудов ; Рыб. гос. авиац. технол. акад - Рыбинск. 2000 — 254 с. — Электрон, версия печ. публикации (подгот. РГБ «Русский курьер»).

ЧЕРНЯВСКИЙ Дмитрий Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры менеджмента. ЛАСТОВСКИЙ Павел Николаевич, аспирант кафедры «Технология машиностроения».

Адрес для переписки: Е-таП: тапедКфотдШ.ги

Статья посту пила в редакцию 14.04.2010 г.

© Д. И. Чернявский, П. Н. Ласговский

В. И. ЯЕУН Е. В. НИКОЛАЕВА

Омский государственный технический университет

А после правки круга при обработке первых 2...3 инструментов число промежуточных измерений достигает 4...6 из-за интенсивного его износа на стадии приработки. При затрате времени на одно измерение 18 секунд и среднем числе измерений, равном 3, в партии из 50 инструментов при выполнении одной операции шлифования время простоя станка на измерения достигает 37 минут. Причём инструмент изготовляется без резерва точности (Кт> 1), который можно было бы использовать для увеличения допуска на его износ в процессе эксплуатации.

Для шлифовальных станков без приборов активного контроля (ПАК), как известно (11, суммарная пофешность обработки складывается из следующих основных элементарных погрешностей:

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ ШЛИФОВАНИЯ РЕЖУЩЕГО И КОНТРОЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТОВ С ПРИБОРАМИ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ

Технологи инструментальных производств и прецизионного машиностроения недостаточно информированы о потенциальных возможностях повышения точности и производительности технологии шлифования изделий приборами активного контроля. В статье показаны возможности уменьшения (в 3...5 раз) суммарной погрешности обработки изделий при шлифовании за счёт компенсации значительной части размера элементарных систематических и случайных технологических погрешностей с минимальными материальными затратами и с одновременным повышением производительности в 1,5...2,00 раза при абразивной обработке.

Ключевые слова: составляющая суммарной погрешности при абразивной обработке, приборы активного контроля.