CC BY
15
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ ПРИ КРУГЛОМ НАРУЖНОМ ВРЕЗНОМ ШЛИФОВАНИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИИ ПО НИЗКОЧАСТОТНОМУ АКУСТИЧЕСКОМУ СИГНАЛУ
УДК 621.9,079.014.4,079
Д. В. АРИНИН
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ ПРИ КРУГЛОМ НАРУЖНОМ ВРЕЗНОМ ШЛИФОВАНИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИИ ПО НИЗКОЧАСТОТНОМУ АКУСТИЧЕСКОМУ СИГНАЛУ
Приведены результаты экспериментальных исследований взаимосвязи параметров низкочастотного акустического сигнала, возникающего в процессе шлифования, с технологическими и выходными параметрами процесса. Разработана методика управления циклом круглого наружного врезного шлифования по акустическому сигналу.
Для обеспечения надежности выполнения шлифовальных операций в автоматическом режиме необходимо проектировать рабочие циклы, учитывающие все многообразие изменений условий и факторов процесса шлифования, влияющих на режущую способность шлифовальных кругов. Многочисленные исследования износа и затупления шлифовальных кругов пока не привели к установлению единого критерия оценки их режущей способности» В связи с этим автором предпринято экспериментальное исследование с целью выявления зависимостей между режимами шлифования, величиной звукового давления и показателями процесса шлифования, необходимых для последующей разработки критерия оценки работоспособности круга и методики управления циклом круглого наружного врезного шлифования с использованием информации по низкочастотному акустическому сигналу,
Эксперименты проводили на. кругло-шлифовальном станке ЗМ152МВФ2 при предварительном ¡шлифовании заготовок (образцов) из стали Р6М5 кругом 1 600x40x305 95А25ПСМ27К5 с окружной скоростью круга Ук = 50 м/с. Частотой вращения заготовки пи варьировали от 150 до 300 мин"1, а врезной подачей - от 0,2 до I мм/мин. Величина прикуска х изменялась в диапазоне (0,2 - 0?5) мм. В качестве основных характеристик акустического сигнала использовали частоту £ акустических колебаний, звуковое давление р3 и амплитуду звукового давления А3, определяемую амплитудным значением эффективного напряжения. Прием и обработку акустических сигналов осуществляли по методике, изложенной в работе [1].
В ходе экспериментальных исследований контролировали радиальную Ру и касательную Р2 составляющие силы шлифования Р, приведенную режущую способность шлифовального круга по звуковому давлению Кр, приведенную режущую способность шлифовального круга по объему снятого материала К^, размерный износ круга АК, среднее арифметическое отклонение профиля Ка шлифованной поверхности, наличие прижогов и следов дробления. На первом этапе экспериментальных исследований был выявлен диапазон информативных частот (900 - 1000) Гц. Дальнейшие исследования на информативной частоте 950 Гц проводили однофакторным и многофакторным планами.
Для реализации задачи управления процессом шлифования исследовали закономерности изменения величин р3, А3, Р, Кр, АК и Ка в зависимости от режимов шлифования. Установлено (рис. 1), что изменение технологических параметров процесса шлифования -врезной подачи 8Ь снимаемого припуска х и частоты вращения заготовки пи приводит к изменению амплитуды звукового давления и выходных показателей процесса шлифования.
Д.В. АРШИН
а б в
Рис. 1. Зависимость амплитуда звукового давления А3? силы резания Р, шероховатости шлифованной поверхности заготовки (На) от скорости врезной подачи В, и величины снимаемого припуска г: 1,2 — соответственно пи= 300; 150 об/мин
При увеличении припуска г от 0,2 до 0,5 мм (см. рис. 1) при шлифовании с поперечной подачей 8г=0Д мм/мин и частотой вращения заготовки пи=300 мин"1 амплитуда А3 звукового давления увеличивается на 46 %, шероховатость На шлифованной поверхности заготовки на 4 %5 а коэффициент Кр режущей способности круга уменьшается на 60 %. При частоте вращения заготовки пи=150 мин"1 увеличение припуска ъ в тех же пределах влечет за собой повышение А3 на 9 %, На на I % и снижение Кр на 34 %. При работе с подачей 8|=1?0 мм/мин увеличение припуска ъ от ОД до 0,5 мм вызывает снижение амплитуды А3 звукового давления на 30 и 17 % (для пи=300 мин"1 и пи=150 мин"1 соответственно) и увеличение шероховатости На шлифованной поверхности заготовки на 55 и 15 %? а приведенной режущей способности круга Кр на 85 % (в обоих случаях). Различный характер изменения данных параметров при увеличении снимаемого припуска объясняется тем. что круг при подаче 8г=0,2 мм/мин работает в режиме затупления, а при 81=1,0 мм/мин - в режиме самозатачивания.
В ходе экспериментальных исследований была также выявлена связь амплитуды А3 звукового давления с шероховатостью шлифованной поверхности заготовки На, приведенной режущей способностью крута по объему снятого материала Кдр, износом круга АЛ и интенсивностью съема материала заготовки (рис. 2). При увеличении шероховатости шлифованной поверхности заготовки Ка и режущей способности круга Кдр амплитуда А3 изменяется по гиперболическому закону. Увеличение шероховатости Ка на 21 % вызывает снижение амплитуды А3 звукового давления в среднем на 26 %. Различие в величине шероховатости для различных частот вращения заготовки (рис.2, а) объясняется значительным влиянием величины пд на качество шлифованной поверхности заготовки. Однако, потеря режущей способности шлифовального круга в обоих случаях наступает при одинаковом уровне амплитуды звукового давления. При увеличении коэффициента режущей способности Кор на 57 % амплитуда уменьшается на 26 %. Увеличение износа круга АЛ на 46% увеличивает величину А3 на (3 - 7) % (для 11д=300 об/мин и Пд^^О об/мин соответст-
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ ПРИ КРУГЛОМ
НАРУЖНОМ ВРЕЗНОМ ШЛИФОВАНИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИИ ПО НИЗКОЧАСТОТНОМУ АКУСТИЧЕСКОМУ СИГНАЛУ
венно), а увеличение скорости съема припуска W на 33 % вызывает снижение амплитуды
А3 в среднем на 25 %.
Таким образом, эксперименты показали, что амплитуда звукового давления Аз имеет корреляционную связь со скоростью съема припуска высотными параметрами шероховатости На шлифуемой поверхности заготовки, коэффициентом режущей способности К(2р и износом АК шлифовального круга, что позволяет использовать звуковое давление в качестве надежного информационного параметра, характеризующего протекание процесса шлифования.
А3? мВ 45
40
35 30
I* 1
и ^ 1 1 •
а г! \ •
0,4 * 0,5 0,6 0,7 Яа, мкм
мВ 45
40 35
30
....... I } 1
1 1 \ \ • 2
- ^ . о
г т
/
2 ■ 6 10 14 Ко,
б
мм
Нхс
мВ
47
44
41
38 35
1 / -г..... / г
/ 1 / /
/ г1 ? / /\
У / # \ \
/ / /
А3> мВ
47
44
41
38
35
10 15 АЯ,мкм
С\
ч 4 X \ 1
гЧ \ \ Г V /
/ 2 ч \
0,24 0,27 0,30 ММ_ сек
Рис. 2. Зависимость амплитуды А3 звукового давления от шероховатости шлифованной поверхности заготовки На (а), коэффициента режущей способности круга Кор (б), износа круга ДЕ (в) и интенсивности съема материала заготовки (г): 8|=150 мм/мин; 2=0,5 мм; 1 - пд=300 об/мин; 2 - пд=150 об/мин
Для реализации схемы управления процессом круглого наружного врезного шлифования на основе использования низкочастотного акустического сигнала удобнее использовать легко контролируемый в процессе шлифования критерий режущей способности , круга Кр = №Ур3, связывающий производительность шлифования со звуковым давлением р3. Величина контролируется прибором активного контроля (ПАК), а звуковое давление задается в виде «уставки» на приборе контроля режущей способности круга по низкочастотному акустическому сигналу из условия обеспечения заданного качества шлифованной поверхности.
ДВ. АРИНИН
Для реализации методики управления циклом круглого наружного врезного шлифования с использованием информации по низкочастотному акустическому сигналу необходимо:
определить число ступеней цикла и порядка их следования исходя из величины снимаемого припуска, погрешности формы и условной ширины заготовки;
распределить припуск по ступеням цикла и назначить режимы обработки на каждой ступени;
рассчитать радиальную Ру и касательную Р2 составляющие силы шлифования для каждой ступени цикла по методике, приведенной в работе [2]; рассчитать величину звукового давления по формуле (1)
2 я -р -с -¥(1х)-Г -Р ( к V72
Р =
2 ж - Н
• К и , (3)
где р - плотность материала, кг/м3; с — скорость распространения звука в воздухе, м/с; F(|ii) — функция коэффициента Пуассона; Р = ^/Р 2у + Р \ - сила резания, Н; к = 2 Ж/Хш —
волновое число, м"1; G - модуль упругости при сдвиге материала шлифовального круга, Мпа; Н - высота круга, м; Кп — поправочный коэффициент
к"=ч1)4'Ч?Г (4)
где D - диаметр круга, м; d - диаметр посадочного отверстия круга э м,
задать величину звукового давления в качестве уставки р3 уст;
рассчитать коэффициент режущей способности КР по акустическому критерию
W
К р = —; (5)
Рз
сравнить рассчитанный коэффициент режущей способности Кр с допустимым [КР].
Значение уставки [Кр] при окончательном шлифовании определяют исходя из обеспечения заданного качества шлифованной поверхности.
Лабораторная апробация предложенной методики подтвердила возможность использования акустического критерия (5) режущей способности шлифовального круга для управления циклом шлифования в автоматическом цикле.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Худобин Л.В., Гурьянихин В.Ф., Юганов B.C. Использование низкочастотного акустического сигнала для текущего контроля процесса шлифования /7 СТИЫ. 2000. №8. С. 25-29.
2. Переверзев П. П. Теория и расчет оптимальных циклов обработки деталей на круглошлифовальных станках с программным управлением: Дис. ... докт. техн.наук: 05.02.08. Челябинск, 1999. 294 с.
Ульяновский государственный технический университет
