CC BY
29
Оригинальная статья / Original article УДК 621.9-219.1-752
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-12-21-34
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ ПРИ КРУГЛОМ ШЛИФОВАНИИ В УСЛОВИЯХ ПЛАВУЧИХ МАСТЕРСКИХ
© С.М. Братан1, А.О. Харченко2, Е.А. Владецкая3
Севастопольский государственный университет,
299053, Российская Федерация, г. Севастополь, ул. Университетская, 33.
РЕЗЮМЕ: В данной работе рассмотрены результаты лабораторных исследований процесса шлифовальной обработки с учетом оценки качества поверхностей шеек валов, при возмущающих вибрационных воздействиях на оборудование внешних сил, являющихся следствием морского волнения, а также соседнего работающего оборудования в условиях плавучей мастерской. Целью является выработка практических рекомендаций по повышению качества шлифования деталей в условиях плавучих мастерских на основе результатов испытаний новых виброизолирующих устройств. Исследования базируются на основе моделирования взаимодействия инструмента и обрабатываемой заготовки в условиях плавучих мастерских как динамической системы со сложными стационарными и нестационарными вибрационными воздействиями, а также ударными воздействиями от внешнего оборудования и длительного морского волнения через плавучее основание и поверхность палубы. Определены изменения погрешности формы обрабатываемых деталей, шероховатости обрабатываемой поверхности, волнистости поверхностей шеек валов по базовому и достигнутому вариантам с учетом использования новых конструкций эффективных виброизолирующих опор и устройств. Полученные зависимости Д = f(h3%) показывают, что разность величины отклонений, формы поверхностей шеек валов (Дтах-ДтЩ, обработанных по базовому варианту больше, чем по достигнутому варианту с виброизолирующими опорами, соответственно, в среднем в 2,3 раза. Зависимости Ra = f(h3%) отклонений шероховатости для Ra max подтверждают повышение качества при использовании новых виброизолирующих опор в среднем в 1,25 раза. Показатели волнистости W = f(h3%) для Wmax и Wz поверхностей шеек валов от внешних воздействий и состояний круглошлифовального станка при этом снижаются в среднем в 1,39 раза. Подтверждена целесообразность использования новой виброзащитной системы станка для решения задач обеспечения динамической стабилизации процесса шлифования на основе создания конструкций эффективных виброизолирующих опор и устройств, упрощающих возможность монтажа и демонтажа технологического оборудования и способствующих повышению качества обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы путем уменьшения внешних колебательных воздействий.
Ключевые слова: плавучая мастерская, шлифовальный станок, процесс шлифовальной обработки, погрешность формы, шероховатость поверхности, волнистость, виброизолирующая опора
Информация о статье: Дата поступления 22 октября 2018 г.; дата принятия к печати 23 ноября 2018 г.; дата онлайн-размещения 28 декабря 2018 г.
Для цитирования: Братан С.М., Харченко А.О., Владецкая Е.А. Обеспечение качества деталей при круглом шлифовании в условиях плавучих мастерских. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018;22(12):21—34. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-12-21-34
0
1Братан Сергей Михайлович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии машиностроения, e-mail: serg.bratan@gmail.com
Sergey M. Bratan, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Department of Mechanical Engineering Technology, e-mail: serg.bratan@gmail.com
2Харченко Александр Олегович, кандидат технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения, e-mail: khao@list.ru
Alexander O. Kharchenko, Cand. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, e-mail: khao@list.ru
3Владецкая Екатерина Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения, e-mail: vladetska@rambler.ru
Ekaterina A. Vladetskaya, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, e-mail: vladetska@rambler.ru
PART QUALITY ASSURANCE AT CYLINDRICAL GRINDING IN FLOATING WORKSHOP CONDITIONS Sergey M. Bratan, Alexander O. Kharchenko, Ekaterina A. Vladetskaya
Sevastopol State University,
33, Universitetskaya St., Sevastopol 299053, Russian Federation
ABSTRACT: The paper considers the results of laboratory studies of the grinding process taking into account the quality assessment of the shaft neck surfaces under disturbing vibration effects of external forces on equipment. The external forces result from sea waves and neighboring operating equipment in the conditions of a floating workshop. The purpose of the study is development of practical recommendations for improving the quality of part grinding in the conditions of floating workshops based on the test results of new vibration insulating devices. The studies are based on tool and work-piece interaction simulation in the conditions of floating workshops as a dynamic system with complex stationary and non-stationary vibration effects, as well as shock effects from external equipment and lasting sea confusion through the floating platform and deck surface. Variations of the shape error of the processed parts, roughness of the machined surface, waviness of the shaft neck surfaces are determined according to the basic and achieved variants taking into account the use of new designs of effective vibration insulating mounts and devices. The obtained dependences Д = f (h3%) show that the difference in the deviation value of the shaft neck surface shape (Дтах-ДтП) processed by the basic variant is larger than when processed by the achieved variant with vibration insulating mounts, respectively, by an average of 2.3 times. The dependences Ra = f (h3%) of roughness deviations for Ra max confirm the improvement in quality when using new antivibration mounts by an average of 1.25 times. The waviness indices W = f (h3%) for Wmax and Wz of shaft neck surfaces dependent on external influences and states of a cylinder grinding machine decrease by an average of 1.39 times. The study has proved the feasibility of using a new machine-tool vibroprotection system for solving the problems of ensuring dynamic stabilization of the grinding process based on the creation of designs of effective vibration insulating supports and devices that simplify the possibility of mounting and dismounting of technological equipment and improving the machining quality of parts by reducing their shape errors through decrease of external vibrational influences.
Keywords: floating workshop, grinding machine, grinding process, shape error, surface roughness, waviness, antivibration support
Information about the article: Received October 22, 2018; accepted for publication November 23, 2018; available online December 28, 2018.
For citation: Bratan S.M., Kharchenko A.O., Vladetskaya E.A. Part quality assurance at cylindrical grinding in floating workshop conditions. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018; 22(12):pp. 21-34. (In Russ.). DOI: 10.21285/1814-3520-2018-12-21-34
Введение
Наличие плавучих мастерских характерно для промышленности приморских городов. На их палубах размещены производственные участки, в том числе и механооб-рабатывающие с широким перечнем станочного оборудования, включая шлифовальные станки. Особенностью эксплуатации указанного оборудования является наличие вибраций, вызванных воздействием на него различных источников, снижающих точность и повышающих шероховатость обрабатываемых поверхностей в ходе технологического процесса [1-10].
Обеспечение качества обработки деталей в условиях плавучих мастерских непосредственно связано с необходимостью уменьшения вынужденных колебаний
станка, передаваемых через поверхность палубы от внешних источников, в том числе и от воздействий внешней среды, в частности волнений водной поверхности.
На участках плавучих мастерских станки устанавливаются на фундаменте, который не обеспечивает достаточной виброизоляции вследствие значительных внешних колебательных воздействий. Указанные воздействия до настоящего времени являются малоизученными, так как их влияние на качество финишной обработки, усложненной колебательными процессами разного уровня, не исследовалось.
В работах [11, 12] рассмотрена динамическая система со сложными стационарными и нестационарными вибрационными
Ш
воздействиями, а также ударными воздействиями от внешнего оборудования и с учетом вибраций от морского волнения, передающихся через плавучее основание и поверхность палубы на технологическую систему.
На основе системного подхода предложена структура операции, сформулированы основные положения и методы анализа процесса; определены входные, выходные переменные и параметры состояния каждой из подсистем.
Исследованию процессов шлифования шеек валов с целью определения параметров качества обрабатываемых поверхностей, получаемых при различных уровнях внешних воздействий в производственных условиях (рис. 1) и на экспериментальном стенде (рис. 2) в лаборатории посвящены
работы [13, 14]. На основе морфологического анализа и синтеза структур виброизолирующих устройств построена морфологическая матрица, рассмотрены признаки и характеристики подсистем и элементов, выявлены связи между ними. Синтезированы варианты структур виброизолирующего устройства с учетом существенных признаков и технических требований, определяющих свойства системы. Выполнена структурно-компоновочная оптимизация виброизолирующих устройств. Параметрический синтез, теоретические и экспериментальные исследования реальных конструкций виброизолирующих устройств привели к созданию нового виброизолирующего устройства (рис. 3) станка плавучей мастерской на базе опоры с резинометаллическим и гидравлическим демпферами.
Цель исследования
Цель - выработка практических рекомендаций по повышению качества шлифования деталей в условиях плавучих мастер-
ских на основе результатов испытаний новых виброизолирующих устройств в условиях, аналогичных условиям плавучей мастерской.
Материал и методы исследования
Для определения влияния внешних воздействий на качество обработки при шлифовании использовали лабораторное оборудование (рис. 2) в составе экспериментального стенда, включающего круг-лошлифовальный станок BUA 16, оснащенный комплексом контрольно-измерительной аппаратуры, а также компрессором 1 (FINI Tiger 245), размещаемым на разном удалении (Bki,...,Bki) от станка 2, создающим при работе на разных режимах внешние вибрационные воздействия на технологическую систему станка (fki,...,fki), имитирующие внешние возмущения через поверхность пола и фундамент на станину станка, соответствующие воздействиям на станки в ПМ внешней среды (морского волнения) и работающего соседнего оборудования, вызывая вибрации и виброперемещения с амплитудами Ах, Ay, Az, соответственно, в направ-
лениях его осей координат. Для определения параметров вибраций и амплитуды виброперемещений использовали виброметр 3 «Вибротест-МГ4.01». Проведенный этап имитационного моделирования позволил определить основные условия, при которых возможно проведение шлифовальной обработки на лабораторном оборудовании с получением показателей качества, соответствующих тем или иным условиям внешних воздействий (уровню волнения, работе внешнего оборудования) на круглое шлифование в плавучей мастерской [6, 15-19].
По разработанной методике и при заданных условиях проводили на круглошли-фовальном станке обработку поверхностей шеек валов (^ = 26,55+5'525> мм) для партий
деталей, имитируя для каждой из партий различные уровни волнений и одновременно наличие или отсутствие работаю-
щего внешнего оборудования. Для проведения испытаний на экспериментальном стенде станок установили на виброизолирующие опоры новой конструкции (рис. 4 а, Ь), а остальное технологическое и контрольно-измерительное оборудование имитировало в лабораторных условиях разные воздействия от морского волнения и состояний станка.
Результаты сравнительных испытаний по показателям вибрационных воздей-
Рис. 1. Общий вид рейдовой плавучей мастерской и круглошлифовальный станок на
ее механообрабатывающем участке Fig. 1. General view of the raid floating workshop and a cylindrical grinding machine in workshop machining area
ствий на круглошлифовальный станок при установке на фундамент (базовый вариант) или на виброизолирующие опоры (достигнутый вариант) получены в лабораторных условиях, соответствующих условиям плавучей мастерской. Зависимости частот механических колебаний ^ж, fky, Гох, О) от состояний круглошлифовального станка и уровня волнения Ьз% проиллюстрированы графиками на рис. 5.
Рис. 2. Схема экспериментального стенда: 1 - компрессор FINI Tiger 245; 2 - станок BUA 16; 3 - виброметр
«Вибротест-МГ4.01» Fig. 2. Scheme of an experimental test bench: 1 - FINI Tiger 245 compressor; 2 - BUA machine-tool 16; 3 - "Vibrotest MG4.01" vibrometer
9 10 11 12 13
2 3 7 5 6 1
Рис. 3. Общий вид новой конструкции виброизолирующего устройства: 1 - основание; 2 - резиновый элемент; 3 - цилиндр; 4 - шток; 5 - поршень; 6 - калиброванное отверстие; 7 - клапан сжатия; 8 - регулировочный винт; 9 - сферическая поверхность лунки; 10 - прихват; 11 - ось; 12 - стойка; 13 - продольный паз; 14 - ось; 15 - опора; 16 - опорный шток; 17 - поршень; 18 - гидроцилиндр; 19 - пружинный аккумулятор; 20 - малая полумуфта; 21 - клапан; 22 - большая
полумуфта; 23 - клапанный штырь; 24 - шарики Fig. 3. General view of a new design of the vibration insulating device: 1 - bed; 2 - rubber element; 3 - cylinder; 4 - sliding cylinder; 5 - piston; 6 - calibrated hole; 7 - compression valve; 8 - adjusting screw; 9 - spherical surface of the hole; 10 - sticking; 11 - axis; 12 - mounting rack; 13 - longitudinal groove; 14 - axis; 15 - support; 16 - support shaft; 17 - piston; 18 - hydraulic cylinder; 19 - spring battery; 20 - small coupling half; 21 - valve; 22 - big coupling half; 23 - valve pin; 24 - balls
а b
Рис. 4. Круглошлифовальный станок BUA 16 (а) на виброизолирующих опорах (b) новой конструкции Fig. 4 Cylindrical grinding machine BUA 16 (a) equipped with antivibration mounts (b) of a new design
Результаты исследования и их обсуждение
Снижение частоты механических колебаний (рис. 5 а) foy в нижней части станины в вертикальном направлении (вдоль оси Y) в среднем от 1,4 раза (при значительном волнении и неработающем станке) до 2,5 раз при значительном волнении и работающем станке. Виброперемещен ия Sox в нижней части станины в поперечном направлении (вдоль оси X) снижаются в среднем от 2,14 раза (при значительном волнении и работающем станке) до 3,74
раза при значительном волнении и неработающем станке. Виброперемещен ия Soy В нижней части станины в продольном направлении (вдоль оси Y) снижаются в среднем от 1,1 раза (при слабом волнении и неработающем станке) до 1,8 раза - при значительном волнении и работающем станке.
Анализ показателей при установке станка на виброизолирующие опоры новой конструкции показывает снижение частоты
Ш
механических колебаний f ox в зоне направляющих станка в поперечном направлении (вдоль оси X) в среднем от 1,8 раза (при значительном и сильном волнениях как работающего станка, так и одновременно с ним соседнего оборудования и вентиляции) до 2,1 раза при слабом волнении (всех трех состояний станка) и работающем станке при значительном волнении.
Снижение частоты механических колебаний f Oy в зоне направляющих станка в вертикальном направлении (вдоль оси Y) составляет в среднем от 1,5 раза (при значительном волнении и неработающем станке) до 1,8 раза при слабом волнении и неработающем станке.
Виброперемещения (рис. 5 b) SX в зоне направляющих станка в поперечном направлении (вдоль оси X) снижаются в среднем от 2,3 раза (при сильном волнении и работающем станке одновременно с соседним оборудованием и вентиляцией) до 3,8 раза при слабом волнении и неработающем станке. Виброперемещения S'y в зоне направляющих станка в продольном направлении (вдоль оси Y) снижаются в среднем от 1,7 раза (при сильном волнении и работающем станке одновременно с соседним оборудованием и вентиляцией) до
2,9 раза при значительном волнении и работающем станке.
При выполнении круглошлифоваль-ной обработки поверхностей шеек валов получены результаты проверки качества обработанных при этом поверхностей (таблица).
Графики Д = f(h3%) на рис. 6, а показывают, что разность величины отклонений формы поверхностей шеек валов (Дпш-Дтт), обработанных по базовому варианту больше, чем по достигнутому варианту с виброизолирующими опорами, соответственно, в среднем - в 2,3 раза при работе круглошлифовального станка и неработающем внешнем оборудовании (от 1,9 - при сильном волнении, до 3 - при слабом) и в 1,82 раза - при работающем одновременно плоскошлифовальном станке и вентиляции (от 1,76 - при сильном волнении, до 1,86 -при слабом).
Также графики (рис. 6 b) Ra = f(h3%) отклонений шероховатости для Ra max подтверждают повышение качества при использовании новых виброизолирующих опор в среднем в 1,25 раза (как при работе без внешнего оборудования, так и при работающем одновременно плоскошлифовальном станке и вентиляции, причем для всех
b
Рис. 5. Графики зависимостей частоты колебаний (fx, fy) в зоне измерения станина-фундамент (а) и амплитуды виброперемещения (S'x, S'y) на направляющих стола станка, (b) при различных состояниях круглошлифовального станка (1,4 - отключен; 2, 5 - работает; 3, 6 - работает одновременно с плоскошлифовальным станком и вентиляцией) от уровня волнения Fig. 5. Dependency graphs of oscillation frequency (fx, fy) in the measurement area of frame-foundation (a) and vibration displacement amplitudes (S'x, S'y) on machine-tool bench slideways, (b) under various states of a cylindrical grinder (1, 4 - disabled; 2, 5 - in operation; 3, 6 - operates together with a flat surface grinding machine and ventilation) on the excitement level
а
уровней волнения повышение качества по показателю шероховатости примерно одинаковое - от 1,22 до 1,28 раза). Изменения показателей для Ra min при этом несущественны, хотя также достигнутый вариант дает уменьшение шероховатости в среднем от 1,03 раза (при работе круглошлифоваль-ного станка и неработающем внешнем оборудовании) до 1,08 раза (при работающем одновременно с плоскошлифовальным станком и вентиляцией).
Графики зависимостей W = f(h3%) показателей волнистости (рис. 7 а) для Wmax и Wz поверхностей шеек валов от внешних воздействий и состояний круглошлифоваль-ного станка, а также пример полученной профилограммы по базовому варианту (b) и
с использованием новых виброизолирующих опор (с) показывают, что уменьшение волнистости Wmax составляет в среднем от 1,39 раза (при работе круглошлифоваль-ного станка и неработающем внешнем оборудовании) до 1,75 раза (при работающем круглошлифовальном станке одновременно с плоскошлифовальным станком и вентиляцией).
Аналогично по параметру Wz уменьшение волнистости при использовании новых виброизолирующих опор составляет в среднем, соответственно, 1,35 раза для обработки при отсутствии работы внешнего оборудования и 1,32 раза при работающем круглошли-фовальном станке одновременно с плоскошлифовальным станком и вентиляцией.
Сравнение результатов качества поверхностей шеек валов, обработанных по базовому и достигнутому вариантам Comparison of quality results of shaft neck surfaces machined _by the base and achieved variant_
Биение опорных шеек -Л, мкм (базовый/достигнутый) Шероховатость поверхности -, мкм (базовый/ достигнутый)
max min Дисперсия а2, мкм2 max min Дисперсия а2, мкм2
Слабое волнение
0,025/0,016 0,010/0,011 6,2х10-6/0,7х10-6 0,63/0,50 0,41/0,32 1,3х10-3/0,9х10-3
0,048/0,029 0,009/0,008 4>2х10-5/1,2х10-5 0,80/0,63 0,51/0,42 2,3х10-3/1,2х10-3
Значительное волнение
0,094/0,052 0,018/0,015 15,9х10-5/3,8х10-5 1,00/0,82 0,46/0,54 8,1х10-3/2,2х10-3
0,123/0,079 0,008/0,017 3,7х10-6/1,1х10-6 1,25/1,02 0,50/0,48 15,6х10-3/8,1 х10-3
Сильное волнение
0,124/0,069 0,020/0,014 2,9х10-6/8,4х10-5 1,6/1,25 0,50/0,52 3,3х10-2/1,5х10-2
0,162/0,097 0,023/0,018 5,4х10-4/1,7х10-4 2,0/1,58 0,63/0,62 5,2х10-2/2,6х10-2
Показатели волнистости
Слабое волнение
Wmax, мкм Wz, мкм Sw, мкм Lw, мкм
5,6/5,1 4,8/4,2 192/169 960/845
7,2/5,8 5,3/3,9 265/211 1457,5/1170
Значительное волнение
6,9/5,7 5,4/4,2 297/264 1782/1420
10,2/6,1 5,8/5,0 916/870 4580/4350
Сильное волнение
15,4/7,8 9,9/6,1 574/526 3920/2530
23,8/10,2 10,6/7,4 1328/1170 6640/5850
Сравнение полученной профило-граммы по базовому варианту обработки с установленным на фундамент круглошли-фовальным станком (рис. 7 Ь) с достигнутым вариантом при использовании новых виброизолирующих опор (с) наглядно иллюстрирует преимущества разработанных в данной работе мероприятий и методики по синтезу рациональных вариантов виброизолирующих устройств.
Таким образом, виброизолирующие опоры (рис. 3 Ь) по патенту № иА 36389 [18] в процессе проведенных испытаний подтвердили достижение поставленной цели -повышение качества шлифования при работе в условиях плавучей мастерской. Однако в представленных для испытаний образцах опор для использования их в плавучей мастерской необходимы некоторые элементы крепления, так как находящееся на палубах плавучих мастерских технологическое оборудование подвергается опасности смещения из-за отрыва основания опоры от поверхности палубы. Для этого их необходимо надежно фиксировать с помощью рычажной системы на стойке и оснащать гидроцилиндром с пружинным аккумулятором. Такие адаптированные к условиям плавучих мастерских виброизолирующие устройства, патент № иА 51621 [19], созданные на базе испытанных в лабораторных условиях опор, обеспечивают повышение качества шлифовальной обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы, уменьшения шероховатости и волнистости путем снижения уровней внешних и внутренних колебаний, гашению которых способствуют виброизолирующие опоры и пружинные аккумуляторы в гидроцилиндрах. Кроме того, возможна дальнейшая модернизация указанных устройств с целью создания систем автоматической виброзащиты и виброизоляции шлифовальных и других прецизионных станков, способных по сигналам от вибродатчиков менять демпфирующие свойства виброопор в процессе механической обработки деталей в условиях плавучих мастерских [16].
Металлорежущий станок устанавливают на общей поверхности палубы механо-
обрабатывающего участка плавучей мастерской на четырех виброизолирующих опорах 1 [15, 16], выполненных в виде основания с резиновым элементом и установленным в осевом отверстии цилиндром с рабочей жидкостью, поршнем со штоком 2, размещенным и зафиксированным в отверстиях станины 3 станка 4 (рис. 8). В процессе воздействия на станину станка 4 колебаний от внешних источников через поверхность палубы передаются колебательные воздействия через опору 1 и цилиндр со штоком 2, обеспечивая гашение колебаний, то есть механическое и гидравлическое демпфирование. Для предотвращения сдвига и перекоса станка верхнюю часть штока 2 поджимают прижимом 5, размещенным на оси 6 стойки 7. Задней частью прижим 5 взаимодействует со штоком 8 антивибрационного гидроцилиндра 9, закрепленного на поверхности 10 палубы вместе со стойкой 7. Нижняя полость антивибрационного гидроцилиндра 9 связана с гидронасосом 11, работающим от асинхронного электродвигателя 12. Однако внешние воздействия не являются постоянными как по частоте, так и по амплитуде. Для исключения вредного влияния этих колебаний на процесс обработки, в частности для снижения волнистости, при шлифовании деталей установленные на направляющих станины 3 вибродатчики 13 преобразуют вибрации в электрические сигналы, которые через АЦП передаются на вход программируемого логического контроллера ArduinoUNO. Указанный контроллер через ЦАП и усилитель, а также ЧП АКмаг, регулируя частоту вращения электродвигателя 12 и насоса 11, соответственно, увеличивает или уменьшает давление в противоштоковой полости антивибрационного гидроцилиндра 9, тем самым увеличивая или уменьшая жесткость виброизолирующей опоры воздействием через прижим 5 на шток 2. Контроллер ArduinoUNO настраивается таким образом, что при появлении на выходе вибродатчиков 13 низкочастотных высокоамплитудных вибраций, выходящих за пределы расчетных (нормальных), генерируются соответствующие сигналы на выходе контроллера,
ш
b
Рис. 6. Графики зависимостей отклонений формы Д = f(he%) для Amax (1,3 - базовый, 5,7 -достигнутый вариант) и Amin (2, 4 - базовый, 6, 8 - достигнутый вариант) (а), а также шероховатости Ra = f(he%) для Ra max (1, 3 - базовый, 5, 7 - достигнутый вариант) и Ra min (2, 4 -базовый, 6, 8 - достигнутый вариант) (b) поверхностей шеек валов от внешних воздействий и состояний круглошлифовального станка (1, 2, 5, 6 - работает; 3, 4, 7, 8 - работает с плоскошлифовальным станком и вентиляцией) Fig. 6. Dependency graphs of shape deviations Д = f(he%) for Amax (1, 3 - basic, 5.7 - achieved variant) and Amin (2, 4 - basic, 6, 8 - achieved variant) (a), and roughness Ra = f(he%) for Ra max (1, 3 - basic, 5, 7 -achieved variant) and Ra min (2, 4 - basic, 6, 8 - achieved variant) (b) of shaft neck surface on external influences and states of a cylinder grinding machine (1, 2, 5, 6 - in operation; 3,4, 7, 8 - operates together with
a flat surface grinding machine and ventilation)
а
а
b c
Рис. 7. Графики зависимостей показателей волнистости W = f(h3%) для Wmax (1, 3 - базовый, 5,7 - достигнутый вариант) и Wz (2, 4 - базовый, 6, 8 - достигнутый вариант) (а) поверхностей шеек валов от внешних воздействий и состояний круглошлифовального станка (1, 2, 5, 6 - работает; 3, 4, 7, 8 - работает одновременно с плоскошлифовальным станком и вентиляцией), а также пример полученной круглограммы по базовому варианту (b) и с использованием новых виброизолирующих опор (c) Fig. 7. Dependency graphs of waviness indices W = f(he%) for Wmax (1,3 - basic, 5,7 - achieved variant) and Wz (2, 4 - basic, 6, 8 - achieved variant) (a) of shaft neck surface on external influences and states of a cylindrical grinding machine (1, 2, 5, 6 - in operation; 3, 4, 7, 8 - operates simultaneously with a cylindrical grinder and ventilation), and an example of the obtained circular diagram by the basic variant (b) and with the use of new antivibration mounts (c)
Ш
Рис. 8. Схема устройства автоматической виброзащиты станка, работающего в условиях плавучей мастерской (патент RU158629U1) Fig. 8. Diagram of the automated vibroprotection device of a machine-tool operating in the conditions of a floating workshop (patent RU 158629U1)
позволяющие повысить жесткость виброопоры путем увеличения давления рабочей жидкости в антивибрационном гидроцилиндре 9 за счет увеличения давления в напорном трубопроводе от насоса 11 с электродвигателем 12 и ЧП АИмаг.
Такое устройство [17] позволяет: обеспечить автоматическое управление демпфированием виброизолирующей опоры станка при внешних воздействиях, в том числе и от колебаний водной поверхности;
повысить динамические качества станка и надежность его виброзащиты при работе в условиях плавучих мастерских; обеспечить возможность регулировки управляющих воздействий на жесткость виброизолирующих опор в широком диапазоне путем использования современной платформы ArduinoUNO, имеющей 14 цифровых входов и 6 выходов, кварцевый генератор, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и устройство перезагрузки.
Выводы
Изложенный подход позволил экспериментально исследовать влияние на качество деталей при шлифовальной обработке морского волнения, воздействующего на плавучее основание мастерской, выявил целесообразность использования новой виброзащитной системы станка для решения задач обеспечения динамической стабилизации процесса шлифования [10, 11] и
создания конструкций эффективных виброизолирующих опор и устройств. Предложенные конструкции виброизолирующих опор и устройств упрощают возможность монтажа и демонтажа технологического оборудования, способствуют повышению качества обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы путем уменьшения внеш-
них колебательных воздействий. Полученные результаты являются основой для дальнейших экспериментальных исследований параметров и характеристик технологической системы круглошлифовального станка в условиях плавучей мастерской [15, 16]. Предлагаемое устройство автоматической виброзащиты [17] позволяет повысить качество обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы, уменьшения шероховатости и волнистости поверхности путем уменьшения вибрационных воздействий, гашению которых способствует виб-
роизолирующая механогидравлическая опора с автоматическим регулированием жесткости в зависимости от сигналов с вибродатчиков, размещенных на незначительном удалении от рабочей зоны станка.
Кроме предложенных выше мероприятий в условиях плавучих мастерских возможно применение высокоточных станков с ЧПУ, оснащенных системами адаптивного управления, построенных на основе разработки новых моделей оптимальных систем со стохастическим регулятором процесса.
Библиографический список
1. Солер Я.И., Хоанг Н.А. Влияние глубины резания на высотные шероховатости инструментов из стали У10А при плоском шлифовании кругами из кубического нитрида бора // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сб. ст. IX Всерос. науч.-практ. конф. Иркутского национального исследовательского технического университета (г. Иркутск, 12-15 апреля 2017 г.). Иркутск, 2017. С. 250-254.
2. Soler Y.I., Van Le N., Dinh Si M. MATEC Web of Conferences Сер. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2017. Р. 01076.
3. Солер Я.И., Нгуен В.К., Хоанг Н.А. Прогнозирование режимов чистового шлифования быстрорежущих пластин переменной податливости при многопараметрической оптимизации шероховатости // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 4 (685). С. 35-46.
4. Bratan S., Roshchupkin S., Novikov P. Modeling the Grinding Wheel Working Surface State, Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. Р. 1419-1425.
5. Bratan S., Roshchupkin S., Revenko D. Probabilistic Approach for Modeling Electroerosion Removal of Grinding Wheel Bond, Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. Р. 1426-1431.
6. Bratan S., Roshchupkin S., Kolesov A., Bogutsky B. Identification of removal parameters at combined grinding of conductive ceramic materials, MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 129. Р. 01079.
7. Лобанов Д.В., Янюшкин А.С., Архипов П.В. Напряженно-деформированное состояние твердосплавных режущих элементов при алмазном затачивании // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2015. № 3-1 (33-1). С. 85-91.
8. Лобанов Д.В., Мулюхин Н.В. Методика прогнозирования поврежденности твердого сплава при затачивании инструмента для обработки неметаллических композитов // Актуальные проблемы в машиностроении. 2018. Т. 5. № 1-2. С. 78-84.
9. Владецкая Е.А., Братан С.М., Харченко А.О., Вла-децкий Д.О. Обеспечение качества шлифовальной обработки путем уменьшения внешних возмущений
в условиях плавучей мастерской // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2015. № 6 (314). С. 88-103.
10. Владецкая Е.А. Разработка формирующего фильтра, моделирующего динамику морского волнения плавучей ремонтной мастерской // Вюник СевНТУ. Вип.150: Машиноприладобудування та транспорт; зб. наук. пр. Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2014. С. 36-40.
11. Харченко А.О., Братан С.М., Владецкая Е.А. Повышение точности процесса круглого шлифования путем эффективной виброизоляции станка // International Scientific Conference on engineering design and research of automotive vehicles and machines «SAK0N'08» (Rzeszow - Przeclaw, Polska, 24-27 Wrzesein, 2008). Rzeszow - Przeclaw, 2008. P. 47-58.
12. Харченко А.О., Владецкая Е.А., Долгин В., Братан С.М. Реакция динамической системы на произвольный сигнал на примере станка в условиях плавучей мастерской // Monografie «Maszyny i procesy produkcyjne» (Машины и производственные процессы). Lublin, Polska: Politechnika Lubelska, 2015. С. 86-98.
13. Братан С.М., Владецкая Е.А. Исследование надежности виброизолирующего устройства шлифовального станка // Наукоемкие технологии в машиностроении. Брянск: ФГБОУ ВО «БГТУ», 2016. № 9 (63). С. 10-15.
14. Владецкая Е.А. Моделирование вибрационных воздействий от внешних источников при шлифовании деталей в лабораторных условиях // Вестник современных технологий: сб. науч. трудов. Севастополь, 2016. Вып. 4. С. 25-34.
15. Братан С.М., Владецкая Е.А., Владецкий Д.О., Харченко А.О. Повышение качества деталей при шлифовании в условиях плавучих мастерских. М.: ИНФРА-М, 2018. 154 с.
16. Патент № 158629, Российская Федерация, МПК B23Q1/25, B23Q1/44 , F16F9/14. Устройство автоматической виброзащиты металлорежущего станка /
Е.А. Владецкая, А.О. Харченко, С.М. Братан и др.; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет». № 2015125213/02; заявл. 25.06.2015; опубл. 20.01.2016. Бюл. № 2.
17. Пат. № 36389, Украша. Вiброiзолююча опора ме-талорiзального верстата / Братан С.М., Харченко
О.О., Рапацький Ю.Л., Владецька К.О.; опубл. 27.10.2008.
18. Параметрический синтез оптимальных виброизолирующих устройств [Электронный ресурс]. URL: https://studref.com/404967/tehnika/parametricheskiy_si ntez_optimal пу1"^ broizoliruyuschih_ustroystv (дата обращения: 12.06.2018)
References
1. Soler Ya.I., Hoang N.A. Vliyanie glubiny rezaniya na vysotnye sherohovatosti instrumentov iz stali U10A pri ploskom shlifovanii krugami iz kubicheskogo nitrida bora [The effect of cutting depth on vertical roughness of tools from U10A steel under flat grinding by cubic boron nitride wheels]. Sbornik statej IX Vserossijskoj nauchno-prak-ticheskoj konferencii. Irkutskij nacional'nyj issle-dovatel'skij tekhnicheskij universitet "Aviamashi-nostroenie i transport Sibirf [Collection of articles of IX All-Russian scientific and practical conference. Irkutsk National Research Technical University "Aircraft Engineering and Transport in Siberia", Irkutsk, 12-15 April 2017]. Irkutsk, 2017, pp. 250-254. (In Russian)
2. Soler Y.I., Van Le N., Dinh Si M. MATEC Web of Conferences Ser. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2017, 01076 p.
3. Soler Ya.I., Nguen V.K., Hoang N.A. Predicting finishing grinding conditions for high-speed cutting plates of variable compliance using multiparametric optimization of roughness. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Mashinostroenie [Proceedings of Higher Educational Institutions. Machine Building], 2017, no. 4 (685), pp. 3546. (In Russian)
4. Bratan S., Roshchupkin S., Novikov P. Modeling the Grinding Wheel Working Surface State, Procedia Engineering, 2017, vol. 206, pp. 1419-1425.
5. Bratan S., Roshchupkin S., Revenko D. Probabilistic Approach for Modeling Electro erosion Removal of Grinding Wheel Bond, Procedia Engineering, 2017, vol. 206, pp. 1426-1431.
6. Bratan S., Roshchupkin S., Kolesov A., Bogutsky B. Identification of removal parameters at combined grinding of conductive ceramic materials, MATEC Web of Conferences, 2017, vol. 129, p. 01079.
7. Lobanov D.V., Yanyushkin A.S., Arhipov P.V. Deflected mode of hard-alloy cutting elements at diamond sharpening. Vektor nauki Tol'yattinskogo gosudarstven-nogo universiteta [Vector of Science of the Togliatti state University], 2015, no. 3-1 (33-1), pp. 85-91. (In Russian)
8. Lobanov D.V., Mulyuhin N.V. Prediction method of hard alloy damage when sharpening tool for processing non-metallic composites. Aktual'nye problemy v mashi-nostroenii [Actual problems in Machine-Building], 2018, vol. 5, no. 1-2, pp. 78-84. (In Russian)
9. Vladeckaya E.A., Bratan S.M., Harchenko A.O., Vla-deckij D.O. Grinding process quality assurance on board of floating workshop by reducing impacts of external disturbances. Fundamental'nye i prikladnye problemy
tekhniki i tekhnologii [Fundamental and Applied Problems of Technics and Technology], 2015, no. 6 (314), pp. 88-103. (In Russian)
10. Vladeckaya E.A. Development of shaping filter, simulating dynamics of sea waves on floating repair shop. Visnik SevNTU. Mashinopriladobuduvannya ta transport; zb. nauk. pr. Sevastopol': SevNTU Publ., 2014, pp. 36-40.
11. Harchenko A.O., Bratan S.M., Vladeckaya E.A. Pov-yshenie tochnosti processa kruglogo shlifovaniya putem effektivnoj vibroizolyacii stanka [Improving precision of round grinding by means of effective vibration insulation of a machine-tool]. International Scientific Conference on engineering design and research of automotive vehicles and machines "SAKONYO8" (Rzeszow - Przeclaw, Pol-ska, 24-27 Wrzesein, 2008). Rzeszow - Przeclaw, 2008, pp. 47-58.
12. Harchenko A.O., Vladeckaya E.A., Dolgin V., Bratan S.M. Reakciya dinamicheskoj sistemy na proizvol'nyj signal na primere stanka v usloviyah plavuchej masterskoj [Dynamical system response to an arbitrary signal on example of a machine-tool in floating workshop conditions]. Monografie «Maszyny i procesy produkcyjne» (Mashiny i proizvodstvennye processy). Lublin, Polska: Politechnika Lubelska, 2015, pp. 86-98.
13. Bratan S.M., Vladeckaya E.A. Investigation of vibroi-solating device reliability in grinding machine. Nau-koemkie tekhnologii v mashinostroenii [Science Intensive Technologies in Mechanical Engineering]. Bryansk: FGBOU VO «BGTU», 2016, no. 9 (63), pp. 10-15.
14. Vladeckaya E.A. Modelirovanie vibracionnyh vozdejstvij ot vneshnih istochnikov pri shlifovanii detalej v laboratornyh usloviyah [Modeling vibration exposure from external sources when grinding the details under laboratory conditions]. Vestnik sovremennyh tekhnologij [Bulletin of Modern technologies: collection of scientific papers], 2016, lssue. 4, pp. 25-34.
15. Bratan S.M., Vladeckaya E.A., Vladeckij D.O., Harchenko A.O. Povyshenie kachestva detalejpri shlifovanii v usloviyah plavuchih masterskih [Improving part quality when grinding in floating workshops]. Moscow: INFRA-M Publ., 2018, 154 p. (In Russian)
16. Vladeckaya E.A., Harchenko A.O., Bratan S.M. Ustrojstvo avtomaticheskoj vibrozashchity metal-lorezhushchego stanka [Automated vibration protection device of a metal- cutting machine-tool]. Patent RF, no. 158629, 2016.
17. Bratan S.M., Harchenko O.O., Rapac'kij Yu.L., Vla-dec'ka K.O. Vibroizolyuyucha opora metalorizal'nogo verstata [Vibration isolating support pf a metal-cutting
machine-tool]. Patent RF, no. 36389, 2008.
18. Parametricheskij sintez optimal'nyh vibroizoliruyush-
chih ustrojstv [Parametric synthesis of optimal vibration
Критерии авторства
Братан С.М., Харченко А.О., Владецкая Е.А. рассмотрели результаты лабораторных исследований процесса шлифовальной обработки, совместно подготовили рукопись и несут ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
isolating devices]. Available at: https://studref.com/ 404967/tehnika/parametricheskiy_sintez_optimalnyh_ vibroizoliruyuschih_ustroystv (accessed 12 June 2018).
Authorship criteria
Bratan S.M., Kharchenko A.O., Vladetskaya E.A. considered the results of grinding process laboratory studies, jointly prepared the manuscript for publication and bear the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
