CC BY
45
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011
УДК 621.921
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОБРАБОТКИ
© 2011 В.А. Прилуцкий
Самарский государственный технический университет
Поступила в редакцию 10.11.2011
Окружающий нас материальный мир (естественный и искусственный) - периодичен по своим свойствам, как в большом, так и в малом. Каждый элемент этого мира имеет частоту собственных колебаний и взаимодействует по периодическим законам. Это относится и к элементам трибосистемы. На надежность работы трибосистемы существенно (в основном отрицательно) влияют периодические погрешности обработки (ППО) поверхностей соприкасающихся деталей.
Периодические погрешности механической обработки. К ППО относятся изменения размера в партии деталей по периодической закономерности; отклонения формы поверхностей в виде периодических отклонений; отклонения расположения поверхностей, например, в виде периодических отклонений радиуса расположения нескольких отверстий, либо углов их расположения. Все ППО существенно влияют на эксплуатационные свойства соединений. Периодические погрешности форм характерны числом волн на поверхности. Например, одна волна -это эксцентриситет оси поверхности вращения; две волны- овальность; три волны и более - огранка. Все вместе - отклонение от круглости.
К ППО относят и волнистость, занимающую по определению стандартов многих стран промежуточное положение между отклонениями формы и шероховатостью. По представлению автора к ППО можно отнести и шероховатость, поскольку она обладает всеми признаками периодичности.
Основной параметр волнистости.Таковым является по данным [1] шаг, который должен превосходить базовую длину при измерении шероховатости. Однако, это не совсем точное определение. Существует другой критерий волнистости: n - число волн на поперечном сечении поверхности вращения. Число n, разграничивающее отклонения форм и волнистость, по данным различных стран и литературы может принимать значения: 3,5,6,7,15 и др. Т.е. нет единого подхода к этому критерию.
Пример 1. Определить шаг волнистости, образующейся при чистовом обтачивании вала вследствие собственных колебаний резца с частотой К=15-103 с-1 . Диаметр обрабатываемой поверхности D= 100мм, частота вращения заготовки N=312 мин"1.
Nx7TxD
Шаг волнистости L„ — ■
60 х К
ОДлш. Базо-
вая длина / = 0,8мм - при измерении шероховатости, Ra = 2,5=1,25 мкм.
Пример 2. Определить шаг волны при получистовом фрезеровании плоскости заготовки из ст. 45 цилиндрической фрезой диаметром D=100 мм, числом зубьев z =20, частотой вращения N,j,= 420 мин-1, минутной подачей Бмин=300 мм/мин. Причиной образования волнистости является биение фрезы за один ее оборот и прерывистость резания. Образуется на обработанной поверхности волнистость с двумя наложенными друг на друга волнами. Шаг ос-
300
новной волны
S х60
Т ___ мин
Z? - '
60 х N
Ф 420
г LB1 07
Шаг второй волны ЬВ2 — ■
0,7 мм .
= 0,035 мм.
Z 25
Базовая длина здесь равна / = 2,5 мм. Таким образом, и здесь шаг волнистости существенно меньше базовой длины.
Основные пути управления ППО: 1. Изменение траектории относительного движения инструмента и заготовки. 2. Изменение способа установки заготовки. 3. Изменение условий прерывистости процесса резания.
Наиболее эффективным является первый путь. Он включает уменьшение влияния вынужденных колебаний технологической системы, а также автоколебаний и параметрических колебаний. Уменьшить влияние вынужденных колебаний на образование ППО, например, огранки и волнистости возможно по трем направлениям: 1) деформирование траектории относительного движения (ТОД); 2) сдвиг ТОД при каждом последующем проходе или обороте заготовки; 3) совмещение сдвига и деформирования ТОД.
Первое направление возможно либо обеспечением условий самоперерезания волн, либо изменением параметров ТОД.
Явление самоперерезания волн, заключающееся в изменении формы и одновременно высоты профиля волнистости либо огранки, открыл в 1962 г. Gerhard Stade [2], а независимо от него автор статьи [3].
Условие наступления самоперерезания волн
[2]. 0 <0,79^.
1 1
\dt
D
<ж, (1)
5 /
1200
Механика и машиностроение
где: Vw - скорость детали, мм/мин; сos -число колебаний в мин;
A - амплитуда колебаний, мм, dt - диаметр детали, мм
Ds - диаметр шлифовального круга, мм.
Названное условие годится лишь для наружного круглого шлифования.
Условие наступления самоперерезания волн [3] для любого вида шлифования, а также лезвийной обработки
R
V
1
■ИН I
2тг X CDS X 60 J
■, (2)
где: R - радиус рабочей части инструмента, мм,
V - относительная скорость инструмента и заготовки, м/мкн.
Реализация условия (2) осуществляется следующими путями:
-уменьшение амплитуды относительных колебаний заготовки и инструмента;
-сближение радиусов кривизны инструментов и обрабатываемой поверхности;
-уменьшение скорости относительного движения заготовки и инструмента;
-увеличение частоты относительных колебаний. Изменение параметров ТОД возможно следующими вариациями параметров волны: уменьшение длины ЬВ волны; растяжение «талии», т.е. ЬВ/2 max; «продавливание» ската волны; увеличение радиуса кривизны вершины волны; «сваливание» вершины волны; «сдвиг» впадины волны; увеличение радиуса кривизны впадины.
Второй путь управления ППО реализуется одним из 2-х направлений:
-использование схемы подвижного контакта опор приспособления и заготовки;
-уменьшение деформации заготовки (изменением величины сил и моментов закрепления; изменением точки приложения силы закрепления; уменьшением микродеформаций под опорами; уменьшением микродеформаций под зажимными элементами; комплексно).
Третий путь управления ППО реализуется одним из 4-х направлений:
-нейтрализация анизотропии заготовки; -нейтрализация анизотропии инструмента; -изменение способа обработки;
-дополнительное непрерывное смещение (поворот) заготовки либо инструмента.
Первое направление реализуют:
-заполнением пустот в заготовке; -уравновешиванием заготовки;
-периодическим изменением скорости передвижения заготовки;
-повышением жесткости технологической системы.
Второе направление реализуют:
-изменением режимов резания;
-изменением конструкции инструмента;
-уравновешиванием инструмента.
Возможные направления выбора технологических методов обеспечения допустимого уровня ППО могут рассматриваться: по функциональному признаку, по материальному объекту, по принципу управления и по кинематико - геометрическому фактору [5].
Отметим главные положения мотивации этой схемы.
1) В основе функционального признака лежит обобщающий принцип, на котором основан технологический метод. Он обосновывает главное свойство технологической системы, приводящее к возникновению ППО при формообразовании поверхностей. Этот принцип - анизотропия технологического пространства. Он охватывает все элементы осуществления технологической операции: установку заготовки и инструмента, управление их движением, позиционирование, контроль, поднастройку, транспортирование технологических сред и др.
2) Для заготовки минимизация ППО означает уменьшение анизотропии геометрической формы, поверхностного слоя, технологических баз, массы и др.; для рабочего инструмента - уменьшение степени прерывистости режущих кромок или обеспечение их апериодичности, уменьшение анизотропии твердости, плотности, баз, масс и др. Применительно к приспособлению и станку существуют аналогичные способы минимизации ППО, оптимизации жесткости и условий трения отдельных элементов.
3) Управление технологической системой в условиях анизотропии требует использование 3-х каналов: по возмущению, по отклонению и комбинированно. Управление ППО по возмущению (т.е. регулированием источника ППО), в основном, сводится к решению динамических проблем. Управление по отклонению требует регулировки выходных параметров. Целесообразно и комбинированное управление, дающее наибольший эффект.
4) Особенности геометрии и кинематики ППО позволяют реализовать условия перерезания волн.
В зависимости от наличия информации предложен общий алгоритм уменьшения волнистости. Если нет информации, то используют алгоритм выбора традиционных методов обработки. Если информация о волнистости есть, то используют алгоритм разделения на детерминированную или стохастическую части. В первом случае, если число волн равно числу установочных элементов приспособления, то используют алгоритм выбора установки заготовки. Если число волн кратно числу прерывистостей заготовки, то используют алгоритм выбора метода уменьшения влияния прерывистости на поверхности заготовки. Если число волн кратно числу зубьев инструмента, то используют алгоритм выбора способа уменьшения влияния прерывистости инструмента.
1201
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011
Если есть оперативная информация о колебаниях в системе ЗИПС, включают алгоритм вибродиагнсти-ки. При обнаружении вынужденных, автоколебаний либо параметрических колебаний используют один из алгоритмов уменьшения составляющих ППО. При отсутствии оперативной информации выполняют анализ кратности частоты волн: отношения частот вращения инструмента и заготовки пин/пзаг, либо пин, пзаг, числа их проходов im, i^, на основе
которого используют алгоритм выбора способа обработки при отсутствии активной информации.
На основе вышеизложенной методологии управления ППО разработаны способы обработки, устройства и инструменты, защищенные следующими авторскими свидетельствами и патентами:
А.с., патенты. 59312, 611981, 658410, 662330, 753623, 791514, 850345, 904978, 908581, 914197, 942029, 957027, 961933, 1009642, 1033281, 1096071, 1189665, 1238935, 1292975, 1331628, 1357181,
1371845, 1425060, 1449328, 1458137, 1547729,
1590196, 1625656, 1646770, 168883990, 1771927, 1773690, 1794633, 1803310, 1811442, 1815116,
1816555, 1821329, 1821338, 2028913, 2041050,
12049631, 2053104, 206663323, 2076035, 2084314, 2095219, 2107605, 2124977, 2128571, 2142873,
2189303, 2173249, 2196025, 2168150, 2170165,
2168395, 2189897, 2198377, 2203777, 2203776,
2232670, 2237565, 2258844, 2274783, 2295652,
2315685, 2323076, 2356703, 2350438, 2390400,
2419531.
Многие из них использованы на машиностроительных предприятиях России, Украины, Белоруссии, Литвы, Казахстана.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Суслов А. Г., Дальский А.М. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение. 2002,- 684 с.,ил.
2. Dr.-Jng. Gerhard Stade. Technologic des Schleifens.Mit 63
Bilden und 26 Tafeln.1962.Carl Hanser Verlag Mun-
chen.1962-160 S.
3. Прилуцкий В.А. Влияние неуравновешенности электродвигателя в приводе шлифовального круга на волнистость шлифуемой поверхности - Подшипниковая про-мышленность,3Д969г.с.23-26
4. Прилуцкий В.А. Технологические методы снижения волнистости поверхности. М.Машиностроение.1978-136с., ил.
5. Прилуцкий В.А. Технологическое обеспечение и ка-чества поверхностного слоя деталей машин путем управления периодическими погрешностями обработки. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. 2004
TECHLOGICAL METHODS OF REDUCTION OF PERIODIC ERROWS OF PROCESSING
© 2011 V.A. Prilutsky Samara State Technical University
1202
