CC BY
38
-□ □-
Наведено методику визначення обмежень граничного алгоритму управлтня шлiфуванням робочог поверхн оправки статв холодног прокатки труб. Представлено результати проведених експериментiв по визначен-ню жорсткостi технологiчног обробляючог системи i показнитв якостi обробленог поверхт оправки вiд режимiв рiзання. Розроблена методика використову-ються при проектуванн управляючих програм шлi-фування робочог поверхн оправки на Шкопольському трубному заводi ПАТ «Сентрав^ Продакшн Юкрейн» (Украгна)
Ключовi слова: шлiфування, оправка статв холод-
ног прокатки труб, граничний алгоритм управлтня □-□
Приведена методика определения ограничений граничного алгоритма управления шлифованием рабочей поверхности оправки станов холодной прокатки труб. Представлены результаты проведенных экспериментов по определению жесткости технологической обрабатывающей системы и показателей качества обработанной поверхности оправки от режимов резания. Разработанная методика используются при проектировании управляющих программ шлифования рабочей поверхности оправки на Никопольском трубном заводе ЧАО «Сентравис Продакшн Юкрейн» (Украина)
Ключевые слова: шлифование, оправка станов холодной прокатки труб, граничный алгоритм управления
-□ □-
УДК 621.923
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.39042|
УПРАВЛ1ННЯ ШЛ1ФУВАННЯМ РОБОЧОТ ПОВЕРХН1 ОПРАВКИ СТАН1В ХОЛОДНО! ПРОКАТКИ ТРУБ
Ю. В. Петраков
Доктор техшчних наук, професор, завщувач кафедри* E-mail: yp-86@yandex.ru С. М. Чамата
Астрант* E-mail: chamatik@ukr.net *Кафедра технологií машинобудування Нацiональний технiчний ушверситет Украíни «Кшвський полiтехнiчний шститут» пр. Перемоги, 37, м. Кшв, Украша, 03056
1. Вступ
Виготовлення безшовних труб виконуеться на станах холодно! прокатки труб (ХПТ), що реалiзують процес пiльгерування (рис. 1, а), при якому деформу-вання заготовки 1 в трубу 2 необхщного дiаметру вщ-буваеться за рахунок взаемодп з робочими поверхня-ми калiбрiв 3 i оправки 4 (рис. 1, б), яю мають складнi форми [1, 2].
Обов'язковими конструктивними елементами оправки е хвостова частина з рiзьбою для кршлення оправки до оправочного стрижня, перехщна цилшдрич-на частина, власне робоча частина з криволшшною утворюючою i конiчна частина (рис. 1, б).
Оправка за сво'!ми геометричними параметрами належить до деталей мало! жорсткосп (вiдношення довжини до дiаметра 50...80) i мае складну робочу по-верхню круглого перерiзу, але зi змiною координати х за довжиною г за спецiальним законом:
x, = 0.5
dmin + (dmax - dm,n - kLr )
С \
z,
VLr/
(1)
де dmin, dmax - мiнiмальний i максимальний дiаметри робочо! частини оправки, Lr - довжина робочо! части-ни, k - початкова KOHycHicTb, n - показник степеня.
Оправки сташв ХПТ виготовляються 3i спещаль-но! сталi (Сталь 60С2ХФА, твердiсть HRC 54..58, Сталь S 690 BOHLER, твердiсть HRC 58..64 тощо), мають
жорстю вимоги до точностi (допуск на дiаметр робочо! частини ±0,02 мм) та якосп поверхнi (Ra=0.16 мкм). Заключна операцiя виготовлення оправок сташв ХПТ е шлiфyвання робочо! поверхнi, яка виконуеться на шлiфyвальномy верстатi з ЧПК 3М152МВФ3 (рис. 2, а), який був обладнаний системою ЧПК фiрми Siemens 2, i спещальним люнетом 1, який забезпечуе тдвищення жорсткоси технолопчно! обробляючо! системи (ТОС) в не залежност вiд змiни дiаметрy оправки за довжиною [3]. У вщповщност до техноло-гiчного процесу на операщю шлiфyвання робочо! по-верхш, яка е заключною, передбачаеться значний припуск - 1 мм на сторону i б^ьше, а ураховуючи криволь нiйнy утворюючу в середиш робочо! поверхнi припуск може перевищувати 2 мм на сторону.
Шлiфyвання робочо! поверхнi оправки 1 стану ХПТ шлiфyвальним кругом 2 вщбуваеться за рахунок трьох рyхiв: повздовжньо! подачi Fпов на оберт заготовки, поперечно! подачi на прохiд Fпоп i обертання пд заготовки навколо свое! о« Z (рис. 2, б ). Шдвищен-ня жорсткостi ТОС досягаеться шляхом застосуван-ня спецiального люнета 3. Контроль оправки вимагае перевiрки вщповщносп ïï 3D форми кресленню, а точнiше таблицi дiаметрiв, розраховано! за формулою (1). Такий контроль здшснюеться безпосередньо на верстай вимiрювальним щупом фiрми Heidenhain [4, 5] за технолопею яка описана в [6].
Процес шлiфyвання оправки здшснюеться на вер-стат з ЧПК i як для будь-яко! шшо! складно! поверхнi завжди супроводжуеться квазктащонарними умова-
©
ми рiзання. Отже, технолопчна пiдготовка операцп вимагае використання спещально! САМ системи [7], в якш обов'язково мае бути виршена не тiльки задача геометричного формоутворення, а й призначення режиму рiзання, що забезпечить виконання умов за яюстю при м^мальному часi оброблення. Тому роз-роблення методики, втiленiй у спещальному модулi САМ системи для автоматичного проектування закону управлшня режимом шлiфування е актуальною науково-технiчною задачею.
б
Рис. 1. Виготовлення безшовних труб: а — схема процесу птьгерування; б — оправка стану ХПТ
2. Аналiз л^ературних даних та постановка проблеми
Для вивчення процеив, що вщбуваються при обробщ рiзанням, i закономiрностей, встановлення функщональних зв'язкiв мiж технологiчними параметрами, режимом обробки та показниками якост вико-ристовуеться математичне моделювання [8-10].
В результат впливу технологiчних факторiв, фор-мування якостi i точност поверхнi деталi може бути нестабтьним [9-11]. Для забезпечення необхiдних показниыв обробки необхiдно управляти технологiчним процесом, тобто здшснювати цiлеспрямовану змiну технолопчних фак-торiв, яка повинна привести до бажаного результату. Як наголошуеться в робоп [12], ефективнiсть управлшня визначаеться ви-бором математично! модел^ можливостi ïï ш-нування i ступенем ïï адекватносп реальним умовам обробки.
Вщомо, що для будь-якого процесу рiзання як i для шлiфування, геометричш параметри шару припуску, який зрiзуеться, е такими, що визначатимуть вс основнi характеристики процесу. Такий параметр залежить вщ форми заготовки, форми iнструментальноï поверхнi i траекторiï формоутворення. Дослщження процесу шлiфування [13] дозволили устано-вити головну характеристику процесу шлiфу-вання, якою е швидюсть зрiзування припуску (MRR - Material Removal Rate), за якою мож-на оцшювати як iнтенсивнiсть процесу, так i яюсть обробленоï поверхш, графiк змiни якоï повинен розташовуватися в областi допустимих зна-чень (рис. 1), яка визначаеться граничним алгоритмом [13-15]. Тим самим гарантуеться максимальна про-дуктившсть при виконанш вимог щодо якостi (шор-сткосп, вiдсутностi дефектiв поверхневого шару i т. п.) та точност обробленоï поверхнi.
Граничний алгоритм формуеться у фазовш пло-щинi «припуск - швидюсть зрiзування припуску» i визначаеться двома л^ями (рис. 3). ЛМя 1 визначаеться з умов максимально допустимоï сили рiзання (визначаеться допустимою деформащею ТОС), а л^я 2 - з умов бездефектного шлiфування.
Qv
мм /с
QVm
Qvà
H, мм
Рис. 3. Граничний алгоритм
Рис. 2. Операщя ш^фування робочо'Г поверхнi оправки ХПТ: а — загальний вигляд верстата 3М152ВФ20; б — схема рухiв
Таким чином процес шлiфування повинен вщбу-ватися спочатку до критично! величини припуску Нк, що залишився, з максимально допустимою швидюстю 0ушах зрiзування припуску (лiнiя 1), а потiм за лiнiею
а
Э
2 i закшчуватись при швидкостi зрiзування припуску Qvfl, яка забезпечить необхвдну якiсть та шорсткiсть поверхневого шару деталь Особливштю застосування такого алгоритму управлшня е те, що вш не передба-чае такого етапу циклу шлiфування, як виходжування, коли процес закшчуеться за рахунок накопичених на попередшх етапах циклу пружних деформацш ТОС при шлiфуваннi i е, по-суп, некерованим.
Але вщсутшсть системного пiдходу до визначення обмежень граничного алгоритму шлiфування складно проф^ьних деталей, обробка яких супроводжуеться квазктащонаршстю процесу i до яких вщноситься оправка станiв ХПТ, обумовлюють необхщшсть про-ведення дослiджень в цьому напрямку.
де Cpx i а - коефвдент i показник степеня, яю зале-жать вiд матерiалу заготовки i шлiфувального круга, Qv - швидкiсть зрiзування припуску (MRR). Для умов шлiфування оправки KPW-25, матерiал заготовки сталь 60С2ХФА, кругом 25А ПП 600х80х100 32 СМ1: Cpx = 0.78, а = 0.6.
Осюльки деформaцiя пружноï ТОС 5=РХ/С , де C -жорстюсть ТОС при зaкрiпленнi заготовки в центрах (з урахуванням люнету), то залежшсть для обрахунку верхньоï границ алгоритму упрaвлiння приймае ви-гляд:
QVmax =
0,4 C Л
CPx
(3)
3. Мета i завдання дослщження
Метою роботи е, на 6a3i граничного алгоритму зрiзування припуску, адаптованого до шлiфування складних поверхонь, розроблення методики визначення оптимального режиму рiзання при шлiфування оправок сташв ХПТ, яка втiлена в модулi автоматизо-ваного проектування управляючих програм для шль фувального верстату з ЧПК.
Для досягнення поставленоï мети необхщно вирь шити наступт задачi:
1. Визначити максимально допустиму швидюсть зрiзування припуску при максимально допустимш деформацiï ТОС, для чого необхщно провести експе-риментальнi дослщження по визначенню жорсткостi ТОС.
2. Визначити швидюсть зрiзування припуску в кшщ циклу, яка забезпечить необхiдну шорстюсть i вiдсутнiсть припалiв обробленоï поверхш, для чого необхiдно провести експериментальш дослiдження по визначенню математичноï моделi залежностi па-раметрiв якостi обробленоï робочоï поверхнi оправки станiв ХПТ вщ швидкостi зрiзування припуску.
3. Розробити програмний за«б для визначення зв'язку швидкоси зрiзування припуску при шлiфу-ваннi робочоï поверхнi оправки (плями контакту) з граничним алгоритмом управлшня i на цш осшж роз-рахувати величину критичного припуску граничного алгоритму управлшня режимом рiзання.
4. Створити модуль автоматизованого проектування закону управлшня режимом рiзання в САМ системi тдготовки управляючих програм для шлiфувальних верстатiв з ЧПК.
4. Виршення задачi визначення napaMeTpiB, що обумовлюють обмеження граничного алгоритму для шифування робочо!' поверхш оправки
Отже, для формування закону управлшня перш за все необхщно визначити обмеження з урахуванням специфжи процесу шлiфувaння робочоï поверхнi оправки ХПТ. Обмеження за лжею 1 (рис. 3) визнача-еться максимально допустимою деформащею ёд)оп ТОС i нормальною складовою сили рiзaння Рх, що викликае цю деформащю:
де Cpx и а - коефвдент i показники степеня, як зале-жать вiд мaтерiaлу заготовки i шлiфувaльного круга, 8доп - величина допустимоï деформaцiï ТОС, яку обра-но з мiркувaнь сталого шлiфувaння (вiдсутнiсть вiбрa-цiй), C - жорстюсть ТОС при закршленш заготовки (з урахуванням люнету).
Жорстюсть ТОС шлiфувaльного верстата зале-жить вщ багатьох фaкторiв, в тому чи^ вiд розмiрiв заготовки i способу ïï встановлення, тому визначення жорсткоси ТОС доцiльно виконувати за експеримен-тальними даними.
Жорстюсть ТОС шлiфувaльного верстата визнача-лась експериментально на модершзованому круглош-лiфувaльному верстaтi з ЧПК 3К152ВФ20. На рис. 4 представлено робочу зону верстату тд час проведення експерименту. Експерименти виконувались при на-вантаженш ТОС за рахунок перемщення шлiфувaль-ного круга 1 в напрямку оправки 2 через динамометр 3, яким вимiрювaлaсь сила навантаження.
Для вимiрювaння деформaцiï ТОС на станиш верстату встановлено шдикатор 4 з цiною подiлки 1 мкм (рис. 4, а, б). Вимiри проводились для оправки KPW-25, що будуть оброблятися на верстай, мaтерiaл заготовки сталь 60С2ХФА, хiмiчний склад та фiзико мехашчш властивост вiдповiдно до ГОСТ 14959-79.
За результатами вимiрювaнь побудовaнi грaфiки, що представлен на рис. 5.
Шукана жорсткiсть одночасно е коефiцiентом ль нiйноï зaлежностi деформaцiï вiд сили навантаження, який можливо визначити методом найменших квадра-ив за формулою:
С = -
M
|P, (Анав
1958070 ' 653.679
= 2995.46 Н/мм,
(4)
Px = 2,5CpxQvа,
(2)
де Pi - сила навантаження, (Днав) i - деформащя в Нй точщ вим1рювань.
Границю по лшп 2 (рис. 3), лшп припалу, визнача-ють два параметри: швидюсть зр1зування припуску Qvд в кшщ циклу 1 критична величина Нк припуску. Щ величини можуть бути визначеш т1льки на основ1 обробки експериментальних даних по дослвдженню залежностей показниюв якост (глибини припалу 1 шорсткост1) оброблено! поверхш в1д режим1в р1зання.
Дослщження виконувались верстат з ЧПК 3К152ВФ20 (рис. 2), для оправок KPW-25, шл1фуваль-
ний круг - ПП 600х80х305 14А 32 СМ1 К, правлений за дугою кола ввдповвдно до управляючо'! про-грами, змащувально-охолоджуюча рщина - ЭМПО ТУУ30426690.002-99 виробництва ЗАТ «Харювський Експериментальний Завод».
Рис. 4. Вимiрювання жорсткостi ТОС круглошлiфувального верстата 3К152ВФ20: а — вид зверху; б — вид збоку
0,18 0,16
s
S, 0,14 я
I 0,12 f 0,1
и
& 0,08 с
1 0,06 ^ 0,04 0,02 0
Побудову плану експерименту було виршено провести на основi ЛПт рiвномiрно розподiлених послiдовностей з наступними дiапазонами змiни факторiв: для поперечно! подачi на робочий хщ F^^.005...0.015 мм, для повздовжньо'! подачi Fпов=120...800 мм/хв. i для частоти обертання деталi пд=60...400 об/хв. Вимiрювання шорсткостi поверхнi проводилось портативним проф^ографом Surftest SJ-210 виробництва фiрми Mitutoyo [16].
Наступним етапом е побудова математично'! моделi залежностi параметрiв якосп (Ra, Rz) оброблено'! ро-бочо'! поверхнi оправки вiд режиму рiзання. У якостi шуканих математичних моделей було прийнято лшш-ну модель з використанням полшому першого степеня, яю матимуть вигляд:
Ra = a„ + aF + a,n + a4F
0 1 поп 2 д 3 поЕ
Rz = b0 + b,F + b2 n + b3F
0 1 поп 2 д 3 по
(5)
(6)
де ао...а3, Ь0...Ь3 - емпiричнi коефiцieнти, Fпоп - поперечна подача на робочий хщ, пд - частота обертання детали Fпов - повздовжня подача шлiфувального круга.
На основi експериментальних даних, використову-ючи метод найменших квадратiв розраховуються ем-тричш коефiцieнти, якi визначають рiвняння регресп (5) i (6). Для цього необхщно визначити вектор оцiнок S коефiцieнтiв для кожного з рiвнянь регресп, який вираховуеться формулою загального виду:
S = (XTX)-1XTY,
(7)
де X - матриця вихщних умов, Y - матриця результат.
Були обрахованi вектори A i B оцiнок коефiцiентiв для кожного з рiвнянь регресп вiдповiдно:
A = (XtX)-1XtYRs =
0.143 7.2404 -11.236 10-4 10.029 10-4
(8)
■ 1
л У > с У
Г
>4 г- г г- л г
л у > ✓ / 1- -I
* У л V
л < i л
* А ■
* * р Л
i Л с л
B=(XTX)
XtYRZ =
0.714 37.1503 -57.924 10-4 51.136 10-4
(9)
Ю (N X ^ (N 'П О О
Сила, Н
Рис. 5. Графки залежностi деформацп ТОС вщ прикладеноТ сили: 1 — навантаження; 2 — розвантаження
Таким чином остаточно рiвняння регресп (5) i (6) приймають вигляд:
Ra = 0.143 + 7.2404 ■ F^ -
-11.236 10-4 ■ n +10.029 10-4 ■ F , (10)
д пов" v '
Rz = 0.714 + 37.1503 ■ F^ -
-57.924 10-4 ■ n + 51.136 10-4 ■ F , (11)
д пов
де F^ - поперечна подача на робочий хщ, пд - частота обертання детал^ Fпов - повздовжня подача шлiфувального круга.
а
Для визначення закону управлшня режимом pi-зання, що забезпечуватиме необхiдну шорстюсть об-роблено! повеpхнi при максимально можливш про-дуктивностi, можна безпосередньо скористатись залежностями (10) i (11). Проте, тдхщ, що базуеться на застосуванш головного комплексного показника процесу шлiфування, яким е швидкiсть зpiзування припуску (Material Removal Rate), надае можлившть звести виpiшувану задачу до однофакторно! моделi.
Визначення залежностi швидкоси Qv зpiзування припуску при шлiфуваннi фасонно! повеpхнi оправки необхiдно проводити чисельним методом, застосову-ючи моделювання геометрично! взаемодii шструмен-тально! поверхш iз заготовкою за допомогою ство-реного програмного забезпечення, iнтеpфейс яко! зображено на рис. 6.
Злiва знаходяться вiкна для введення вщповщних написам вихiдних даних. Пiсля введення вихщних даних i !х пеpевipки, для початку процесу моделювання потpiбно натиснути кнопку «Примшити».
У верхньому вжш з'являеться зображення поверхш 1 оправки з припуском 2. Шсля шдтвердження вибору проходу (парне число - прохщ влiво, непарне - вправо) i вибору положення шлiфувального круга, у вжш вiдобpажаеться поточна поверхня оправки, шструментальна поверхня 3 i точки входу/виходу шлiфувального круга 4, 5.
У нижньому правому вжш вщображаеться схема зpiзування припуску, де при шлiфуваннi заготовки показано два положення шлiфувального круга 6, 7, яю вiдpiзняються на величину повздовжньо! подачi на оберт заготовки. Товщина шару, що зpiзуе-ться - заштрихована область 8 - вщповщае попереч-нiй подачi на один прохщ. Точка вершини гребшця 5, висота яко! визначае детермшовану складову шор-сткостi. У нижньому лiвому вiкнi вiдобpажаеться пляма контакту шлiфувального круга i поточно! поверхш оправки i величина аналогу швидкосп зpiзу-вання припуску, для заданого проходу i положення
шлiфувального круга. Злiва знизу знаходяться функ-цiональнi кнопки.
За допомогою прикладно! програми за вихщними даними (геометрiя оправки) знаходиться значення швидкоси Qvд зрiзування припуску при визначених умовами дослщу режимах рiзання. Результати моделювання занесен до табл. 1.
Наступним етапом е побудова математично! моде-лi залежностi параметрiв якостi (Ra, Rz) оброблено! робочо! поверхнi оправки сташв ХПТ вiд швидкостi зрiзування припуску. У якост шуканих математич-них моделей було прийнято степеневу модель, як матимуть вигляд:
Ra = а Оуа, (12)
Rz = Ь ■ ЦУ15, (13)
де а, Ь i а, в - емпiричнi коефiцiенти i показники степе-ня, Qv - швидкiсть зрiзування припуску, мм3/с.
Використовуючи пiдстановку i метод найменших квадратiв були визначенi емпiричнi коефвденти i показники степеня для кожного з рiвнянь регресп, як приймають вигляд:
Ra = 0.06835 ■ ОУ05945, (14)
Rz = 0.3233 -ОУ06187. (15)
На рис. 7 представленi схеми зрiзування припуску при шлiфуваннi робочо! поверхнi оправки, де при взаемодп iнструменту i заготовки 1 показан два положення шлiфувального круга 2 i 3, яю вiдрiзня-ються на величину повздовжньо! подачi Fпов на оберт заготовки. Товщина шару припуску, що зрiзуеться, вщповщае поперечнiй подачi на один прохщ Fпоп, а поперечний перетин шару припуску, що зрiзуеться, вид^ений заштрихованою областю 4 i обмежений областю ВВ'С.
7 Моделювання геометричноУвзаемоди заготовки i шл!фувального круга
ПримЫити
Геометр1я заготовки
Припуск на сторону, мм I1
Геометр1я шл!фувального круга-
Ширина круга, мм | SO
Pafliyc округления, мм 11200
Диметр шл. круга, мм 600
МУмальний диметр do, мм |1о
Максимальний диметр du, мм и
Початкова конусысть 2tg Ot 10,015
Довжина профтю оправки, мм 1300
Показник creneHi |2,5
Загальна довжина оправки, мм |430
Частота обертання заг., об/хв [200
Повздовжня подача, мм/об |1,В
Поперечна подача, мм |0,08
Положения шл|фувального круга
200 220 240 260 280 300 320 340 360 360 400 420 440 460 Координата Z, мм
Etnoip прокоду Etnoip положення
Прохд: 131 ¡з 33 Пол оження: |250
Ok [.........Ok.........]|
Пляма контакту шл
0,6 0,5
£
■Jo.4 £
i 0,3
|о,2 0,1 О
iqiyra I заготовки
Help
0 5101520253035404550556065707580 Ширина круга В, мм
Рис. 6. 1нтерфейс прикладно! програми
Таблиця 1
Результати моделювання i ш^фування поверхш оправки
№ Аналог швид-кост зр1зуван-ня припуску Q, мм2 Швидкють обертання детал1 ^,мм/с Швидкють зр1зування припуску Оу,мм3/с Шорсткють, мкм
Ra Rz
1 0,092995 50,23 4,671484791 0,316 1,578
2 0,060969 57,96 3,533776247 0,178 0,897
3 0,059675 83,22 4,966056429 0,229 1,149
4 0,032786 104,52 3,426934356 0,125 0,629
5 0,03562 124,72 4,442666743 0,179 0,894
6 0,017163 145,60 2,49885591 0,119 0,523
7 0,019056 167,10 3,184343733 0,139 0,696
8 0,04357 187,45 8,16727144 0,454 2,273
9 0,187914 50,23 9,43961926 0,37 1,854
10 0,122759 57,96 7,115137829 0,208 1,039
11 0,120354 83,22 10,0156641 0,268 1,336
12 0,065821 104,52 6,879895267 0,148 0,742
13 0,071564 124,72 8,925744042 0,209 1,065
14 0,034397 145,60 5,008049101 0,137 0,648
15 0,038172 167,10 6,378713737 0,159 0,797
16 0,087805 187,45 16,45919827 0,531 2,658
17 0,283393 50,23 14,23588461 0,423 2,135
18 0,184875 57,96 10,71539444 0,239 1,198
19 0,181319 83,22 15,08907223 0,307 1,536
20 0,098988 104,52 10,34665339 0,169 0,847
21 0,107628 124,72 13,42378821 0,24 1,249
22 0,051679 145,60 7,524230878 0,154 0,716
23 0,057321 167,10 9,578598191 0,176 0,876
24 0,132123 187,45 24,7666836 0,608 3,045
При шлiфуваннi поверхш кругом (положення 2) за ваею дугою контакту ВС при видаленш припуску 4 утворюеться тепловий потж, який викликае тд-вищення температури поверхневого шару детал^ що оброблюеться. Причому величина теплового потоку змшюеться в залежностi вiд iнтенсивностi видалення припуску (залежить вщ величини дуги контакту в поперечному перерiзi), а температура приймае рiзне значення за довжиною дуги контакту. Якщо ця температура менша за критичну (зона 5', рис. 7) - фазовi перетворення поверхневого шару не виникають, але якщо ця температура бшьша за критичну Ткрит (зона 5, рис. 7) - виникають необоротш фазовi перетворення поверхневого шару - припали. Тобто за тако'1 схеми обробки на поверхш оправки утворюеться припали 6 шириною Ь, за якою можливо ощнити як наявшсть так i глибину проникнення припалу в поверхню оправки.
Аналiзуючи схеми зрiзування припуску рис. 7, а i б за рiзних режимiв рiзання, якi вiдрiзняються тим що за схемою б було зменшено величини поперечно! i поздовжньо'1 подачi на 35 % в порiвняннi зi схемою а, що призвело до зменшення довжини дуги контакту в поперечному перерiзi Lкmax на 22 %, а як наслвдок i зменшення iнтенсивностi зрiзування припуску. Чим менша штенсившсть видалення припуску тим менша температура, що виникла тд час обробки i менша глибина 11 проникнення в тiло деталi. Тобто можливо знайти таю значення повздовжньо'! подачi Fпов на оберт заготовки i поперечно'! подачi на один прохiд Fпоп, поеднання яких призведе до зменшення температури
шлiфування, а як наслвдок i до вiдсутностi припалiв в поверхневому шарi деталi (рис. 7, в).
А-А
Rs 2
Т, °С T
-1- крит
А 6
L, мм
А.
А-А
T, °C T
1 крит
А 6
L, мм
А
А-А
Rs 2.
FnJ
L, мм
в
Рис. 7. Схеми зрiзування припуску i утворення припалу при ш^фуванш робочо'| поверхнi оправки ш^фувальним кругом у формi тора: a — Fпов/об=3.5 мм/об, Fп=0.015 мм; б — Fпов/об=2.5 мм/об, F[,=0.01 мм; в — Fпов/об=1.5 мм/об, F[,=0.005 мм
Спiвставлення з практичними результатами про-цесу шлiфування опосередковано сввдчить про вiр-HicTb викладеного вище матерiалу. На рис. 8 представлено робочу поверхню оправки KPW-25 (матерiал заготовки - сталь 60С2ХФА,), яку було оброблено на круглошлiфувальному верстай з ЧПК 3М152МВФ3 ^пов/об=2.5 мм/об, F^^O.Ol мм), який був облад-наний системою ЧПК фiрми Siemens, i спецiальним люнетом, який забезпечуе пiдвищення жорсткостi технолопчно! обробляючо! системи (ТОС), шлiфу-вальним кругом - ПП 600х80х305 14А 32 СМ1 К, що правлений за дугою кола вщповщно до управляю-чо! програми, змащувально-охолоджуюча рщина -
а
ЭМПО ТУУ30426690.002-99 виробництва ЗАТ «Хар-ювський Експериментальний Завод». Припали поверхш оправки (рис. 8), що утворилися в наслщок процесу шлiфування, розташоваш в мiсцях з максимальною штенсившстю видалення припуску.
Рис. 8. Припали на поверхш оправки
Таким чином, тдвищення iнтенсивностi видалення припуску супроводжуеться ростом температури в зош шлiфування i появою припалiв на обробленiй поверхнi, якi значно зменшують надiйнiсть i робо-тоздатшсть шлiфованих деталей машин. Отже, для визначення глибини припалу необхвдно розрахувати величину максимально! контактно! температури по шириш зони контакту деталi i шлiфувального круга.
Для визначення контактно! температури можливо скористатися загальною формулою [17] для рiзних схем шлiфування, яка враховуе теплофiзичнi особли-вост сталей i сплавiв:
6К -160 ■ КМОтс
Р V-Ц,■а,Т;
М
^ ■ V ■ Ц )'
п д \ д к/
Рг - Срг ■ Цуа, Н
товки сталь 60С2ХФА, кругом 25А ПП 600х80х100 32 СМ1: Срг=4, а=0.6.
Визначення швидкостi Цу зрiзування припуску при шлiфуваннi фасонно! поверхнi оправки необхiд-но проводити чисельним методом, застосовуючи мо-
делювання геометрично! взаемодi! шструменталь-но! поверхш iз заготовкою за допомогою створеного програмного забезпечення [18]. Програма дозволяе визначити для кожного положення шлiфувально-го кругу пляму контакту круга з деталлю F° i мак-симальну довжину дуги контакту (Цк) (рис. 6).
Таким чином, спира-ючись на величину максимально! контактно! температури 9К (16) i ви-користовуючи залежшсть для визначення глибини розповсюдження струк-турних перетворень в поверхневому шарi шлiфова-но! деталi, яке базуеться на рiвняннi проникнення теплово! хвилi [17, 19], можливо визначити глибину проникнення критично! температури, що викликае припали:
Н —
прип
ат10
п
\ 0.5
■ 1п
е..
мм,
(18)
де КМОТС - коефiцiент, що враховуе ефектившсть охо- Н лодження за рахунок МОТС: КМОТС —1.1 - при сухому
де а - коеф^ент температуропровщностк а = —1.8 10-7 ■е°к5, м2/с; т - час розповсюдження температури або час контакту кожно! точки поверхш деталi з (16) кругом: т —16.7■Ц^Уд , с, еприп - мжмальна температура, з яко! розпочинаються структурнi перетворення, ер — 500 °С.
прип
Глибина проникнення критично! температури прип одночасно i е величиною критичного припуску Нк, який необхiдно буде зрiзати на наступних проходах
шлiфуваннi, КМОТС —1.0 - подача МОТС поливом; Р2 - дотична складова сили рiзання, Н; V - швидюсть рiзання, м/с; - довжина дуги контакту, мм; ад - ко-ефiцiент вводу теплоти в деталь з врахуванням вщво-ду тепла в шлiфувальний круг i стружку а д — 0.7...0.8; F° - площа плями контакту шлiфувального круга з деталлю, мм2; М - розмiрний коефвдент, який враховуе теплофiзичнi характеристики матерiалу деталi: для жаростiйких сталей - М —1.9, для легованих - М — 3.1; ^оп - поперечна подача на один прохщ (глибина рiзан-ня), мм; Уд - швидкiсть обертання деталi, мм/с.
Сила рiзання при шлiфуваннi (!! дотична складова Р2 ) залежить ввд матерiалу деталi, шлiфувального кругу, швидкостi зрiзування припуску i режиму рiзання. Ця залежшсть мае емтричний вигляд:
i при якш необхiдно перемикати управлiння (рис. 3).
Приведен вище математичнi залежноси i моделi дозволяють визначити обмеження граничного алгоритму (рис. 3). Максимально допустима швидюсть зрiзування припуску (3) при допустимш деформацп
ТОС 8 — 0.004 мм:
доп
ЦУтах —
0.4 ■ 2995 ■ 0.004 0.78
— 20.6 мм3/с,
(19)
а швидюсть зрiзування припуску (14), яка забезпечить необхщну шорсткiсть поверхневого шару деталi (Яа 0.16 мкм):
(17)
йУд —
Яа
0.06835
_1_
1.5945
0.16 0.06835
_1_
1.5945
— 4.2 мм3/с. (20)
де Ср i а - коефвдент i показник степеня, як зале-жать вiд матерiалу заготовки i шлiфувального круга, Цу - швидюсть зрiзування припуску. Для нашого випадку шлiфування оправки KPW-25, матерiал заго-
Тодi дотична складова сили рiзання (17), що виник-не при шлiфуваннi з максимально допустимою швид-кiстю зрiзування припуску (19):
"О -8-
п> Хс О
О >
ь!- V л :
ч3"!"!"
и.ииа -0,008 -0,007 :0,009 с 0,011
Поперечная подача,
и Я
43 0)
я 43 со
н М
я н м
я я о. V! 43 Я т'
н 0) й й О ы 3 м 0)
я я й
0) м Я
43 м Я
м Я Я
н СО Я
*<! Я о
43 Я и Я 3
м я
я о н Я м и
и ^ о
го й Я
43 Я ¡5
X о\ м
Я я
3 я №
V! Я
о О.
я
43 00 И
М —^ О
X * Я я 43 О Я н м
Я я и я И н Я о.
0) Я н 0)
Я
м
Й
м се
и я
Ё ^
К м
3»
й и ^
43 О)
2 к
Не
К ^ ^ ш 43
К о\ и к
к
<< М
и «
^ н
Н
А
' О о К н
тз
м се
Я
тз
о
ст>
7\
СТ5
о
¡5
о ^ Ы 0) се
к _ к и К 2 и к К 2
К** (М
<-> к
¡5 м К О
¡5 м
V!
„ М V! н "
[О Я
сл щ о се
й
<
К №
Й М
К К
сл
СТ5
о
я к
4 ю „
Я Я м
Ей"
5 к 3. н ..
-в- К
^ н ^
Им54
Я * Д,
а о
■■ § ел
я »
о § 1
43 2 м
Н НН
^ II О 1И ¡о ~ ста о _
5 Е
п ^ .м Ю ^
.4
га к и о тз к
п н о
Сс
V!
я я я тз
о ^
тз
м
м
о\ 0) со
я
0) я 0) к
г
4?
я
п
£
о
со
ОЧИ
И н
М 2 о
Я „ £
О Я Я
£ ^ "
^ Я в
' я ш
Я о
й м
- - я
V! V! о
ЬЗ Ьс) ^
м м о й я
№ Я Я
' тз
О О
" я £
м Е^ н
й и ^
Дои
" * в
н п Я
н
- 5
м » ы ^ Я м Я
я х^
^ Я м
ш Н й §
сл & ^
ю Й 8
*
га^ я
ю Т 7
XI 3е
п и и о со й
43 3
° г а\ Я й Я
Я * м м
0)
О ^
> Р
п ^
Я
п
н
0)
¡5
м
м Я И о 43
я
п н
0 м
V!
01 н №
Я о
►а о\
о х
^ В'
£ ^
04 Л
0) 43"
со О
я 43
й £
О Ь5
■3 £
я №
О
О В Й
о» о ч
чэ й я
О о о Я
н а\ ч х
о Й £ 2
1= °
И Ч я
Я о о й
ч ч о\ Л
Я й й к
я » Н
й й
с М
Оч Л о
¡5
й о
Й Я
•" ТЗ н-: о
й у
3 м 2 м
»
и м п Я V!
я
Я 43
в= м
й я 1—1
т »
м и
» Я 3
Я и о §
«-43 "
си т I—1
я= ^ я
й Я О
к 3 а
м а 5
Н ч К п
Я У- я п
н № м
п
я
0)
[О
о
[О СТ5
СО
б 2. я
Я М о
я Э
Й » 3 • и
о н
о го
Н х
Й К- Я Й
Я й « я
я м я ®
^ И Т
О ^ | 1~" О! м
н И м
М » М Л
м Н М ^
й ^ Я м
» 2 я м имя
Н м й М
3 5 ^ я'
0\й п и
0 ь Н м
3 § и я
о и
43 Э 2 я
п Я Й й
^ я о я
М » - -1 СО
н « 43
К я "Е-
а х 3- ^
^ й 5 3
й я я
й я В Я
1 X М »
На основi розробленого програмного засобу для визначення зв'язку швидкосп зрiзування припуску при шлiфуваннi робочо! поверхнi оправки (плями контакту) з граничним алгоритмом управлтня було розраховано величину критичного припуску граничного алгоритму управлтня режимом рiзання, яка склала 0.23 мм.
Таким чином доведено, що визначення обмежень граничного алгоритму управлтня дощльно виконува-ти за результатами оброблення даних експерименпв, що виконуються за розробленою методикою.
Розроблено модуль САМ системи автоматизова-ного програмування для шлiфувального верстата
з ЧПК, що створюе промiжний файл для постпро-цесора верстата, в якому метиться вся необхщна iнформацiя для управлiння режимом рiзання i яка закладена безпосередньо в G-кодах управляючо! про-грами. САМ система впроваджена у виробництво на Шкопольському трубному заводi ПАТ «Сентравш Продакшн Юкрейн», де пройшла промислову експлу-атацiю i було пiдтверджено И ефектившсть при тдго-товцi управляючих програм для шлiфування широко'! номенклатури оправок з криволтшною утворюючою на модершзованому шлiфувальному верстатi з ЧПК 3М152МВФ2.
Лиература
1. Strehlau, O. Introducing cold pilger mill technology [Text] / O. Strehla. - The Tube and Pipe Journal, 2006.
2. Stapleton, G. Cold Pilger Technology [Текст] / G. Stapleton. - Fma Store, 2011.
3. Патент Украши № 74812, МПК: B24B 41/00 (2012.01). Люнет для шл1фування нежорстких фасонних деталей круглого пе-pepi3y [Текст] / Петраков Ю. В., Чамата С. М. - 12.11.2012, бюл. № 21/12.11.2012, заяв. u201205265, 27.04.2012.
4. Incremental test leads firms HEIDENHAIN [Electronic resource] / HEIDENHAIN. - Available at: www.heidenhain.de
5. HEIDENHAIN LENGTH GAUGES [Text] / Catalog, 2013.
6. Петраков, Ю. В. Вимiрювання точност шлiфування нежорстких деталей з криволшшною утворюючою [Текст] / Ю. В. Петраков, К. М. Паньюв, С. М. Чамата // Схщно-бвропейський журнал передових технологш. - 2013. - T. 2, № 7 (62). - C. 22-25. - Режим доступу: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/12380/10268
7. Петраков, Ю. В. Проектування управляючих програм для шлiфування оправок сташв холодно!' прокатки труб на верстай з ЧПК [Текст] / Ю. В. Петраков, С. М. Чамата // Вюник НТУУ «КП1» Машинобудування. - 2013. - Вип. 69. - С. 51-56.
8. Левин, А. И. Математическое моделирование в исследованиях и проектировании станков [Текст] / А. И. Левин. - М.: Машиностроение, 1978. - 184 с.
9. Корсаков, В. С. Основы технологии машиностроения [Текст] / В. С. Корсаков. - М.: Машиностроение, 1977. - 416 с.
10. Russell, F. H. Some applications of state and parameters estimation to machine tool problems [Text] / F. H. Russell // Journal of Manufacturing Science and Engineering. - 1992. - Vol. 92, Issue 3. - P. 633-646.
11. Балакшин, Б. С. Адаптивное управление станками [Текст] / Б. С. Балакшин. - М . Машиностроение, 1973. - 688 с.
12. Старков, В. К. Дислокационные представления о резании метал лов [Текст] / В. К. Старков // М.: Машиностроение, 1979. - 160 с.
13. Петраков, Ю. В. Автоматичне управлшня процесами обробки матeрiалiв рiзанням [Текст] / Ю. В. Петраков. - УкрНД1АТ, Кшв, 2004. - 384 с.
14. Михелькевич, В. Н. Автоматическое управление шлифованием [Текст] / В. Н Михелькевич. - М.: Машиностроение, 1975. - 304 с.
15. Петраков, Ю. В. Загальш принципи управлшня шлiфуванням [Текст] / Ю. В. Петраков // Вестник НТУУ «КПИ», Машиностроение. - 2005. - № 46. - С. 55-60.
16. Portable Surface Roughness Tester SURFTEST SJ-210 Series [Electronic resource] / Mitutoyo America Corporation. - Available at: www.mitutoyo.com
17. Калинин, Е. П. Теория и практика управления производительностью шлифования без прижогов с учетом затупления шстру-мента [Текст] / Е. П. Калинин. - Санкт-Петербург «Политехника», 2009. - 357 c.
18. Петраков, Ю. В. Управление шлифованием оправок станов холодной прокатки труб [Текст] / Ю. В. Петраков, С. М. Чамата // Вюник СевНТУ Машиноприладобудування та транспорт. - 2014. - Вип. 151. - С. 127-133.
19. Подосенова, Н. А. Тепловые явления при шлифовании закаленной стали [Текст]: сб. науч. тр. / Н. А. Подосенова // Качество поверхностей деталей машин. - М.: А. Н. СССР, 1959. - С. 41-45.
