CC BY
69
УДК 621.3.08
УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СИЛОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПЕРАЦИИ ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ
Н.Д. Феофилов, Е.С. Янов
Рассмотрены вопросы, связанные с измерением составляющих сил резания при зубофрезеровании, определена элементная база экспериментальной установки. Установлено что применение токосъемных элементов из серебряного сплава с переходным сопротивлением не более 0,4 Ом обеспечивает стабильную передачу сигнала с динамометра на аналого-цифровой преобразователь.
Ключевые слова: эксперимент, испытание, силы резания, динамометр, фреза.
Внедрение в производство высокопроизводительных сборных червячных фрез связано с проведением исследовательских для выявления оптимальных режимов резания и стойкости инструмента между передвижками и переточками.
Анализ литературных источников показал, что при конструировании экспериментальных установок использовались угольные [1], индуктивные и тензоризисторные электрические преобразователи [2]. Индуктивные и тензоризисторные электрические преобразователи отличаются высокой чувствительностью измерения, малой инерционностью, что обеспечивает высокую точность измерений.
Силы резания, возникающие при зубофрезеровании, являются следствием: упругих и пластических деформаций срезаемого слоя металла; трения сходящей стружки о переднюю поверхность режущего инструмента; отрыва элементов стружки от общей массы. Составляющие силы резания (рис. 1), являющиеся ее проекциями на координатные оси, постоянно изменяются как по величине, так и по направлению. При этом: Р2 - составляющая силы резания, проекция силы на ось 2, направленная перпендикулярно оси фрезы в сторону противоположную вектору скорости; Ру - составляющие силы резания, проекция на ось У, направленная параллельно оси фрезы в сторону вращения заготовки. Так сила Р2 нагружает механизм подачи станка и деформирует систему СПИД в направлении оси 2. Сила резания Ру воздействует на систему СПИД и вместе с Р2 вызывает деформацию фрезерного суппорта, приспособления с заготовкой и инструмента в радиальном направлении.
Исследования построены на использовании упругих деформаций. Преимуществами этого метода по сравнению с другими методами (торможения, уравновешивания, пластической деформации образца) являются: определения силы резания не только по величине, но и изменение ее во
времени; возможность одновременного измерения нескольких составляющих силы резания; высокая чувствительность и линейность нагрузочных характеристик. Недостатком метода упругих деформаций является определение искомой силы по величине деформации упругого рабочего элемента динамометра. Однако при сохранении линейной зависимости между деформацией и силой этот недостаток мало влияет на точность измерения.
Рис. 1. Координатные системы:
а -зубофрезерного станка; б - силы резания при зубофрезеровании
План эксперимента, представленный в таблице, дает информацию для определения способа проведения каждой серии испытаний, а следовательно, и оборудования для исследования. Матрица планирования эксперимента, состоит из серии опытов. На процесс резания оказывает влияние скорость резания, подача, модуль, число заходов и геометрия режущей части червячной фрезы, так же представляет интерес температура в зоне резания и шероховатость обработанной поверхности, объем срезаемого металла, форма и толщина стружки.
План проведения эксперимента по моделированию процесса зубофрезерования сборными червячными фрезами
Номер опыта N Значение факторов
т, мм d, мм 2 V, м/мин 5"0, мм/об
1, 2, 3... 2...4,25 120... 1,2... 15...40 0,87...4
На универсальном зубофрезерном станке 5К32А собрана мобильная экспериментальная установка (рис. 2) с возможностью монтажа на зубо-фрезерных станок с ЧПУ. Установка состоит из двухканального усилителя, компьютерного блока питания имеющего выходы на 12 В и на 5 В, двухканального осциллографа, тензоризисторов, универсального динамометра
УДМ 1200, токосъемников и ЭВМ.
Тахометр Пирометр Счетчик
резоб
Блок Усилитель УйМ Осцил- Ноутбук
Питония 1200 лограф
а
б
Рис. 2. Экспериментальная установка: а - принципиальная схема; б - конструкция; 1 - станок зубофрезерный 5К32А; 2 - подпружиненный съемник; 3 - кольцевой токосъемник; 4 - ЭВМ; 5 - осциллограф; 6 - усилитель; 7 - вставка; 8 - приспособление для закрепления заготовки; 9 - универсальный динамометр УДМ 1200
Измерение сил Р2 и Ру осуществляется смонтированным на столе
зубофрезерного станка динамометром УДМ 1200 (см. рис. 2, б). На динамометре установлен фрезерный столик, на котором в специальном приспособлении, состоящем из двух прямоугольных блоков и П-образного прихвата, закреплена заготовка. Так же в приспособлении установлен токо-
186
съемный элемент, представляющий собой вал с кольцевыми переходниками из серебряного сплава, надетыми на полимерные диэлектрики. Съем сигнала осуществляется подпружиненными элементами из сплава ПДИ-18.
Испытания, проведенные в соответствии с методикой [4] позволили определить изменение переходного сопротивления, т.е. качество передачи сигнала в зависимости от положения съемного элемента и силы подпружи-вания (рис.3). Данные получены после трех предварительных оборотов, после снятия оксидной пленку и приработки токосъемников. Из графика видно, что переходное сопротивление не превышает 0,4 Ом, что обеспечит стабильную передачу сигнала с динамометра.
Время, мс
Рис. 3. Изменение переходного сопротивления во времени
Во время проведения экспериментальных исследований после снятия сигнала, его необходимо усилить и передать на USB осциллограф, так же выполняющий роль АЦП, и далее на ноутбук.
Сигнал усиливается в пятьсот раз двухканальным усилителем. На качество воспринимаемого сигнала влияют паразитные наводки. Подавление наводок сводится к устранению или ослаблению паразитных связей. Простым способом их устранения является экранирование, подавляющее электрическое поле, электромагнитное поле, магнитное поле. Для экранирования усилителя изготовлен корпус из латуни, с большой магнитной проницаемостью для того что бы линии магнитной индукции проходили по стенкам корпуса, которые обладают меньшим сопротивление чем воздух внутри прибора. Для соединения элементов экспериментальной установки применены провода с металлической оболочкой МГТФЭ и МГТФ 0,12. Такие провода позволяют освободиться от паразитных наводок внутри приборов и избежать влияния компонентов друг на друга.
Для обработки сигнала используется USB осциллограф DiSco2 с качественной аналоговой частью. Электронный программный коммутатор позволяет производить измерения в 11 поддиапазонах: 10 мВ; 20 мВ; 50 мВ; 0,1 В; 0,2 В; 0,5 В; 1 В; 2 В; 5 В; 10 В; 20 В - В/деление. Управление входами - открытый/закрытый вход осуществляется программно и реализовано на микрореле. Точность измерения во всех диапазонах не хуже 1 %. DiSco2 собран на процессоре C8051F342. Так как осциллограф имеет два канала, то возможна регистрация одного или двух сигналов одновременно.
Установка так же имеет дополнительное оборудование. Прибор ARCOM-TC-2400 объединяет в себе функции счетчика времени наработки, счетчика импульсов, частотомера и тахометра, используется в качестве счетчик резов в комплекте с инфракрасным датчиком. На оправке установлен диск с прорезями, соответствующими положению режущих реек фрезы и ИК датчик для считывания.
Измерение температуры заготовки и зубчатой рейки фрезы производим с помощью инфракрасного датчика температуры TN105i2.
Контроль над скоростью и частотой вращения отдельных элементов систем осуществляется при помощи тахометра AR926. Его отличительной особенностью является высокая точность определения физических параметров. Цифровой тахометр AR926 относится к классу бесконтактных тахометров и имеет диапазон измерения от 2,5 об/мин до 99999 об/мин. Тахометр установлен на штативе и настроен на сигнальный маркер, приклеенный на оправке.
Работа представлена на 3-й Международной Интернет - конференции по металлургии и металлообработке, проведенной в ТулГУ 1 мая - 30 июня 2014 г.
Список литературы
1. Адам Я. И. Силы резания и мощности при зубофрезеровании. Сб.: Исследования в области обработки металлов резанием. М.: Машгиз, 1957. 82с.
2. Митряев К.Ф. Новые исследования в области динамики и тепловых явлений при зубофрезеровании. Сб.: Прогрессивные методы производства зубчатых колес и их технологичность. М.: Машгиз, 1962. с. 18-23.
3. Скрябин В.Н., Тимофеев А.П., Феофилов Н.Д., Янов Е.С. Кинематика червячного зубофрезерования // Известия ТулГУ. Сер. «Технические науки». Тула: Изд-во ТулГУ. 2010. Вып. 4: Ч. 1. С. 58-68.
4. Сидоркин А.В. Экспресс-метод и технические средства для определения качества передачи слаботочного электрического сигнала через кольцевые переходники. // Известия ТулГУ. Сер. «Технические науки». Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. Вып. 6. Ч. 2. С. 115-125.
Феофилов Николай Дмитриевич, д-р. техн. наук., проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Янов Евгений Сергеевич, асп., dex aikarambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INSTALLATION FOR POWER OPERATIONS RESEARCH HOBBING
N.D. Feofilov, E.S. Yanov
The problems associated with measuring the components of the cutting forces in gear hobbing, defined element base of the experimental setup. It was found that the use of a silver current collecting elements of the alloy with the transition resistance is not more than 0.4 Ohms provides a stable signal transmission din-vations of the thermometer to the analogdigital converter.
Key words: experiment, testing, cutting force, dynamometer, milling.
Feofilov Nikolai Dmitrievich, doctor of technical science, professor, feofi-lovnd@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yanov Evgueny Sergeevich, postgraduate, dex aikaram bler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК.621.9
ОСОБЕННОСТИ РАСТАЧИВАНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ
Н.В. Тюкина
Рассмотрены преимущества и недостатки операции растачивание. Выделены пути повышения виброустойчивости расточных резцов. Проведено исследование жесткости расточного резца с помощью программы SolidWorks.
Ключевые слова: растачивание отверстий, вылет резца, виброустойчивость, жесткость, исследледование.
Растачивание отверстий на токарных станках является широко распространенной технологической операцией, позволяющей достигать 67 квалитета точности. Кроме того, растачивание более универсально, чем, например, развертывание, основанное на применении мерных инструментов.
Расстояние от хвостовика до пластины, т.е. незакрепленная часть резца, называется вылетом. Вылет определяет максимальную глубину растачивания и является самым важным размером расточного резца. Слишком
189
