CC BY
15
УДК 621.9.079.014.4.079
В.Ф. ГУРЬЯНИХИН, Д.в. АРИНИН
влияние режимов шлифования на интенсивность
акустического сигнала и показатели процесса
круглого наружного врезного шлифования
Одним из перспективных направлений разработки систем автоматического управления является использование низкочастотного акустического сигнала, возникающего в процессе шлифования [1,2]. Однако построение оптимального цикла шлифования и управление им по критериям производительности и качеству обработанных деталей требует изучения возможности изменения параметров акустического сигнала в зависимости от скорости съема припуска. Расширение исследований в этом направлении позволит активно влиять на ход технологического процесса обработки заготовок.
Авторы предприняли экспериментальное исследование с целью выявления зависимостей между режимом шлифования, величиной звукового давления и показателями процесса шлифования, необходимых для последующей разработки методики расчета автоматических циклов круглого наружного врезного шлифования.
Эксперименты проводили на круглошлифовальном станке ЗМ152МВФ2 при предварительном шлифовании заготовок (образцов) из стали Р6М.5 кругом 1 600x40x305 95А25ПСМ27К5. Окружная скорость круга Ук= 50 м/с; частотой вращения заготовки пи варьировали от 150 до 300 мин"1, а врезной подачей - от 0,2 до 1 мм/мин. Величина припуска х изменялась в диапазоне (0,2 - 0,5) мм. В качестве основных характеристик акустического сигнала использовали частоту / акустических колебаний, звуковое давление р3 и амплитуду звукового давления А3, определяемую амплитудным значением эффективного напряжения. Прием и обработку акустических сигналов осуществляли по методике, изложенной в работе [1].
В ходе экспериментальных исследований контролировали радиальную Ру и касательную Р2 составляющие силы шлифования Р, коэффициент режущей способности шлифовального круга Кдр, размерный износ круга Ж, среднее арифметическое отклонение профиля Яа шлифованной поверхности, наличие прижогов и следов дробления. На первом этапе экспериментальных исследований был выявлен диапазон информативных частот (900 - 1000) Гц.
Дальнейшие исследования на информативной частоте 950 Гц проводили однофакторным и многофакторным планами. Для реализации задачи
управления процессом шлифования исследовали закономерности изменения ръ А3, Р, К^, ЛК и Яа в зависимости от режимов шлифования. Установлено, что изменение технологических параметров процесса шлифования - врезной подачи 51,, снимаемого припуска 2 и частоты вращения заготовки пи - приводит к изменению амплитуды звукового давления и выходных показателей процесса шлифования. Отмечена тесная корреляционная связь между амплитудой звукового давления А3 и силой шлифования Р.
Совместное действие технологических факторов оценивали по результатам рандомизированных во времени экспериментов, поставленных по плану полнофакторного эксперимента типа 23 и расчета коэффициентов аппроксимирующей функции. В результате проведенного исследования получены адекватные математические модели (линейные), описывающие зависимости величин А» Р и Ка от врезной подачи, снимаемого припуска и частоты вращения заготовки:
А3 = 0,0295 + 0,0138 Хх - 0,0012 Х2 + 0,0024 Хъ - 0,0046 Х{ Х2 -
- 0,0032 Хх Х3 - 0,0023 Хх Х2 Хъ\ Р = 74,4 + 35,9 Хх - 1,4 Х2 + 2,9 Хъ~\\ ,5ХхХ2 - 7,9 ХхХъ ~ 6,1 Хх Х2ХЪ\ Яа = 0,709 + 0,046Хх + 0,083 Х2 - 0,090 Х3 + 0,075 ХхХ2 + 0,046 Х2Х3.
Анализ уравнения регрессии показывает, что если принять суммарное влияние исследуемых факторов на величину звукового давления за 100 %, то 2-1 %\ частота вращения заготовки пи - 14 %. Причем увеличение припуска приводит к уменьшению величин А3 и Р (коэффициенты регрессии при переменной г имеют отрицательные знаки), в противоположность поперечной подаче и частоте вращения заготовки. Так, с увеличением припуска г в 2,5 раза при шлифовании с врезной подачей 5, = 1,0 мм/мин амплитуда звукового давления А3 уменьшилась на 23 %, а при изменении врезной подачи с 0,2 до 1,0 мм/мин и увеличении частоты вращения заготовки в 2 раза величина А3 увеличилась соответственно на 61 и 29 % (рис. 2). Полученные закономерности можно объяснить существованием прямо пропорциональной зависимости между амплитудой звукового давления А3 и силой шлифования Р (см. рис. 2), что согласуется с данными работы [1]. В уравнениях регрессии наблюдается эффект взаимодействия исследуемых факторов, причем при различных сочетаниях переменных проявляется одинаковое их влияние на А3 и Р (в отличие от Л,).
Для реализации схемы управления процессом круглого наружного врезного шлифования на основе использования низкочастотного акустического сигнала удобнее использовать легко контролируемый в процессе шлифования критерий режущей способности круга Кр - Ш/р3, связывающий производительность шлифования со звуковым давлением р3. Величина ¡V контролируется прибором активного контроля (ПАК), а звуковое давление зада-
ется в виде «уставки» на приборе контроля режущей способности круга по низкочастотному акустическому сигналу из условия обеспечения заданного качества шлифованной поверхности.
Для определения возможности применения предложенного критерия управления циклом шлифования были проведены расчеты силы резания по зависимостям работы [3], звукового давления по зависимости, представленной в работе [1], и сравнение их с полученными авторами экспериментальными данными при различных условиях шлифования. Расчеты показали возможность применения зависимостей, приведенных в работах [1, 3], для определения значения «уставки» (погрешность не превышает 19 %).
Для лабораторной апробации предложенного критерия управления проведен расчет числа ступеней цикла и звукового давления для следующих условий круглого врезного шлифования: припуск г = 0,2 мм; погрешность формы заготовки Зф - 18 мкм; Ка < 0,64 мкм. Врезную подачу на этапе предварительного шлифования принимали равной 5", - 0,5 мм/мин, а величину припуска гп = 0,18 мм. Расчетное значение «уставки» звукового давления рзу = 0,012 Па. .
При шлифовании (рис. 3) устанавливали и контролировали заданную величину звукового давления р3 (по величине амплитуды звукового давления А3), величину сошлифованного припуска г<р, размерный износ круга АН и среднее арифметическое отклонение профиля шлифованной поверхности Ка. Шлифование прекращали в момент превышения звуковым давлением заданной «уставки» (для рзу = 0,012 Па величина Азу~ 0,025 В). Длительность выхаживания составляла 5 и 10 с.
0,015 Па | 0,012
0,009
Рз
0,006 0,003
10 20 30 с 40
х-->-
Рис. 3. Изменение звукового давления р3 в процессе шлифования по двухступенчатому циклу, г = 0,2 мм; 8, ~ 0,5 мм/мин; 1,2- время выхаживания твых соответственно 10 и 5 с
00 ю
а
а>
ГЭ
н в я я
¡э
/мм/мин
0,3 0,4 мм 0,5 2 ->-
а)
мм/мин
мм/мин
0,2 ^
0,2 0,3 0,4 мм 0,5 2 ->-
б)
0,2 0,3 0,4 мм 0,5 г ->-
в)
К)
о о о
Рис. 2. Зависимость амплитуды звукового давления А3, силы резания Р, шероховатости шлифованной поверхности заготовки (На) от скорости врезной подачи и величины снимаемого припуска г: 1,2- соответственно пи ~ 300; 150 мин"1
На рис. 3 показан характер изменения звукового давления р3 во времени при реализации двухступенчатого цикла шлифования. Увеличение длительности при реализации двухступенчатого цикла шлифования. Увеличение длительности этапа выхаживания с 5 до 10 с позволяет уменьшить Ra с 0,93 до 0,42мкм.
Таким образом, проведенные исследования показали возможность использования предложенного критерия Кр для управления циклом круглого наружного врезного шлифования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Худобин Л.В., Гурьянихин В.Ф., Юганов B.C. Использование низкочастотного акустического сигнала для текущего контроля процесса шлифования // СТИН. 2000. №8. С. 25-29.
Худобин Л.В., Гурьянихин В.Ф., Юганов B.C. Активный контроль процесса шлифования методом низкочастотной акустической эмиссии // Повышение качества и эффективности в машиностроении и приборостроении. Н. Новгород: НГТУ, 1997. С. 85-86.
2. Переверзев П.П. Теория и расчет оптимальных циклов обработки деталей на круглошлифовальных станках с программным управлением: Дис, ... д-р техн.наук: 05.02.08. Челябинск: ЧГТУ, 1999. 294 с.
Гурьянихин Владимир Федорович, кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» УлГТУ, окончил Ульяновский политехнический институт. Область научных интересов -ресурсосберегающие технологии в машиностроении, диагностика режущего инструмента.
Аринин Дмитрий Вадимович, аспирант той же кафедры, окончил УлГТУ. Работает над повышением эффективности шлифовальных операций путем использования низкочастотных акустических сигналов для управления процессом шлифования.
