Выбор режима обработки колец подшипников на основе идентификации динамической системы токарного станка Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.941

А.А. Игнатьев, В.В. Коновалов ВЫБОР РЕЖИМА ОБРАБОТКИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ НА ОСНОВЕ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ТОКАРНОГО СТАНКА

Предлагается методика определения рационального режима точения по максимуму запаса устойчивости динамической системы (ДС) токарного станка на основе ее идентификации по автокорреляционным функциям виброакустиче-ских колебаний.

Точение, подача резца, динамическая система, передаточная функция, виброакустические колебания, запаса устойчивости

A.A. Ignatyev, V.V. Konovalov

CHOOSING THE TREATMENT MODE FOR THE BEARING RINGS BASED ON IDENTIFICATION OF THE DYNAMIC LATHE SYSTEM

The article presents a method developed to determine the rational turning mode by the maximum stability of the lathe dynamic system (DS) and based on identifying the autocorrelation vibro-acoustic oscillations functions of the system.

Turning, supply of the tool, dynamic system, transfer function, vibration and acoustic oscillations, stability margin

Для изготовления конкурентоспособной продукции к оборудованию подшипникового предприятия предъявляются высокие требования по качеству и надежности, которые зависят от характера эксплуатации, в частности, оптимизация работы станков по наиболее важным параметрам, например, выбору рационального режима обработки [1, 2].

Качество колец подшипников после операции точение в значительной степени зависит от таких факторов как режим обработки, параметры заготовок и динамические характеристики процесса точения. Для оценки динамических характеристик используется измерение уровня виброакустиче-ских колебаний (ВА) основных узлов формообразующей подсистемы, которые существенно влияют на отклонение от круглости, гранность и волнистость обработанной поверхности, а также в ряде случаев способствуют неблагоприятному изменению физико-механических характеристик поверхностного слоя колец, что снижает надежность подшипников. Обработка результатов измерений ВА колебаний по разработанной методике и сопоставление их с данными о качестве поверхностного слоя колец позволяет выбрать целесообразную подачу инструмента, которая обеспечивает заданное качество поверхности и высокую производительность при предварительном точении [3, 4, 6].

Все рассмотренные ниже исследования по обеспечению повышению производительности обработки колец подшипников проводились в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» и ООО «НПП подшипник - СТОМА». Результаты связаны с определением рациональной скорости вращения заготовки на двухшпиндельном токарном станке ПАБ-350.

Испытания проводились при подаче резца n =0,4 мм/об (материал резца PSKNR16CA-12, пластина SNMG120412-PGSC110V), изменялась скорость вращения заготовки 200 об/мин, 400 об/мин, 500 об/мин, 700 об/мин. Осуществлялось окончательное точение поверхности качения наружных колец подшипника 42726 ( по 3 кольца на каждой подаче) и выполнялось измерения волнистости дорожки качения.

Вибродатчик ДН-3М1 размещен на шпиндельном узле токарного станка ПАБ-350 (рис. 1).

Рис. 1. Размешение вибродатчика на шпиндельном узле токарного стана ПАБ-350

X 1 О*

А кольцо 1

Б кольцо 2

В кольцо 3

Г кольцо 4

Рис. 2. Г рафик вибросигналов при обработки четырёх наружных колец подшипника 42726.01 А - п = 200 об/мин; Б - п = 400 об/мин; В - п = 500 об/мин; Г - п = 700 об/мин

К(т)

А

К(т)

время

..

і

р| Ш'ЛЧ тт

Б время

К(т)

1-

ІіЩШь 1 / ‘'і д.' vWV^лДЛЛ?tfvv VWWWW^A^V1 гwVwv'vrVvvЧД)

1 В:

В время

К(т)

і __

У|1Щь лЛЛЛДААЛПАЛЇЇ vWV^лДЛЛ?tfvv

р1)1|г уЩЩЩЩ

1

Г время

Рис. 3. Автокорреляционная функция для четырёх деталей А - п= 200 об/мин, Б - п= 400 об/мин, В - п= 500 об/мин, Г - п= 700 об/мин

В соответствии с разработанной методикой [6] по зарегистрированными ВА колебанием

определяется автокоррекционная функция (АКФ) и выполняется её аппроксимация аналитическим выражением

Щт) = ^0) • є~°т (1 +mcosWT)cosa0т (1)

где К(0) - значение АКФ при т = 0, а - коэффициент затухания, т - коэф фициент модуляции, О -частота модуляции, СО0 — основная частота АКФ.

Далее вычисляется передаточная функция ДС станка W3 (p) из формулы [7]

K (p) + K (—p) = Wз( p)Wз(—p), (2)

где К(р) - изобретение по Лапласу АКФ.

По полученной передаточной функции вычисляется из них амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) замкнутой ДС, а из неё определяются показатель колебательности Мmax[5] (рис. 4.). Значение Мmax =1.1 считается соответствующие максимуму запаса ДС. С увеличением Мmax запас устойчивости снижается.

Рис. 4. Соотношение исследуемых показателей при обработке на токарном двухшпиндельном станке ПАБ-350

На рис. 4 представлены результаты обработки данных измерений при различных скоростях вращения шпинделя. Из диаграммы видно, что при скорости вращения п=500 об/мин значение волнистости превышает допустимые значения. В то же время показатель колебательности существенно вырос, что свидетельствует об снижении запаса устойчивости ДС.

Результаты измерения показывают, что целесообразной для станка ПАБ -350 является скорость вращения шпинделя 400 об/мин, при этом по сравнению с используемой ранние в производстве подачей 0,35 мм/об, производительность повышается на 15% с сохранением заданных параметров качества колец подшипника.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кудинов В.А. Динамика станков / В.А. Кудинов. М: Машиностроение, 1967. 359 с.

2. Точность и надежность автоматизированных прецизионных металлорежущих станков: в 3 ч. Ч. 2 / Б.М. Бржозовский А.А. Игнатьев, В.А. Добряков, В.В. Мартынов. Саратов: СГТУ, 1994. 156 с.

3. Коновалов В.В. Исследования вибрации на токарном двухшпиндельном станке ПАБ-350 /

В.В. Коновалов, В.А. Добряков, М.В. Виноградов // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2010. С. 54-57.

4. Коновалов В.В. Экспериментальные исследования точности обработки на токарных станках ТП-3503 и ПАБ-350 / В.В. Коновалов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2011. С. 140-142.

5. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. М.: Наука, 1975. 768 с.

6. Коновалов В.В. Идентификация динамической системы по автокорреляционной функции виброакустических колебаний / В.В. Коновалов, А.А. Игнатьев, С.А. Игнатьев // Вестник СГТУ. 2011. № 4 (60). С. 130-133.

7. Скляревич А.Н. Операторные методы в статической динамике автоматических систем / А.Н. Скляревич. М.: Наука, 1956. 460 с.

Игнатьев Александр Анатольевич -

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автоматизация, управление, мехатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Aleksander A. Ignatyev -

Dr. Sc., Professor

Head: Department of Automation, Control, Mechatronics Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Коновалов Валерий Викторович -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Статья поступила в редакцию 10.10.13, принята к опубликованию 15.12.13

Valery V. Konovalov -

Ph. D., Associate Professor

Department of Engineering Technology

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov