Исследование сил возникающих в процессе профильного шлифования технологически нежестких протяжек.

 

Схемы сил профильного шлифования протяжек для определения их взаимодействия, представлены на рисунке 8.1. Интерес представляют силы в плоскости OYZ, так как сумма векторов сил по оси X мала или равна нулю.

На рисунке.8.2. представлены силы в зоне резания в плоскости OYZ, в данной системе сил такие составляющие как: силы упругости и сила тяжести постоянны, а сила резания переменная по величине и по результирующими направлению.

 

	Рисунок 8.2 Направление векторов сил в зоне резания

 

Из этого следует задача по исследованию сил возникающих в процессе шлифования и выявлению путей их минимизации.

Под воздействием радиальной составляющей силы резания элементы технологической системы смещаются из исходного состояния, возникающие при этом силы упругости стремятся вернуть систему в исходное состояние. Изменение направления результирующего вектора и его величины возникающих сил приводит к возникновению деформации и колебаний (вибраций) протяжки. Определение технологически «нежесткая» присваивается протяжкам, которые по действием возникающих сил, в процессе обработки, имеют прогибы (отжимы) недопустимые для достижения требуемой точности и производительности.

 

Методы исследований.

При проектировании, изготовлении и эксплуатации инструментов и станков все чаще возникает необходимость решение задач, связанных с динамикой явлений. В первую очередь это относится к обеспечению условий устойчивого движения инструмента и заготовки, т.е. отсутствие так называемых вибраций, «подрывания», «отжимов» или скачкообразного движения элементов системы СПИД. Главным же является обеспечение условий, необходимых для получения детали с минимальными погрешностями размеров и формы, т. е. отсутствия отклонений от заданных устойчивых по­ложений инструмента и заготовки. Такие отклонения возникают как результат различных внешних воздействий на деформиру­емую систему станка (силовых, тепловых, изменения режима обработки и т. п.). О важной роли динамических явлений в станках свидетель­ствует то внимание, которое уделяется исследованию этих явле­ний отечественными и зарубежными учеными. Опубликовано большое количество работ, посвященных отдельным задачам ди­намики процесса шлифования.

Сложность заключается в том, что размеры, вес, конструкция, требования к точности и т. п. обрабатываемой детали изменяются в широких пределах. К тому же, скорости резания изме­няются в пределах нескольких порядков величин, скорости движения изменяются от долей микрона до метров в минуту. Велико многообразие конструктивных компоновок и схем установок заготовки на станке.

При анализе динамической системы, были применены частотные методы. В данной работе выбран диапазон до 10 000, так как амплитуды колебаний больших частот не значительны.

Изучение методик профильной шлифовки протяжек на однотипных заводах авиационной промышленности: г. Москва «Салют», Пермский моторный завод, ОмПО им. Баранова показало, применение «простых» способов минимизации погрешностей (использование разнородных компенсаторов) и отсутствие научно-обоснованных рекомендаций.

При эксплуатации данного вида оборудования, в результате совместного влияния геометрических, кинематических и динамических параметров на процесс обработки возникают проблемы по обеспечению требуемой точности обработки и при повышении производительности.

Достижение поставленной цели обеспечивается при решении научной задачи, состоящей в экспериментально - аналитическом исследовании точности обработки и оценки влияния различных параметров настройки станка, режимов обработки и динамических характеристик отдельных узлов с использованием современных методов решения этих задач на ПЭВМ. Действующие во время обработки факторы, преодолевая сопротивление элементов системы станка, вызывают упругие перемещения звеньев, вибрации. В итоге нарушается заданная траектория относительного движения обрабатываемой детали и режущего инструмента и на детали появляется погрешность. Для съема слоя материала с детали в системе станка необходимо создать натяг, с помощью которого обеспечивается равновесие сил резания, сопротивления их моментов. Как только режущий инструмент начинает врезаться в деталь, возникают силы резания, внутренние силы сопротивления материала, препятствующие удалению с него снимаемого слоя, и силы трения.

Поскольку не существует технологических систем с абсолютной жесткостью, то в процессе резания всегда будет натяг, и следовательно, глубина резания всегда будет отличаться от припуска на величину натяга.

 

Экспериментальные методы.

Исследование динамических и статических параметров элементов системы производились с использованием виброизмерительной аппаратуры.

При проведении исследовательских работ на жесткость наблюдается тенденция перехода от применения динамометров с ручной нагрузкой и от измерения перемещений универсальными средствами к более совершенным приборам с автоматической регистрацией нагрузочно - разгрузочных характеристик и с высокоточными методами измерения деформаций.

Жесткость системы зависит от упругости ее звеньев, и кривая жесткости будет иметь различный вид для работающего и неработающего станка. Поэтому применение бесконтактных методов измерения и снятия кривых жесткости при работе станка дает более точную информацию о его состоянии.

Эксперименты связаны с анализом и оценкой тех динамических процессов, которые возникают системе при ее работе, особенно в процессе резания. Эти процессы оказывают непосредственное влияние на параметры точности обработанных поверхностей (точность формы, волнистость, шероховатость), а также могут привести к недопустимым явлениям (резонансу, возникновению интенсивных автоколебаний), исключающим возможность работы станка с определенными режимами обработки. Специфика шлифования заключается в том, что на возникновение колебаний определяющее влияние оказывает процесс резания. Фундаментальные исследования в этой области были проведены проф. В. А. Кудиновым, который при оценке динамической устойчивости рассматривает станок как многоконтурную замкнутую систему, учитывающую процессы резания и трения. Наибольшее развитие получили испытания, связанные с получением амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), которая позволяет оценить и выявить, влияние основных конструкционных и технологических факторов на динамические характеристики системы. Для снятия этих характеристик применяют специальные контактные тензометрические датчики, которые обеспечивают регистрацию силового воздействия на упругую систему СПИД в определенном диапазоне частот. Отклик системы (колебания элементов системы с некоторой амплитудой) позволяет при помощи АЧХ выявить ее динамическую характеристику.

При проведении таких испытаний обычно используют тензометрические и индуктивные датчики, прецизионные измерительные преобразователи и соответствующую аппаратуру для измерения виброперемещений.

При испытании станков наиболее удобно применять аппаратуру, обеспечивающую автоматизированную обработку результатов и получение АФЧХ на ЭВМ.

Оценивая развитие исследований и методов оценки динамического качества обработки на станках, следует отметить, что наибольшее распространение получили методы, позволяющие выявить области неустойчивой работы станка, определить допустимый диапазон режимов работы, указать слабые элементы, снижающие динамические характеристики (жесткость) системы. Все это необходимо, но недостаточно. Следует также оценивать влияние характеристик инструмента на качество обработанных изделий в зоне устойчивой работы станка. Это необходимо, потому что в пределах неустойчивой работы станка характеристики его качества могут быть весьма различными и не всегда удовлетворять потребителя.[81]

Среди методик исследования вибраций широкое распространение получил метод диагностирования контрольных осциллограмм. Эта методика хорошо зарекомендовала себя при диагностировании механизмов и машин со сложным циклом рабочего процесса.

Он основан на использовании графиков временных функций различных параметров. По виду этих графиков делается заключение о работоспособности и техническом состоянии обследуемого узла.

Метод контрольных осциллограмм применяется для диагностирования узлов станочного оборудования различного технологического назначения. Метод реализуется посредством датчиков и регистрирующей аппаратуры (осциллографов, самописцев, ЭВМ). Рабочие осциллограммы, снятые с проверяемого узла, сравнивают и устанавливают их отличительные признаки (симптомы). На основании симптомов по диагностическим картам определяют элементы оказывающие наибольшее влияние на точность и производительность.

Этот метод широко используется для диагностирования различного оборудования, однако его разработка применительно к станкам имеет ряд особенностей и осуществляется в следующем порядке: 1) составление диагностической модели; 2) оценка диагностической ценности разных параметров; 3) оценка трудоемкости использования параметров для диагностирования; 4) предварительный выбор диагностических параметров; 5) экспериментальная проверка чувствительности к нагрузкам и уточнение диагностической ценности предварительно выбранных параметров; 6) выбор основных диагностических параметров для контрольной осциллограммы; 7) определение внешнего вида и характерных особенностей кривых, соответствующих выбранным параметрам; 8) определение амплитудных значений и допустимых пределов параметров для этих кривых; 9) синтез и экспериментальная проверка контрольных осциллограмм; 10) выявление взаимосвязи между характерными признаками кривых и состоянием обследуемых объектов; 11) накопление статистической информации и ее расшифровка; 12) составление инструкций по взаимовлияний элементов системы.

Результаты по каждому из параметров заносятся в диагностическую таблицу. Она представляет собой таблицу, в которой столбцы соответствуют рабочим параметрам, а строки - описание эксперимента и результаты.

Таблица заполняется следующим образом. Если проверяемый параметр (угловая скорость, подача, характеристики инструмента и т. д.)

При выборе параметров для контрольной осциллограммы целесообразно оценить трудоемкость их регистрации, связанную с использованием датчиков, измерительной аппаратуры и специальной оснастки. Эту трудоемкость для каждого параметра определяли методом экспертных оценок.

Метод контрольных осциллограмм может быть реализован как традиционными приборными средствами, так и с помощью ЭВМ в автоматическом режиме. Использование метода на специализированных испытательных стендах для контроля качества обработки, а также в условиях эксплуатации позволяет повысить надежность и эффективность обработки.

Применение аналоговой аппаратуры имеет ряд преимуществ и недостатков. Основные:

- достоинства метода: Непосредственное измерение параметров колебательного процесса и характеристик узлов станка в реальных условиях, применение однотипной аналоговой аппаратуры (отсутствие аппаратной погрешности АЦП),

- недостатки метода: Высокая трудоемкость. Сложность обработки результатов. Сложен процесс подбора, тарировки виброизмерительной аппаратуры.

Применение ЭВМ

- достоинства метода: Автоматизация обработки результатов.

- недостатки метода: Возможны погрешности от применения разнотипной аппаратуры. Когда теоретическое исследование невозможно или затруднительно, применяют экспериментальные методы. Практические и теоретические исследования могут дополнить друг друга или служить для сравнения.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: