WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

станок для виброэжекторного сверления «Торнадо-20» и обрабатывающий центр, созданный на основе модернизации сверлильно-фрезерно– 9 – расточного станка модели 24К40CФ4. На станках были установлены:

специальная оснастка для крепления заготовки; вибросуппорт и специальная компьютерная система управления.

Рис. 5. Схема для анализа влияния углового расположения направляющих элементов на устойчивость процесса обработки Для установки деталей был изготовлен специальный патрон (рис. 7), позволяющий сверлить отверстия с горизонтальным (станок «Торнадо20») и вертикальным расположением шпинделя (обрабатывающий центр на базе 24К40СФ4).

Для крепления инструмента разного диаметра был создан специальный патрон с гидрозажимом инструмента, что позволило производить быструю смену инструмента. Для осуществления импульсной схемы сверления прерывистых отверстий разработан мембранный исполнительный механизм (рис. 8), который более технологичен при сверлении вращающимся инструментом и обладает высоким быстродействием.

Предложена математическая модель исполнительного механизма вибросуппорта в виде дифференциального уравнения, описающего деформации мембран:

d z P r 1 d d 1 d r r =, (2) [ ] { } r d r d r r d r d r D z P r где r — текущий радиус мембраны, — деформация (прогиб), — интенсивность нагрузки, D — цилиндрическая жесткость мембраны.

Интегрирование уравнения (2) позволяет получить уравнение прогибов мембран:

A P d z = C1C2 2C3ln C4 ln. (3) D 64 D где — безразмерный радиус, =r/d.

– 10 – Рис. 6. Схема определения длины направляющих элементов сверла и длины сверления для патронов серии ПС-Рис. 7. Патрон для сверления корпусов патронов ПС Рис. 8. Схема работы исполнительного механизма На основе схемы (рис. 9), описывающей работу вибросуппорта с мембранным исполнительным механизмом, принятия допущений о постоянстве жесткости мембран и пренебрежения вязким трением уравне– 11 – ние осевого перемещения инструментального шпинделя вибросуппорта можно записать в виде:

d x md x F sign = S P t - Qпр C y sign y P, (4) тр p уп d t d tF где m — масса подвижной части вибратора, — сила трения направтр ляющих элементов сверла, y — толщина срезаемого слоя, S — разность P t площадей мембран, — перепад давления в полости вибратора, C Cр — жесткость мембраны, — жесткость резания.

Собственная частота инструментального шпинделя определялась по формуле =1/2 C /m, что позволило прогно и равнялась 700 с-зировать устойчивую работу вибросуппорта в дорезонансном режиме, так как диапазон рабочих частот вибросверления составляет 1100 с-1.

Для обеспечения управления параметрами вибрационного сверления прерывистых отверстий была разработана и создана компьютерная система управления, в которой управляющая часть привода и ЧПУ были совмещены и работают на одном процессоре.

Рис. 9. Схема исполнительно го механизма вибросуппорта Структура системы числового программного управления (ЧПУ) приведена на рис. 10.

Рис. 10.

Структура системы ЧПУ «Интеграл» Управляющий модуль реализован на базе контроллера движения.

Кроме функций управления приводом (контур тока, контур скорости) добавлены функции ЧПУ (контур слежения по положению) и контроллера электроавтоматики. Объединение трех контуров управления на од– 12 – ном процессоре позволяют реализовать адаптивные алгоритмы управления, которые невозможно реализовать при другой структуре ЧПУ.

Совмещение управляющей части привода и ЧПУ и быстродействие контура положено в пределах 5 кГц позволяет диагностировать траекторию вибрационного перемещения инструмента. При таком быстродействии возможно компенсировать отклонение от траектории за счет изменения тока в силовом транзисторе.

Разработанная система позволяет поддерживать жесткую линейную x/n связь между частотами вибраций и вращения шпинделя и отно2 Ax/Sшение размаха колебаний к подаче на оборот с точностью до 0,5%.

Разработанная система управления позволяет производить косвенную диагностику силового нагружения инструмента в режиме реального времени на основе компьютерного контроля величин эффективного тока в обмотках двигателя, который является функцией момента электродвигателя, а значит (при постоянной частоте вращения) и характеристики силового нагружения (составляющие силы резания и крутящего момента на шпинделе).

Особенно эффективен способ косвенной диагностики при определении текущей величины момента кручения на инструменте, который более информативен для оценки силового нагружения режущей части при обработке отверстий, чем величина осевой силы. Из-за малых абсолютных значений момента и трудностей регистрации сигнала для вращающегося инструмента в известных диагностических системах этот параметр практически не применяется в качестве диагностики.

Косвенная диагностика силового нагружения по определению изменения тока нагрузки позволяет одновременно диагностировать крутящий момент, осевую силу, а также радиальную нагрузку на направляющие элементы сверла, что очень важно при применении сверл одностороннего резания.

Значительный эффект даёт и применение непрерывной диагностики силового нагружения в режиме реального времени при обработке прерывистых отверстий, где контроль за скачками нагрузки позволяет диагностировать протекание процесса обработки и изменять режимы обработки для предотвращения поломок инструмента при резком изменении нагрузки при входе и выходе инструмента в пересекающиеся отверстия, пазы и т.д. (рис. 11).

Разработанная система управления позволяет осуществлять вывод диагностических сигналов на монитор, задавать пороговые значения диагностируемых параметров, а также осуществлять передачу информации и управление процессом обработки по сети (рис. 12).

– 13 – Рис. 11. Диагностические графики Рис. 12. Общий вид системы ЧПУ – 14 – В четвертой главе приведены результаты исследований с целью оптимизации качества и точности обработки прерывистых отверстий в сверлильных патронах модели ПС.

Исследования проводились при сверлении с наложением вибрации на инструмент в осевом направлении и без вибраций. Они показали, что с уменьшением угла в плане (рис. 13) шероховатость поверхности и =0° увод уменьшается и достигает наименьшего значения при, поэтому все последующие эксперименты проводились с применением сверла =0° одностороннего резания с углом в плане.

R, a Рис. 13. Влияние угла в мкм плане на 6 Ra шероховатость при различных скоростях S =50 мм/мин резания, режущая часть сверла 3 ВК8:

=45° =30° 1 —, 2 —, =10° =0° 3 —, 4 — V, м/с 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,С увеличением скорости резания (материал режущей части К20 по IS0) от 0 до 0,33 м/с шероховатость резко увеличилась (рис. 14), после чего начинала уменьшаться, достигая минимального значения при V 0,67 м/с. В среднем шероховатость поверхности в 1,5-2 раза ниже при сверлении с вибрациями, что объясняется дополнительным вибрационным выглаживанием направляющими элементами и улучшением условий попадания жидкости на контактные площади инструмента в момент вывода режущих кромок.

С увеличением подачи резко растет шероховатость (рис. 15), но при сверлении с вибрациями интенсивность роста шероховатости в 2- раза меньше, чем при безвибрационном сверлении. Для определения взаимного влияния скорости резания и подачи на шероховатость поверхности был проведен полный факторный эксперимент и на основе полученного y=b0 xb1 x1b2 x2b12 x1 xуравнения регрессии в виде y=Ra ; x1=n ;b2=S был проведен поиск оптимума по методу крутого восхождения. Шероховатость обработки определилась на профиллографе-профилометре (рис. 16). В результате получена математическая моy=5,34-0,83 x11,27 xдель в виде, адекватно отражающая взаимосвязь между параметрами режима обработки и шероховатостью поверх– 15 – ности, определено значение режимов, обеспечивающих минимальную шероховатость. На рис. 17, 18 показаны результаты сравнительной оценки шероховатости поверхности при вибросверлении и безвибрационном сверлении, полученные на специальном модернизированном инструментальном микроскопе с компьютерной обработкой.

3,0 3,a R, a R, мкм мкм 2,5 2,2,0 2,1,5 1,1,0 1,0,5 0,V, м/с S, мм/об 0,0 0,0,0 0,5 1,0 1,5 0,01 0,03 0,05 0,Рис. 14. Влияние скорости Рис. 15. Влияние подачи S Ra Ra резания V на шероховатость на шероховатость поверхности поверхности =90° S =50 мм/мин =90° S =50 мм/мин (, ) (, ) сплошная линия — с вибрациями, пунктирная — без вибраций Рис. 16. Образцы профилограмм при проведении факторного эксперимента Проведен комплекс исследований по установлению влияния геометрических и конструктивных параметров на процесс сверления прерывистых отверстий с целью проверки закономерностей установленных в результате теоретического анализа. Установлено оптимальное значение угла обратной конусности (рис. 19), ширины калибрующей ленточки (рис. 20) и углов расположения направляющих элементов сверла (рис. 21), которые хорошо согласуются с теоретическими.

– 16 – а) б) Рис. 17. Рельеф поверхности после сверления:

а — сверление без вибраций, б — сверление с вибрациями а) б) Рис. 18. Контур структуры поверхности после сверления:

а — сверление без вибраций, б — сверление с вибрациями =-5°5° Выявлено, что изменение переднего угла в пределах и заднего угла в пределах 4…12 при сверлении без вибраций практически не влияет на шероховатость поверхности. При сверлении с вибрациями задний угол должен соответствовать 10…12 при размахе колебаний A=S0 A=2 Sинструмента, и 12…17 при размахе колебаний.

Передний угол при сверлении прерывистых отверстий с вибрациями =-5°5° целесообразно назначать в пределах. С целью упрощения =0° заточки рекомендуется.

Одним из главных условий, влияющих на качество обработки при глубоком сверлении является правильный выбор смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС). Поэтому были проведены сравнительные исследования с применением следующих СОТС: 1) всухую, 2) сульфагал 50%, 3) СОТС ГСВ-1, 4) МР-3, 5) эмульсол 10%, 6) минеральное масло ИС-12.

– 17 – 1,8 2,R a, a R, 2,мкм мкм 1,2,1,2,1,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0,0,f, мм 2, мин 0,2 0,0 10 20 30 40 50 0,0 1,0 2,0 3,0 4,Рис. 19. Влияние угла обратного Рис. 20. Влияние ширины конуса на калибрующей ленточки f на Ra режущей пластине на шероховатость поверхности:

Ra шероховатость поверхности:

сплошная линия — с вибрациями, сплошные линии — с вибрациями, пунктирная — без вибраций пунктирные — без вибраций;

тонкие линии — V =0,33 м/с, V =2 м/с толстые — 1,0 1,0 1,a R, a R, a R, мкм мкм мкм 0,8 0,8 0,0,6 0,6 0,0,4 0,4 0, 1, град 2, град 3, град 0,2 0,2 0,30 60 90 120 120 150 180 210 210 240 270 a) б) в) 1 2 Рис. 21. Влияние углов положения направляющих элементов,, Ra на шероховатость поверхности ( V =2,0 м/с, S=0,02 мм/об ):

а, б — с двумя направляющими, в — с тремя направляющими;

сплошная линия () — с вибрациями, пунктирная () — без вибраций – 18 – Результаты исследования показали, что при прерывистом вибросверлении наилучшие результаты обеспечивают 50% сульфагал и СОТС ГСВ-1, выпускаемые Ивановским хим. заводом.

В таблице 1 и на рис., 23, 24 показан результат экспериментов по влиянию различных факторов на точностные параметры отверстий при прерывистом сверлении: разбивка, конусность, овальность.

Таблица 1. Результаты измерений отверстий Отклонение от размера 8,000 мм в поперечД0 р ов к № Продольное,,,, Д, ном сечении, мкм отв. сечение мм мм мкм мкм мкм I – I II – II А – А 0,06 0,Б – Б 0,08 0,10 8,I 8,009 -0,1 5,3 3,В – В 0,08 0,Г – Г 0,05 0,А – А 0,04 0,Б – Б 0,06 0,II 8,009 8,0066 -2,4 3 4,В – В 0,05 0,Г – Г 0,03 0,А – А 0,08 0,Б – Б 0,07 0,III 8,009 8,0098 0,8 4 2,В – В 0,11 0,Г – Г 0,07 0,5,, 4 мкм мкм 3 2 1 0 -1 --2 -2А, мм V, м/с -3 -0,00 0,33 0,67 1,00 1,33 1,67 2,00 0,00 0,01 0,02 0,03 0,а) б) Рис. 22. Влияние скорости резания V и амплитуды вибраций на точность обработки :

S=0,02 мм/об V =2,0 м/с, S=0,02 мм/об а — ; б — ;

р к ов — разбивка ; — конусность ; — овальность – 19 –, мкм, мкм ---2 ', мин -0 15 30 45 -, град -б) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 а) Рис. 23. Влияние главного угла в плане и угла обратной конусности ' на точность отверстия ( V =0,2 м/с, S=0,02 мм/об ):

сплошная линия (,, ) — с вибрациями;

пунктирная линия (,, ) — без вибраций;

р к ов, — разбивка ;, — конусность ;, — овальность 2,, мкм мкм ---i, мм i, мм -8 --0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,01 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,а) б) Рис. 24. Влияние радиального смещения i режущего лезвия сверла на точностные параметры отверстия :

а — для сверла с двумя направляющими, б — для сверла с одной сплошной направляющей;

,, — разбивка, конусность и овальность соответственно – 20 – ВЫВОДЫ 1. Осевые импульсные колебания инструмента увеличивают точность обработки прерывистых отверстий в 1,5-2 раза по сравнению с безвибрационным сверлением.

2. Импульсная форма колебаний (пилообразные и треугольные) с меньшей длительностью фронта импульса по сравнению с длительностью спада импульса увеличивает динамическую жесткость инструмента при прерывистом сверлении.

3. Оптимальный угол расположения опорной направляющей относительно режущей кромки сверла одностороннего резания находится в диапазоне и не должен превышать величину угла сектора 6, срезаемого сверлом при врезании в торец заготовки с предварительно просверленным осевым отверстием.

4. Для диагностики стабильности отвода стружки при вибрационном сверлении необходимо производить комплексную кинематическую диагностику перемещения по траектории относительного рабочего движения режущих кромок сверла на основе анализа реальных скоростей формообразующих движений с погрешностью, не превышающей 0,5%.

5. Изменение отношения частоты вибраций к частоте вращения шпинделя в процессе вибрационного сверления не должно превышать ±1%.

6. Изменение отношения подачи на оборот к величине размаха колебаний режущих кромок не должен превышать ±2%.

7. Быстродействие контура тока системы управления при диагностике силового нагружения сверла с целью предотвращения поломки инструмента должно составлять не менее 0,1 мс.

8. Для реализации скоростной диагностики обработки прерывистых поверхностей в режиме реального времени с быстродействием до 0,01 мс необходимо объединять функции ЧПУ и привода в одном процессоре.

– 21 – СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 1. Новое направление в развитии систем ЧПУ на основе компьютеризованных электроприводов переменного тока / Рыбалко А.П. (г. Москва, Россия) // 11-я Международная научно-техническая конференция «Физические и компьютерные технологии». International scientific and technical conference. Харьков, 2005.

2. Система встроенной технологической диагностики для современных шлифовальных станков с ЧПУ / Рыбалко А.П., Ларшин В.П., д.т.н.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»