WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Так же во второй главе предложено в термо-силовой модели за оценку [Pд ] критерия износа инструмента взять допустимую силу резания, а не износ инструмента по задней грани. Так как силы резания можно измерять в процессе резания, а для измерения износа по задней грани необходимо прерывать процесс обработки. Тогда модель (7) будет иметь такой вид:

n [Pд ] T = G (8) ai i =Pi r + Pie Третья глава диссертации посвящена разработке методики расчета и средств измерений амплитудно-частотных характеристик автоколебательного процесса токарной обработки для прогнозирования стойкости режущего инструмента.

В предложенной методике для исследования ТС была разработана линейная модель (9), учитывающая регенеративный механизм возбуждении колебаний при резании по следу поверхности обработанной на предыдущем обороте заготовки и позволяющая строить диаграммы виброустойчивых режимов резания. Динамические параметры технологической системы Mx,z, cx,z, kx,z и коэффициенты модели силы резания Kp идентифицировались эмпирическим путем. По полученным значениям Mx,z, cx,z, kx,z, Kp рассчитывались частотные характеристики колебаний технологической системы в процессе резания. В нелинейной модели (6) учитывалась зависимость силы трения от скорости резания с помощью эмпирического фрикционного коэффициента. Данная методика позволила рассчитать параметры колебаний режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности в зависимости от режимов резания, жесткостных характеристик технологической системы и свойств обрабатываемого материала.

Экспериментальные исследования проводились при продольном точении жаропрочного никелевого сплава ХН73МБТЮ (ЭИ698). В качестве инструмента применялись токарные резцы, оснащенные твердым сплавом ВК10хом. Изменяя жесткость державки, варьировали динамическими параметрами данной технологической системы.

Для расчетной схемы колебаний, представленной на рис. 1, без учета нелинейных сил трения уравнения модели приводятся к системе линейных дифференциальных уравнений перемещения режущей кромки:

Z(t) - Z(t -To) Mxx + cxx + kxx = -Kxb[So+ x(t) - x(t - (To + ))] noR Z(t) - Z(t - To) Mzz + c z + kzz = -Kzb[So + x(t) - x(t - (To + ))] (9) z noR Методы определения коэффициентов Kx, Kz модели сил резания разработаны на базе экспериментов по прямоугольному свободному резанию исследуемого обрабатываемого материала при точении детали с постоянной глубиной резания. При проведении экспериментов использовались специальные образцы трубчатой формы. В процессе точения измерялись значения составляющих силы резания в направлении скорости резания Pz, и в направлении подачи Px при различных значениях подачи s0. Из полученных результатов были найдены коэффициенты модели сил резания:

Kх=1,6*109 Н/мм2, Kz=5,2*109 Н/мм2.

Для идентификации параметров Mx,z, cx,z, kx,z динамической модели технологической системы был использован метод, основанный на экспериментальных исследованиях. Он заключается в возбуждении тестируемой технологической системы с помощью виброударного молоточка и измерении возникающих вибраций. Полученные в результате измерений данные анализировались с помощью специальных программ обработки сигналов, которые используют Фурье-преобразование и описаны в работе.

При изменении жесткости державки были получены следующие динамические характеристики нашей системы:

ТС№1: Mx=0.074 кг, kx=7.74*107Н/м, cx=3%, Mz=0.57 кг, kz=5.9*108Н/м, cz=4%.

ТС№2: Mx=0.063 кг, kx=1.3*107Н/м, cx=9%, Mz=0.095 кг, kz=1.7*107Н/м, cz=9%.

ТС№3: Mx=0.063 кг, kx=1*107Н/м, cx=14%, Mz=0.096 кг, kz=1.67*107Н/м, cz=5%.

ТС№4: Mx=0.1 кг, kx=8.4*106Н/м, cx=7.9%, Mz=0.087 кг, kz=6.7*106Н/м, cz=7%.

ТС№5: Mx=0.134 кг, kx=5.5*106Н/м, cx=7%, Mz=0.092 кг, kz=4.1*106Н/м, cz=7%.

Используя полученные коэффициенты: Mx,z, kx,z, cx,z, ТС №2, были сделаны расчеты перемещения режущей кромки инструмента на различных режимах резания. Пример полученной зависимости приведен на рис.2.

Рис.2. График изменения рассчитанных перемещений режущей кромки инструмента во времени при точении сплава ХН73МБТЮ на режиме резания b =1 мм, V = 20 м/мин, s0 = 0,1 мм/об, для ТС №2.

Численно интегрируя уравнения (9), исследуется устойчивость процесса методом установления, согласно которому процесс считается устойчивым, если после затухания всех переходных явлений амплитуда колебаний не увеличивается.

Для идентификации параметров нелинейной модели (6) установим связь между скоростью резания и амплитудой перемещений кромки инструмента через эмпирический фрикционный коэффициент. Результаты испытания с различной скоростью резания 10-30 м/мин и замером амплитуды вибраций кромки инструмента изображены на рис.3.

0 50 100 10 15 20 25 Амплитуда, мкм V, м/мин Рис. 3. Влияние скорости Рис.4. График рассчитанных резания на амплитуду перемещений амплитудно-частотных характекромки инструмента. ристик процесса резания при изменении жесткости державки на режиме резания b =1 мм, V = м/мин, s0 = 0,12 мм/об.

С использованием полученных экспериментальных данных были подобраны значения коэффициента. Зависимость (V) аппроксимировали экспоненциальной функцией =10325e-0,2525V.

Подставив зависимость (V) в уравнение (6), получим систему нелинейных дифференциальных уравнений позволяющую описывать колебания технологической системы в двух взаимно перпендикулярных направлениях при заданных жесткостных характеристиках технологической системы: Mx,z, kx,z, cx,z на различных режимах резания при токарной обработке.

Z(t)-Z(t-To) Mxx - cxx (1- (a1ea V ) x ) + kxx = -Kxb [S + x(t) - x(t - (To + ))] noR Z(t) - Z(t - To) - Mzz czz (1- (a1ea V ) z ) + kzz = -K b[S + x(t) - x(t - (To + ))] (10) Z nOR где a1,a2-эмпирические коэффициенты.

Амплитуда, мкм Частота, кГц Рассчитанные амплитудно-частотные характеристики процесса резания при изменении жесткостных характеристик технологической системы (№1,2,3,4,5) на режиме резания b =1 мм, V = 28 м/мин, s0 = 0,12 мм/об, представлены на рис.4.

Предложена методика прогнозирования стойкости режущего инструмента в процессе токарной обработки с учетом вибраций.

Для этого сначала были определены коэффициенты термо-силовой модели стойкости инструмента: G = 3.11014, r=4.1, a=0.0332.

Используя амплитуды и частоты колебаний при изменении жесткостных характеристик технологической системы (№1,2,3,4,5), вычисленные ранее, рассчитаем динамические значений ширины, толщины срезаемого слоя и относительную скорость движения между инструментом и заготовкой. Ширина резания и толщина меняются незначительно для всех пяти случаев, поэтому их изменениями можно пренебречь, а изменения скорости для пяти ТС будут следующими:

ТС№1 28±3 м/мин, ТС№2 28±5 м/мин, ТС№3 28±6 м/мин, ТС№4 28±м/мин, ТС№5 28±10 м/мин.

Подставляя эти значения в формулу (7), получим следующие значения стойкости инструмента для пяти ТС: ТС№1 21 мин., ТС№2 20,5 мин., ТС№19 мин., ТС№4 16 мин., ТС№5 11 м/мин.

Экспериментальные данные для моделирования получены на диагностическом стенде, разработанном на базе токарного станка фирмы Jesco Machinery 1650ENC с ЧПУ системы Fagor 800TGI, укомплектованного трехкомпонентным динамометром «Kistler 9257ВА», акселерометром «Kistler 8614A1000M1» с усилителем и фильтром сигнала «Kistler 5127В» и трех компонентным акселерометром “ГлобалТест АР2043-50” с высокочастотным фильтром сигнала. В качестве УМСД в системе используется модуль USB3000 производства НПГ "R-Technology". Универсальный модуль сбора данных (УМСД) обеспечивает максимальную скорость 3 млн.

преобразований в секунду.

Четвертая глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям по обоснованию выбора нелинейной динамической модели и методики расчета стойкости инструмента в зависимости от колебаний сил и контактных температур при непрерывном процессе токарной обработки с автоколебаниями.

В главе проведен сравнительный экспериментальный анализ значений амплитудо-частотных характеристик, рассчитанных по линейной (9) и нелинейной (10) моделям.

Основным источником возбуждения вибраций в линейных системах вида (9) является регенеративный механизм. В системах с большой жесткостью и демпфированием вибрации быстро затухают, поэтому в системе вида (9) при наличии начального возмущения при каждом новом обороте заготовки происходит резкий всплеск вибраций, которые очень быстро затухают и до начала следующего оборота вибрации отсутствуют (рис.2).

Рис.5. Экспериментальные результаты измерений амплитудночастотных характеристик процесса резания.

Как показали экспериментальные исследования, вибрации в процессе резания устанавливаются на стационарном режиме (рис.5), так как есть и другие механизмы, вызывающие вибрации в процессе резания. Используя нелинейную систему дифференциальных уравнений, учитывающую фрикционные явления между инструментом и заготовкой, получили зависимость вибрационных перемещений инструмента во времени (рис.6).

Результаты экспериментальных исследований подтвердили с достаточной точностью данные, рассчитанные по модели (6) (рис.7).

Рис.6. Пример численного решения системы нелинейных уравнений описывающих вибрационные перемещения кромки инструмента.

Aэксп,мкм. Aрас,мкм.

Aэксп,мкм. Aрас,мкм.

6 0 0,1 0,2 0,3 0,b,мм. S,мм/об.

Рис. 7. Рассчитанные по нелинейной модели Арас и экспериментальные Аэксп результаты влияния а) глубины резания и б) подачи на амплитуду колебаний.

А,мкм.

А,мкм.

В этой главе было произведено сравнение экспериментальных и расчетных данных стойкости инструмента из твердого сплава ВК10хом при обработке ХН73МБТЮ на режиме резания b =1 мм, V = 28 м/мин, s0 = 0,мм/об при изменении жесткости технологической системы, которые представлены на рис. 8.

Tрасч Tэксп № ТС Рис.8. Расчетная и экспериментальная зависимость стойкости инструмента от жесткости технологической системы.

Из рис. 8 можно сделать вывод о хорошем (<15%) совпадении результатов расчета и эксперимента, что является доказательством адекватности предложенных методик и формул.

В пятой главе разработаны инженерные методики по оценке динамических характеристик технологической системы и определению эффективных режимов токарной обработки деталей из жаропрочных сплавов с учетом возбуждаемых вибраций.

Инженерная методика по оценке динамических характеристик технологической системы состоит в возбуждении системы вибро-ударным молотком с пьезоэлектрическим датчиком силы, измерении вибраций акселерометром и в обработке полученных данных с помощью цифроаналоговых преобразователей и программного обеспечения, Стойкость, мин позволяющего провести амплитудно-частотный анализ с определением обобщенной массы ТС, коэффициентов жесткости и демпфирования.

С помощью методики по расчету режимов резания с учетом амплитудно-частотных параметров процесса обработки уточняются режимы резания для заданных стойкости инструмента, динамических параметров технологической системы, свойств обрабатываемого материала и термосиловых характеристик процесса резания.

На базе этих методик определены нормативы на эффективные режимы токарной обработки деталей из группы жаропрочных сплавов (ХН73МБТЮ, ХН62ВМЮТ, ХН60ВТ, ХН77ТЮ) учитывающие динамику процесса резания.

Общие выводы по работе 1. В диссертационной работе решена важная научно-техническая задача повышения производительности токарной обработки маложестких деталей из жаропрочных никелевых сплавов за счет выбора рациональных режимов резания на основе построенных динамической модели процесса точения и функциональной зависимости стойкости инструмента, учитывающей вибрации при резании.

2. Применение разработанных моделей, методик и алгоритмов за счет интенсификации режимов резания с учетом выявленного влияния вибраций на процесс резания обеспечило повышение производительности токарной обработки маложестких деталей из жаропрочных сплавов на 40%.

3. Разработанная нелинейная динамическая модель процесса токарной обработки, описывающая автоколебания технологической системы, возбуждаемые по регенеративному механизму и за счет фрикционных явлений при взаимодействии инструмента и заготовки, позволяет рассчитывать вибрационные перемещения инструмента в зависимости от жесткостных характеристик технологической системы, свойств обрабатываемого материала и режимов резания.

4. Установленная и подтвержденная экспериментами расчетная зависимость износа инструмента от сил резания и температур при автоколебательном процессе токарной обработки позволяет прогнозировать стойкость режущего инструмента в зависимости от жесткостных характеристик технологической системы, свойств обрабатываемого материала и режимов резания.

5. Разработанная инженерная методика по идентификации параметров динамической модели позволяет определять жесткость технологической системы “станок-приспособление-инструмент-деталь”.

6. На основании полученных научно-технических результатов был разработан и внедрен на ФГУП ММПП «Салют» автоматизированный стенд, измеряющий силы и вибрации в процессе резания для ускоренного выбора технологических условий токарной обработки деталей.

7. По результатам проведенных исследований разработаны и рекомендованы к внедрению в производство технологические рекомендации по выбору рациональных режимов токарной обработки деталей типа колец и дисков из жаропрочных никелевых сплавов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Горелов В.А., Яковлев М.Г. Выбор оптимальных режимов резания акустико-эмиссионным методом. // Актуальные проблемы Российской космонавтики. Материалы ХХХ1(31) академических чтений по космонавтике. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. с.473-474.

2. Горелов В.А., Черкасова Н.Ю., Яковлев М.Г. Применение автоматизированных систем диагностики на ФГУП “ММПП Салют” для ускоренного выбора оптимальных условий обработки резанием деталей газотурбинных двигателей. // Крылья родины. Национальный авиационный журнал. 2007. №11, с.27-29.

3. Яковлев М.Г., Черкасова Н.Ю. Автоматизированная система диагностики для ускоренного выбора оптимальных условий обработки резанием деталей из жаропрочных сплавов. // Новые материалы и технологии НМТ-2008.

Материалы Всероссийской научно-технической конференции т.2. Москва, 2008. с.58-59.

4. Черкасова Н.Ю., Яковлев М.Г. Моделирование вибраций режущей кромки инструмента при обработке никелевых сплавов в условиях автоколебаний. // Сборник трудов всероссийской конференции молодых ученых и специалистов “Будущее машиностроения России”. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. с. 56-57.

Pages:     | 1 || 3 |






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