Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

TECHNOLOGICAL SUPPORT ACCURACYMACHINING ON CNC MACHINES

Kuznetsov A.S. 1 Drozdov A.A. 1
1 Perm National Research Polytechnic University
Turning take a commanding position in the machining, is used as for roughing and high-precision machining. Today there is no tool life method for forecasting, depending on the variable allowance workpiece. In work considers the nature of load fluctuations on controlled axes turning machines, the quality of the surface layer of the workpiece. The objective of the study is to provide recommendations to adjust the cutting process, which allows to characterized stationary and transient processes in a variable cutting. These parameters are directly related to the characteristics of precision machining of surfaces on the used equipment. A mathematical model based on the spectral density of the correlation function of the process is characterized by taking place in the technological system changes and, as a result, identifies the impact of the profile settings to change the load on the drive machine and obtaining the output characteristics of the treated surface.
mathematical modeling machining process.
technology ensuring the accuracy
turning
В современном машиностроении широко применяется и постоянно совершенствуетсяоборудование с ЧПУ. Внедрение такого оборудования предполагает решение ряда сопутствующих задач: обучение персонала, совершенствование технологии изготовления, применение систем быстрой переналадки и т.д. Одним из важных критериев является стойкость инструмента. Для прогнозирования стойкоститребуется строгое соблюдение рекомендаций режимов резания, которые предлагают производители инструментов. На данный момент не существует рекомендаций для увеличения жизненного цикла инструмента в условиях переменного резания.

Все инструменты, в зависимости от совершения движения резания и подачи (одновременно или в разное время) делятся на группы[1]:

1.             Инструмент с простым движением, при котором движение резания и движение подачи выполняются раздельно.

2.             Инструмент со сложным движением, при котором движение резания и движение подачи происходят одновременно.

К резанию в условиях постоянного контакта с материалом относится точение, сверление, зенкерование, развертывание, протягивание и т.д. С помощью такого типа обработки изготавливается наибольшее количество деталей цилиндрической формы. Данный вид механической обработки является наиболее распространенным не вызывает существенных проблем. С другой стороны, выступает ряд изделий, предполагающий прерывистую обработку с переменной нагрузкой, например: фрезерования, шлицефрезерование, зубофрезерование, эксцентричное точение, точение в условиях переменной величины припуска и др. Отличительной чертой такой обработки является резание с переменной величиной нагрузки в сечении срезаемого слоя, при этом другие характеристики процесса резания испытывают постоянное изменение от минимального до наибольшего значения. Колебания нагрузки при изменении силы резания приводят к появлению вибраций, увеличению шероховатости поверхностного слоя и уменьшению точности размеров, усиленному износу режущей поверхности инструмента. Такого рода факторы, в свою очередь, вызывают снижение стойкости инструмента, появление зазоров и люфтов в технологической системе. В ряде случаев процесс прерывистой обработки с переменной нагрузкой имеет ряд преимуществ, особенно при получении большого количества разнообразных по профилю поверхностей, а также сложных объемных поверхностей, механическая обработка которых представляет трудности в современном машиностроении. В данном случае поверхность инструмента, вращаясь со скоростью резания, находится в контакте с материалом малый период времени, при этом снижается температурное воздействие на режущую кромку инструмента, повышается теплоотвод.

Методы исследования

В работеисследованы показатели процесса для условий постоянного резания с переменной величиной снимаемого слоя, а именно, качество поверхностного слоя обрабатываемой заготовки, характер колебания нагрузки на управляемые оси используемого оборудования. Данные показатели определяют характер протекания процесса резания, величину пластической деформации обрабатываемой поверхности материала, и качественные величины процесса резания.

Существует ряд факторов, таких как: неоднородность структуры материала, внутренние напряжения, коробление – которые оказывают влияние на неравномерность распределения припуска на формируемых поверхностях. Неравномерный припуск приводит к снижению стойкости инструмента (и как следствие производительности) и к отклонению формы изделий. Способ получения заготовки, её размеры, материал, геометрическая форма согласно ГОСТ7062-90 [3] может учитывать величину неравномерности профиля и принимать следующие значения:

1.             для гладких поковок круглого и прямоугольного сечения, а также круглого сечения с уступами длиной до 1000 мм и диаметром до 140 мм колебания припуска (неравномерность) составит 4 мм;

2.             диаметром от 140 мм до 200 мм – 5 мм;

3.             диаметром от 200 мм до 280 мм – 6 мм.

Наибольшее распространение в современном машиностроении получили изделия типа «тело вращения», поэтому остановимся на рассмотрении данной группы. В зависимости от назначения для обработки таких деталей используют различные виды оборудования, обрабатывающие центры и автоматические линии. Токарная обработка занимает главное место в механообработке, используется при черновой (14 квалитет) и при высокоточной (5-6 квалитет) обработке.

Задачей исследования является получение рекомендаций для корректировки процесса резания, что позволяет полностью характеризовать стационарный и переходный процессы в условиях переменного резания. Эти показатели напрямую связаны с характеристиками точности обработки поверхностей на использованном оборудовании.

Рис.1.  Профиль обрабатываемой заготовки

В качестве объектаисследования используется моделирование динамики станка в условиях переменного резания при стационарных и переходных процессах резания.

В работе исследовано влияние величины припуска на изменение нагрузок на приводе станка. Получены зависимости для оценки величины отклонения формы обрабатываемой детали.

В качестве эксперимента производилась токарная обработка цилиндрической заготовки переменного профиля, имеющей равномерные предварительно подготовленные трапецеидальные выступы. Материал заготовки – сталь 40Х. Применялось токарное оборудованиефирмы OkumaMultusB200. Мощность шпинделя 22/15 кВт, частота вращения до 5000 об/мин. В качестве инструмента использовался резец и пластина фирмы SandvikCoromant. Оправка DCLNR 2525M 12, режущая пластина CNMG 120408 PM 4225. Режимы резания были подобраны по каталогу.

Результаты исследования

Во время точения профиля можно наблюдать изменения мощности  с помощью монитора нагрузи встроенного в оборудование по вращению шпинделя (ось S):

·                    во время точения прямого участка 12-15%,

·                    при точении участка переменного профиля нагрузка возрастала 42-44%;

также наблюдалось изменение значения нагрузки вдоль оси детали (ось Z):

·                    во время точения прямого участка 10%,

Рис.2. Объемная модель облака точек

·                    при точении участка переменного профиля нагрузкавозрастала до 15%.

  Вследствие неравномерности снимаемого профиля была получена стружка, имеющая переменную величину. По данным образцам можно сделать вывод о величине усадки.

После проведения эксперимента шероховатость поверхности заготовки была измерена на кругломереMahrMMQ400. Полученная объемная модель облака точек переменного профиля (рисунок 2), имеющая выступы и впадины. Точки наибольших отклонений по осям X и Y приведены в таблице 1. По величине изменения профиля можно сделать вывод о изменение жесткости системы. По мере приближения к патрону с кулачками величина разброса точек уменьшается.

Таблица 1

Точки переменного профиля (X, Y– точки в двухмерном пространстве, Z – высота профиля)

X, мм

Y, мм

Z, мм

24.274036

0.410144

104.038817

-0.028808

24.273005

104.778392

-24.269724

-0.066927

105.525704

0.105073

-24.275027

106.269870

24.278331

-0.066527

107.010762

0.028385

24.273367

107.758742

-24.272152

-0.009743

108.505335

0.047881

-24.277650

109.249464

24.280177

0.086025

109.994653

0.085585

24.275474

110.738413

-24.273909

0.047450

111.485165

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В качестве результата исследования используется не действительная, а комплексная форма записи, как спектральное расположение случайной функции, так и её характеристики: спектральная плотность и корреляционная функция. Линейные операции над функциями, принимающие вид дифференциальных, интегральных и др. колебаний, осуществляются проще, когда такие колебания записаны в виде комплексной формы, в качестве показательной функции. Комплексная форма корреляционной функции и спектральнаяплотность применяется также, когда сама случайная функция (а, следовательно, и её корреляционная функция и спектральная плотность) действительна.


На примере спектрального разложения случайной функции [2] можно перейти от действительной формы к комплексной.

Приведем примерспектрального разложения случайной функции, на участке (0, T):

                                                                                    (1)

где  – некоррелированные случаи величины, причем для каждой пары  с одинаковыми индексами дисперсии равны:

                                                                                                           (2)

Выводы

Из анализа установлено, что при токарной обработке переменного профиля возникают значительные по величине переменные нагрузки. Математическая модель на основе спектральной плотности и корреляционной функции данного процесса характеризует протекающие в технологической системе изменения и, как следствие, выявляетвлияниепараметров профиля на изменение нагрузки на приводах станка и получение выходных характеристик обрабатываемой поверхности. Использованиеполученной математической модели может найти применение в черновой и чистовой токарной обработке различных групп изделий цилиндрических с элементами переменного профиля и конических поверхностей.

Рецензенты:

Иванов В.А., д.т.н., проф., зав. каф. МСИ, МТФ ПНИПУ, г. Пермь;

Сиротенко Л.Д., д.т.н., проф., каф. МТ и КМ,  ПНИПУ, г. Пермь.