СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА С ЧПУ

Изобретение относится к обработке металлов резанием со снятием стружки, а именно к исследованию точности обработки цилиндрических деталей на круглошлифовальных станках с числовым программным управлением (ЧПУ), и может быть использовано непосредственно в спроектированном цикле круглого врезного шлифования.

Известен способ определения жесткости станка (авторское свидетельство SU 1125107, опубликованное 23.11.1984 МПК B23В 1/100), при котором закрепленную на оправке деталь обрабатывают инструментом и замеряют максимальные и минимальные отклонения обработанной поверхности от заданной формы, для обработки детали используют оправку с различной жесткостью в двух диаметральных направлениях, а максимальные и минимальные отклонения обработанной поверхности измеряют в указанных диаметральных направлениях, после чего производят расчет жесткости по формуле:

где К_ст - жесткость станка; Δа - максимальное отклонение обработанной поверхности от заданной формы; Δb - минимальное отклонение обработанной поверхности от заданной формы; К_{опрмакс} - жесткость оправки в одном диаметральном направлении, соответствующая максимальной жесткости оправки; К_опрмин - жесткость оправки в другом диаметральном направлении, соответствующая минимальной жесткости оправки.

Недостатком известного способа является погрешность расчета жесткости станка по результатам ручного измерения заготовки. Также для заготовки другого диаметра и длины необходима переналадка с последующим измерением отклонений. Помимо этого процесс определения жесткости не встроен в цикл обработки, и определяемый параметр технологической системы будет иметь статический характер (измерения производятся после обработки).

Также известен способ определения упругой деформации системы станок - приспособление - инструмент - деталь (СПИД) (авторское свидетельство 492354, опубликованное 25.11.1975, МПК B23B 25/06) за счет косвенного определения постоянной времени через изменение мощности главного привода N, пропорциональной скорости съема металла V_д, по формуле:

где S_уд - текущая упругая деформация в зоне резания; V_д - скорость съема металла; Т_с - постоянная времени; l - основание натурального логарифма.

Наиболее близким является способ определения жесткости системы СПИД (авторское свидетельство 677877, опубликованное 05.08.1979, МПК B23Q 15/00), заключающийся в измерении сил резания и определении коэффициента передачи процесса резания к постоянной времени процесса:

где i - жесткость системы СПИД; K_р - коэффициент передачи процесса резания; Р_у - расчетное значение радиальной составляющей силы резания, Н; Т_р - постоянная времени процесса резания; t_m - поперечная подача, мм/мин.

Недостатком указанных выше способов является высокая трудоемкость расчетов параметра жесткости и упругой деформации технологической системы, а также продолжительное время переналадки эксперимента при изменении условий обработки. А также косвенная оценка искомого параметра через другие параметры технологической системы (ТС) приводит к определенной кумулятивной погрешности в результате расчета и измерения данных параметров.

Технический результат заявленного изобретения заключается в определении фактической жесткости технологической системы прибором активного контроля в процессе тестовой обработки заготовки.

Поставленная задача достигается тем, что по предлагаемому способу при врезании шлифовального круга в заготовку удаляется часть припуска. Параллельно осуществляется измерение диаметра заготовки прибором активного контроля. На основе полученных измерений определяется фактический удаляемый припуск (П_ф). Далее на основе расчетного значения радиальной составляющей силы резания и разности между расчетным (П_р) и фактическим (П_ф) припусками определяется жесткость технологической системы.

где I_ф - фактическая жесткость технологической системы, Н/м; Р_у - расчетное значение радиальной составляющей силы резания, Н.

Доказательство изобретательского уровня производится на основе дополнительной серии экспериментов по определению жесткости технологической системы при помощи виброанализаторов LMS Scadas Mobile и ДИАМЕХ2000 по методике обработки амплитудно-частотных характеристик спектров микроперемещений узлов станка. Экспериментальное исследование жесткости узлов технологической системы станка с ЧПУ проводились на базе исследовательской лаборатории кафедры «Технология машиностроения» и НИЦ «Экспериментальная механика» ФГБОУ ВПО Южно-Уральского государственного университета.

Обработка производится за 10 циклов при постоянных режимах резания (n=220 об/мин; 2П=0,1 мм; Sv=0,5 мм/мин; В=10 мм). Заготовки представляют собой кольца шириной 10 мм, установленные на оправке длиной 125 мм. Марка стали заготовки - сталь 40ХН. Каждая серия экспериментов представляет собой реализацию одноступенчатого цикла шлифования. Перед обработкой новой серии производилась правка шлифовального круга. Полученные результаты установили сходимость результатов портативных виброанализаторов с прибором активного контроля с погрешностью в 7%, что позволяет говорить о высоком уровне точности определения параметра жесткости.

На чертеже представлена схема реализации способа. Шлифовальный круг 1 с радиальной подачей S_рад, мм/об, и скоростью резания V_к, м/с, врезается в деталь 2 с максимально и минимально фиксируемым диаметром ⌀_max (⌀_min), вращающейся с окружной скорость V_д, м/мин. С детали удаляется некоторый фактический припуск П_ф, мм. Параллельно производится фиксация диаметра заготовки в процессе обработки и запись сигнала с прибора активного контроля в массив данных. Сигнал обрабатывается при помощи разработанного контроллера с аналогово-цифровым преобразователем 3.

Фактический удаляемый припуск П_ф сравнивается с расчетным значением припуска П_р, мм. Разница припусков определяет упругие деформации У в технологической системе:

Рассчитывается радиальная составляющая силы резания Р_у (Калинин Е.П. Теория и практика управления производительностью шлифования без прижогов с учетом затупления инструмента / Е.П. Калинин. - СПб.: Изд-во Политехн. университета, 2009. - С. 234):

где σ_в - предел прочности материала, МПа; S - поперечная подача шлифовального круга, мм/об; D_кр - диаметр шлифовального круга, мм; d - диаметр заготовки, мм; V_s - окружная скорость заготовки, м/мин; V - скорость резания м/с; b - ширина шлифования, мм; К_з - коэффициент затупления шлифовального круга, %.

По выражениям (2) и (3) рассчитывается жесткость технологической системы (Переверзев П.П. Теория и методика расчета оптимальных циклов обработки деталей на круглошлифовальных станках с программным управлением: дис. … докт. техн. наук: 05.02.08 / Переверзев Павел Петрович. - Челябинск, 1999. - С. 20).

Использование предлагаемого способа позволяет повысить точность, надежность и производительность процесса круглого врезного шлифования на станке с ЧПУ за счет учета определяемого фактического параметра жесткости технологической системы на этапе предварительного проектирования цикла шлифования методом тестирования системы станка для конкретных условий обработки. А также позволяет производить быструю переналадку для измененных условий обработки для любого круглошлифовального станка с ЧПУ с прибором активного контроля БВ-6067.