автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение качества точения за счет мониторинга динамического стана станка

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ “КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

УДК 621.924

На правах рукопису

Гнатейко Нонна Валентинівна

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ТОЧІННЯ ЗА РАХУНОК МОНІТОРИНГУ ДИНАМІЧНОГО СТАНУ ВЕРСТАТА

Спеціальність 05.03.01 — процеси механічної обробки,

верстати та інструменти

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті України “Київські

політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, доцент Рижков Лев Михайлович,

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, професор кафедри “Теоретична механіка”

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

Струтинський Василь Борисович,

Національний технічний університет України

“Київіський політехнічний інститут”,

завідувач кафедри “Конструювання верстатів і машин’

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Сидорко Володимир Ігорович,

Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М.Бакуля НАН України, головний інженер.

Провідна установа: Харківський державний політехнічний університет Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться “ 48 "труди9 2000 року о •/^ос годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.11 в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м.Київ, пр. Перемоги, 37, корпус і , аудиторія 244-

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці НТУУ “КПІ” за адресою: м. Київ, пр. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий ‘V? " листопаде. 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Актуальність роботи. Основною кінцевою задачею всіх наукових сліджень процесу механічної обробки на верстатах є поліпшення його існих показників, таких, як піявшцення точності і надійності даного процесу, івищення продуктивності та зниження собівартості.

Одним з шляхів вирішення цієї задачі є розробка методів і засобів сідливого впливу динамічних вібраційних процесів в обробній системі на ість механообробки. Дані динамічні режими порушують стійкість процесу іання, викликають динамічні похибки обробки у вигляді хвилеподібності і занності поверхні деталі, підвищений знос ріжучого інструмента. Розроблені ніш стосовно конкретних умов віброгасильні пристрої різного принципу дії у гляді ударних, фрикційних, гідравлічних і інших систем малоефективні при іні продукції та зносі інструмента.

В даній роботі пропонується більш ефективний метод подавлення намічних режимів при механообробці за рахунок цілеспрямованого равління режимами різання - швидкістю і подачею інструмента. Тому зробка таких методів і засобів управління рівнем інтенсивності коливань :теми є актуальною задачею.

Зв’язок роботи з науковими програмами університету. Дослідження, иведені в дисертації, безпосередньо пов’язані з виконанням держбюджетних латик Міносвіти України № 2455 при НТУУ “КПІ” та № 2717 “Дослідження намічних характеристик механізмів, пристроїв та технологічного оснащення талорізальних верстатів (реєстр. № 1200/948).

Метою роботи є вивчення всіх динамічних коливальних процесів в робній системі при механообробці, виявлення основних закономірностей їх ведінки і взаємного функціонального зв’язку та розробка методики і системи равління рівнем інтенсивності цих коливань і якістю процесу точіння на )статах з ЧПУ шляхом моніторингу динамічного стану пружної системи зстата.

Для досягнення мети були вирішені такі задачі:

1. Досліджено причини виникнення і закономірності проявлення пушених коливань в процесі механічної обробки і встановлено ступінь їх тиву на динамічний стан обробної системи.

2. Досліджено автоколивальний режим пружної системи верстата при канообробці, як похідний від динаміки різання і динамічних характеристик »стата, особливості їх взаємодії і функціонального зв’язку.

3. Розроблено математичні моделі динамічних режимів обробної -.теми з експериментальним їх ідентифікуванням і встановлено ступінь іиву цих режимів на стійкість процесу різання і якість обробки.

4. Розроблено методику певного цілеспрямованого управління іамікою всієї обробної системи за рахунок визначеного вибору режимів ання керуючого системою ЧПУ верстата.

5. Розроблено методичне, алгоритмічне, програмне та системне езпечення автоматичного управління динамічною стійкістю процесу

механообробки (ПМО) на токарному верстаті з ЧПУ високого рівня на оснс віброакустичної системи моніторингу динамічного стану верстата.

Об'єкт і методи досліджень. Об’єктом досліджень ( динамічно пестій обробна система. Для розробки математичних моделей динамічних режим використано методи теоретичної механіки, теорії стійкості механічні пружних систем і теорії коливань, для побудови функціональних схем - меті теорії регулювання.

Наукова новизна отриманих результатів досліджень:

1. Розроблено нову методику підвищення динамічної стійкості оброби системи при точінні на основі принципу динамічного гасіння автоколивань пружній системі верстата (ПСВ) і виведення її вібрацій з резонансних зон.

2. Розроблено нові математичні і функціонально-параметричні моделі схеми формування профілю поверхні деталі, що обробляється, і її динамічні похибок.

3. Запропоновано ефективний критерій вибору основних режим механообробки у вигляді показника (SV), який забезпечує якіс характеристики даного процесу.

4. Розроблено нову ефективну систему контролю і управліні

динамічною стійкістю обробної системи, а також підвищення якос механообробки точінням. '

Практична цінність результатів роботи полягає в тому, що розроблеї новий ефективний метод підвищення динамічної стійкості механічної обробі точінням на верстатах з ЧПУ за рахунок зміни режимів різання, запропоноваї більш ефективний критерій вибору основних режимів механообробки у вигля показника (SH), який забезпечує необхідну якість даного процесу, розроблене запропоновано практично випробувану систему автоматичного контролю : динамікою і віброзахисту ТОС, яка значно підвищує якість і продуктивній процесу точіння на верстатах з ЧПУ.

Реалізація результатів роботи. Результати проведених досліджен основні положення, рекомендації і макет розробленої системи бул випробувані з метою практичної можливості використання на Київської^ заводі автоматики ім. Г.І.Петровського, де отримано позитивний результ: щодо значного зменшення динамічних похибок обробки на токарному верста з ЧПУ.

Показники якості обробки на високоточному кругломірі завох приведені в дисертації на колограмах, з яких виходить, що точність обробк деталей підвищилась у 2-3 рази.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались і бул схвалені на 7 міжнародних науково-технічних конференція: “Приладобудування і промисловість” (Вінниця, 1994 і 1996 pp.); “Пробле& качества в машиностроении” (Харків, 1995 р.); “Проблемы энергосбережения технологии в судостроении” (Миколаїв, 1996 р.); “Проблем

автоматизированного электропривода” (Харків, 1996 р.); “Приладобудування

7” (Вінниця, 1997 р.); “Теория и техника передачи, приема и обработки нформации” (Харків, 1997 р.)

Публікації. По темі дисертації опубліковано 14 праць, з них 6 у фахових иданнях Переліку ВАК, рішення про видачу патенту України і 7 тез онференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти іав та висновків, викладених на 220 сторінках машинописного тексту, 64 лсунків, списку літератури з 115 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

З метою реалізації поставлених в дисертації задач щодо підвищення лнамічної стійкості технологічної обробної системи (ТОС) при її роботі і тим імим якості процесу механічної обробки (ПМО) було проведено ретельне івчєння і аналіз усіх динамічних явищ, які виникають під час обробки італей, а також причин їх виникнення. При цьому за об’єкт дослідження, як і переважної більшості дослідників динаміки ПМО, взято процес точіння, хоч гримані в даному випадку закономірності певного мірою можна віднести і до :ших видів механообробки.

Аналіз раніш виконаних досліджень динаміки ПМО показав, що будь-сий подібний процес завжди супроводжується динамічними коливальними ішцами різної природи і інтенсивності, причиною виникнення яких є :ремінна за величиною сила різання, котра квазиперіодично змінює своє ичення внаслідок перемінних за величиною і часом характеристик різання,

о визначають цю силу.

Такий первинний динамічний фронт процесу різання через взаємне ііцнення деталі і інструмента, закріплених на різних частинах верстата, »зхигує складну багатомасову пружно-дисипативну систему верстата (ПДСВ), уджуючи в ній вторинний динамічний фронт пружних коливань елементів рстата, відомих, як автоколивальноий процес ПДСВ. Він, з одного боку, іергетично визначається інтенсивністю першого динамічного фронту, а з шого - є залежним від динамічних характеристик системи верстата, таких, як маса т, жорсткість с і дисипативно-демпфірувальні властивості А.

Встановлено, що між динамікою процесу різання і збудженими нею іужними автоколиваннями в системі верстата існує функціональний аємозв’язок, який визначається як енергетичним рівнем ПМО, так і стотно-фазовими характеристиками динаміки різання і автоколивального юцесу. При цьому також встановлено, що певні співввідношення даних двох стотно-фазових динамічних процесів можуть або значно збільшувати ергію коливального процесу ТОС, що свідчить про виникнення редрезонансних і резонансних явищ в системі, або помітно знижувати рівень ливань всієї системи внаслідок їх взаємного погашення і активізації сипативних процесів в ній.

Тому в координатах динамічного стану металорізального верстата ІРВ) відбивається багато функціональних показників стану самого процесу

З

різання, якісної геометрії поверхні деталі, що обробляється, і надійності дан операції. Таким чином, постійне вимірювання, аналіз динаміки ТОС і певі цілеспрямоване змінювання частотно-фазових характеристик процесу різані відносно аналогічних характеристик пружних коливань елементів верстата вигляді автоколивань дають можливість значною мірою стабілізувач динамічні процеси в обробній системі і тим самим поліпшити якісні показнш обробки.

З метою визначення такого шляху можливого управління динаміко ТОС і якістю механообробки в роботі було аналітично досліджено в динамічні режими, які виникають в обробній системі при виготовленні детале їх причини, визначено функціональні взаємоз’язки між динамікою різання динамікою верстата, отримано математичні залежності, які описують да процеси, і розроблено структурні і функціонально-параметричні моде виникнення динамічних похибок обробки. Оскільки на такі похибки основному впливає віброзміщення елементів ТОС у нормальному до поверхі що обробляється, напрямку, то більшість залежностей були визначені напрямку осі У.

При аналізі динаміки ПМО в дисертації процес різання розглядався, j складна багатофункціональна перетворювальна система з перемінними : часом обробки вхідними параметрами з різною періодичністю їх змінюванн внаслідок чого утворюється перемінна квазиперіодична складова сила різані АР àин(т). Вона і є основною причиною формування динаміки різання, і отже всієї динаміки обробної системи. Ця сила є сумарною функцією рщ перемінних за величиною параметрів, що її визначають

ЛРдин(г) = ç[(At; ЛНВ; Afmp; Тр; rj; AV)(r)],

дq At - перемінна величина зрізуваного припуску; ЛНВ - анізотроп міцності і твердості ділянок оброблюваної деталі; Af^ - фрикційі релаксаційні коливання сили тертя інструмента об деталь; Тр - періодичній стружкоутворення; т] - періодичність зриву наростоутворення на передн поверхні інструмента; AV - варіація швидкості різання внаслідок неплавнос ходу (обертання) кінематичної передачі швидкості у верстаті і т.і.

Аналітично максимальна величина ЛРдин(т) визначається чері передавальні функції диференціюванням за часом у вигляді

dPo dPo dPo dPo

АРôuh(t) = —— At(r)+—- АНВ(ф-— Afmp(r)+—-— Г/г>..., d т dt dr dr

де P0 - середнє або розрахункове значення сили різання.

Багато ким з дослідників встановлено, що найбільш впливає на АРд варіація глибини різання Ai за поворотом деталі з частотою обертання со^, н дає можливість визначити нормальну складову сили різання у вигляді

П

Ру(т) = Р0+ APàiSin + X Cp,cos(coàT + <рі),

е третій доданок враховує вплив інших причин на формування загального ектора застосованої сили різання Ру(тХ Срі - силові коефіцієнти перемінних кладових сил різання в міру їх убування за величиною; wàx - фаза основної еріодичності змінювання ЛРд,\ <р( - фазові зрушення векторів додаткових еремінних сил різання по осі У.

Під впливом АРМ при обертанні деталі створюється додатковий до гатичного прогину цієї деталі АУд, що аналітично з урахуванням ігальновідомого рівняння щодо визначення сили різання було описано

; Ід — довжина деталі; ЕІ - її питома жорсткість; А - коефіцієнт розрахунку семи закріплення деталі на верстаті (консольно, в центрах або з підпоркою іднім центром і т.п.)

В дисертації досліджений також динамічний прогин деталі при її значній звжині під впливом поперечної перемінної за величиною сили різання АРу(т), са описується рівнянням Лагранджа. При цьому встановлено, що динамічний зогин деталі на ділянці її найменшої жорсткості більший як у два рази, ніж т її статичному навантаженні.

Як зазначено вище, динаміка процесу різання збуджує в пружній системі :рстата вторинний динамічний режим у вигляді автоколивального процесу, ункціонально залежний від першого. В той же час пружні коливання іементів верстата, змінюючи глибину різання, впливають на динаміку ПМО. з му прийнято розглядати динаміку УСВ у сукупності з динамікою різання.

Отже, ряд дослідників запропонували описувати таку взаємодію двох інамічних режимів у вигляді математичної моделі, як систему з двох рівнянь

Верхнє рівняння описує динаміку різання, нижнє — динаміку ерстата.

На основі такої моделі розроблено функціонально-параметричну схему іоцесу механообробки з урахуванням динаміки верстата, яка відображена на іс. 1, де D=d/dr- диференціювальний оператор часу.

З метою аналітичних досліджень динаміки ТОС і визначення іксимальних взаємних зміщень деталі і інструмента була розроблена намічна модель пружної технологічної обробної системи, представлена на с.2. Тоді можливе максимальне зміщення деталі відносно інструмента від ливань ТОС через коефіцієнт динамічності деталі із шпіндельним вузлом ць сою ти • коефіцієнт динамічності ц2 - інструмента з супортним вузлом рстата з масою т2 визначено, як

ТрРу(т) + Ру(т) = -КрУ

тп ^ + h^- + СУ = fn,PPy(T)

s] w

dr dx

Упах УçmlHl »

де УСт1 І Уст2 ~ ЗМІЩЄННЯ ВІДПОВІДНИХ ВуЗЛІВ СИСТЄМИ ПІД ВПЛИВО статичної сили різання Р0

Основна увага в дисертації була приділена дослідженню динамік ТОС при роботі на якісні показники обробки у вигляді динамічних похибс геометрії поверхні, що обробляється, її огранності, овальності, хвилястості мікронерівностей. Для визначення такої похибки Аг (похибка радіуса за часо виготовлення круглої поверхні деталі) була розроблена математична модел процесу обробки точінням у векторному значенні основних параметрів вигляді:

У(т) = [WncB(D)]Py(r) = [WncB(D)]Ü(r) + G(r)

?y(-r) = h(T)-[WP(DW(T) ,

F(r) = [^(D)]ÿ(r)

де У (т) - вектор коливальних зміщень деталі відносно інструменті

U (т)- вектор силових керуючих впливів в системі забезпечення необхідш

траєкторії переміщення інструмента при обробці деталі; G (т) - векто несилових збуджень точності системи (наприклад, похибки настроюванн

верстата, його теплова деформація і т.п.); F (т) - вектор загального шуму всі сил, діючих в системі (сили різання, пружно-інерційних сил коливай

елементів системи, всіх сил тертя, дисипативних сил і т.п.); Г (х) - перемінни радіус профілю деталі; WnCB(D) - оператор - динамічна передавальна функці верстата; Wp(D) - динамічний оператор процесу різання; Щф) - динамічни оператор формоутворення поверхні, що обробляється.

Динамічна передавальна функція в операторній формі за Лапласом, я динамічний оператор іУПсв(0) - пружної системи верстата, визначена таки чином

dPy(r) l/c

WncB(D) = ■ =----------г------ .

dy{r) ™D2+hD + l

. c c

Динамічний оператор процесу різання з урахуванням зносу інструмеш ¡¡у у тій же формі буде виглядати, як

dPy(T) К

WJD) =--------—------=--------— + hJD) .

рУ j d[V,Tp,hp\{x) TpD +1 * '

На основі отриманих даних було розроблено функціональну схем формування динамічної якості механообробки, що показана на рис. 3. На ні динамічний оператор формоутворення 1¥ф(D), як передавальна функції виражається формулою №фф = dr(r)/dy(r). Профіль поверхні детаї

юрмується за її довжиною / перемінним у часі радіусом, який з урахуванням инамічної похибки визначений у вигляді

ї Лу(т) - випадкова складова процесу обробки.

З метою перевірки отриманих аналітичних висновків на обладнанні іфедри виробництва приладів проведені експерименти з дослідження янаміки різання та її впливу на динаміку ТОС. Експериментальні дослідження глінійно-гістерезисної природи сили різання показали, що причиною цього є азове зрушення між головним сумарним вектором періодичної сили різання і :ктором пружних коливань ТОС. Це є також причиною збудження ітоколивань в даній системі. Причому встановлено, що при зміні швидкості зання і подачи змінюється періодичність зміни сили різання і фазове »ушення між цією силою і вектором пружних коливань верстата. Тим самим зжна досягти їх протидії і певного заглушення або відходу від резонансних юцесів.

При дослідженні динаміки стружкоутворення також встановлено, що іільшення швидкості різання при точінні сталі 45 значно збільшує і частоту ружкоутворення, в той час як зменшується довжина сегмента стружки і її вщина (рис.4,а). При цьому помітно зростає кількість зрушень стружки, а івжина її хвилі зменшується (рис.4,6). .

Оскільки керування динамічними процесами в ТОС при роботі ійснювалось шляхом змінювання швидкості різання і подачі інструмента, ли проведені експерименти, аналогічні роботам Кушніра Н.І., із змінювання ли різання Ру залежно від цих характеристик різання. З отриманої пежності, представленої на рис. 5, виходить, що зони максимумів кривих пежності змінювання сили Ру при змінюванні подачі S0 розміщуються на аченнях SaV (пунктирна лінія), які дорівнюють 0,3-10'3 м2/с.

Це дозволяє управляти динамікою ТОС при точінні в границях до ачення показника (S0V)< 0,3-10'3м2/с.

Вимірювання динамічних режимів у ТОС при роботі здійснювалось з помогою віброакустичної системи. Було перевірено залежність вібросигналу і змінювання (SaV) при точінні сталі 45 інструментом з пластиною Т15К6 з ібиною різання близько 1 мм. Величину швидкості різання вимірюють в шицях (0,3 - 5,0) м/с, а подачу - (0,11 - 0,65) мм/об. В результаті була зимана залежність інтенсивності вібросигналу від показника (S0V) при зносі трумента hp(т) (рис.6), з якої видно, що вібросигнал, що знімається з ТОС, іком інформативний і чітко відображає залежності між параметрами.

г(т;х) = Khp[ І Шф{И)У(т)сіт + Дг(г; х)].

Динамічна похибка обробки Аг отримана у вигляді

На основі отриманих результатів була розроблена віброакустична система контролю і управління динамікою ТОС при точінні на токарному верстаті з ЧПУ марки АТПК-125 з використанням його СЧПУ, функціональна схема якої показана на рис.7. При цьому використовувався розроблений метод управління динамікою ПМО і ТОС шляхом цілеспрямованого змінювання швидкості різання, і отже, фазового зрушення нормальної складової сили різання Ру Спрощений алгоритм такого методу керування схематично можна представити у вигляді:

¡V ± АV

РУ(т) -> \у/р(т)\ -»|рді(т)| -> |У(т)| -> |Дг(т)| ,

де у/р - фазове зрушення вектора Ру(т) відносно сумарного вектора сил пружних коливань елементів верстата Рд^г); Аг (т) - динамічна похибка обробки деталі.

На основі розробленої методики була створена система автоматичного контролю і керування динамікою ТОС і якістю ПМО у вигляді віброакустичноі пошукової САУ (рис.8), яка шляхом постійного моніторингу динаміки верстата при точінні стабілізує динамічні процеси в обробній системі. Проведені робочі випробування даної системи на кафедрі і на заводі показали, що динамічна стійкість ТОС при цьому значно збільшується, а точність обробки деталей поліпшується у 2 -3 рази.

ОСНОВШ ВИСНОВКИ

1. Розроблено методику управління динамічною стійкістю обробної системи на основі використання принципу динамічного гасіння коливань пружної системи верстата і виведення її вібрацій з резонансних зон за допомогою цілеспрямованого змінювання режимів різання в процесі точіння на верстатах з ЧПУ, яка дозволяє за рахунок частотно-фазових зрушень спектра періодичності коливання сили різання зменшити негативний вплив автоколивального процесу у верстаті на якість механообробки.

2. На основі отриманої методики функціональних залежностей динамічних режимів .процесу різання і пружно-дисипативної системи верстата розроблена автоматична система контролю і управління динамічною стійкістю обробної системи з підвищенням якості механообробки точінням за рахунок моніторингу динамічного стану верстата.

3. Розроблена математична модель процесу точіння, що достатньо повною мірою враховує такі фактори, як: низька динамічна стійкість від ряду збуджуючих причин; всі динамічні режими, що виникають в пружній дисипативній замкненій технологічній обробній системі; збільшення зносу ріжучого інструменту і виникнення внаслідок цього динамічних похибок механообробки.

4. Дослідженнями залежностей між динамікою процесу різання і генерованими нею динамічними процесами в обробній системі встановлено, що динамічний стан верстата при цьому достатньо повною мірою є відображенням динамічної нестійкості механообробки, динаміки формування профілю деталі, що обробляється.

5. Визначено, що формоутворення рельєфу профілю поверхні деталі є стотно-залежним від динамічних режимів процесу різання і автоколивань ементів верстата. При цьому геометричні похибки форми деталі і показники илястості її поверхні формуються низькочастотними взаємними ливаннями деталі і інструмента з відповідними підсистемами верстата, а кронерівності поверхні є результатом впливу динаміки вібрації системи щих рівней частот і фрикційних, релаксаційних процесів в зоні контакту цньої поверхні інструмента і деталі.

6. Запропоновано ефективний, універсальний критерій вибору головних жимів механообробки щодо підвищення продуктивності процесу точіння у гляді показника (SV), який забезпечує якісні характеристики обробки.

7. Проведені робочі випробування щодо визначення ефективності пропонованого нового методу стабілізації динамічних коливальних режимів обробній системі і підвищення якості процесу точіння показали, що намічні похибки у вигляді огранності і хвилястості поверхні, що робляється , зменшуються у 2 - 3 рази, а продуктивність даного процесу остає у 1,5 рази за рахунок раціонального вибору режимів різання і зниження осу ріжучого інструмента.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Карачун В.В., Гнатейко Н.В. Волновые динамические процессы в панических системах космического аппарата под влиянием акустического лучения.// Космічна наука і технологія. - 1996. - Том 2, №3-4,- С.55-57.

2. Гнатейко Н.В. Исследование колебательного процесса станка при панической обработке.// Перспективные технологии, оснастка и методология дготовки производства. - К.:НТУУ “КПИ”, 1997. - С.61-63.

3. Карачун В.В., Петрик A.B., Гнатейко Н.В. Особенности формирования устического излучения с помощью роторных систем.// Космічна наука і хнологія. - 1998. - Том 4, № 2-3. - С. 110-112.

4. Гнатейко Н.В., Акинфиева Л.Ю., Румбешта В.А. Моделирование намической устойчивости станка.//Перспективные технологии, оснастка и тодология подготовки производства.-К.:НТУУ “КПИ”, 1997.- С.66-69.

5. Карачун В.В., Кубрак H.A., Гнатейко Н.В. Влияние акустического лучения на динамику упругих подвесов приборов управления ракето-сителей.// Космічна наука і технологія. - 1999. - Том 5, № 2-3. - С. 73-77.

6. Гнатейко Н.В., Румбешта В.А. Анализ динамической устойчивости рабатывающей системы.// Вибрации в технике и технологиях. - 1999, - № 12. :. 28-30.

7. Карачун В.В., Тривайло М.С., Гнатейко Н.В. Спосіб збудження їроакустичних коливань за допомогою динамічної сирени.// Рішення про дачу патента № 99020598 від 24.05.2000 р. - K.: НДЦЕ; 2000.

8. Румбешта В.А., Гнатейко Н.В., Кокаровцев В.В. Система вимірювання ливань верстата.// Приладобудування і промисловість: Матеріали міжнар. наук, нф. - Вінниця, 1994. - С. 62-63.

9. Гнатейко Н.В., Румбешта В. А. Построение систем диагностики намической устойчивости технологического оборудования.// Проблема качества

9

в машиностроении: Материалы междунар. науч. конф. - Харьков, 1995. - С. 8^ 85.

10. Гнатейко Н.В., Акинфиева Л.Ю., Румбешта В.А. Влияние динамик обрабатывающей системы на точность механообработки в судостроении., Проблемы энергосбережения и технологии в судостроении: Материал! междунар. науч. конф. - Николаев, 1996. - С. 113-114.

11. Гнатейко Н.В., Гераимчук М.Д., Иванов Ю.Е. Влияние динамик электропривода на характеристики обрабатывающей системы.// Проблемі автоматизированного электропривода: Материалы междунар. науч. конф. ■ Харьков, 1996. - С. 97-98.

12. Гнатейко Н.В., Румбешта В.А., Колосов В.Н. Исследование влияни механообработки на динамическую устойчивость станка.// Приборостроение ■ 96: Материалы междунар. науч. конф. - Винница, 1996. - С. 81-82.

13. Гнатейко Н.В. Моделювання технологічної оброблювальної системі при роботі.// Приладобудування - 97: Матеріали міжнар. наук. конф. - Вінниця 1997.-С. 93-94.

14. Гераимчук М.Д., Гнатейко Н.В., Иванов Ю.Е. Измерение і исследование колебаний фундаментов станочного оборудования.// Теория і техника передачи, приема и обработки информации:Материалы междунар науч. конф. - Харьков, 1997. - С.24-25.

Рис. 1. Функціонально- параметрична схема ПМО

Рис. 2. Динамична модель ТОС .

ІТ^Ст) <*(т) І

ї'хС'О ^^ -1

----*<-)-----1+<+}—►_\л/уе«=<Бу---------------КіУТ-^

~?(г)

^р(р)

Рис.З. Функціональна схема формування динамічної якості обробки

Рис. 4. Вплив швидкості різання Vна : а) кількість здвигів стружки /Ута довжини хвилі; б) на частоту стружкоутворення/, довжини сегменту стружки І та її товщини Л.

[с. 5. Залежність сили різання Ру Рис. 6. Залежність потужності

І швидкості різання V при точінні віброакустичного сигналу від значення

алі 45 з різною подачею

(5Р) при збільшені зносу ріжучого інструменту

Рис.7. Функціонально-параметрична схема контролю та управління динамікою і якістю процесу механообробки

Рис.8. Структурно-функціональна схема системи управління якістю ПМО з урахуванням показника (£У).

АНОТАЦІЯ

Гнатейко Н.В. Підвищення якості процесу точіння за рахунс моніторингу динамічного стану верстата. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук : спеціальністю 05.03.01 - “Процеси механічної обробки, верстати т інструменти”. Національний технічний університет України “Київськи політехнічний інститут”, Київ, 2000.

Дисертація присвячена розробці методики управління динамічно: стійкістю обробної системи на основі використання принципу динамічної гасіння коливань пружної системи верстата і виведення її вібрацій

зонансних зон за допомогою цілеспрямованого змінювання режимів різання троцесі точіння на верстатах з ЧПУ. Розроблена математична модель процесу чіння, що враховує його низьку динамічну стійкість від ряду причин, інамічні явища в пружній дисипативній замкненій технологічній системі, ільшення зносу ріжучого інструменті і виникнення внаслідок цього інамічних похибок механообробки. Створена система автоматичного нтролю і управління динамічною стійкістю оброблюваної системи і цвшцення якості продукції за рахунок моніторингу динамічного стану рстата з ЧПУ.

Ключові слова: динамічний стан верстата, процес механообробки, ремінна сила різання, система управління.

ANNOTATION

Gnatejko N. V. Turning quality raising due to the machine dynamic condition onitoring. -Typescript.

Thesis for a Doctor's degree in speciality 05.03.01 - the metal cutting process; e metal cutting mechine and tools.- National Technic University of Ukraine "Kiev ilytechnic Institute", Kiev, 2000.

The thesis deals with the management of the cutting system dynamic stability ised on using principles of dynamic extinction of the machine vibration and this brations withdrawal out of the resonance zone using cutting conditions control lien part turning on CNC-machine.

There is the mathimatic model of the metal turning based on it's low cutting stem dynamic stability depend on some reasons. The first of them is the dynamic lenomenons in flexible closed loop production system; the second - increasing tool 's and the third - beginnings thanks this of the dynamic metal cutting errors. The itomatic dynamic stability control system is desined. Using this system it's possible increase the quality of products due to the machine conditions and dynamic CNC-achine conditions monitoring.

The keywords: the CNC-machine dynamic conditions, the metal cutting ocess, the variable cutting force, the control system.

АННОТАЦИЯ

Гнатейко H.B. Повышение качества процесса точения за счет эниторинга динамического состояния станка. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук ) специальности 05.03.01 - “Процессы механической обработки, станки и ктрументы”. Национальный технический университет Украины “Киевский элитехнический институт”, Киев, 2000.

Диссертация посвящена разработке теоретических основ определенного травления динамической устойчивостью технологической обрабатывающей ютемы во время механообработки и повышения за счет этого качества

процесса точения на станках с ЧПУ на основе изучения всех сопровождаю 1Щ данную операцию динамических колебательных явлений и функциональнь зависимостей между ними.

Исследованиями зависимостей между динамикой процесса резания генерируемой ею динамическими процессами в обрабатывающей систел установлено, что динамическое состояние станка при этом в достаточно полис мере является отображением динамической неустойчивости механообработю Так как силовую связь между обрабатываемой деталью и режущи инструментом во время процесса резания осуществляет упругая, динамическ неустойчивая система станка, которая формирует геометрический профш детали и его погрешности, исходя из уровня возбужденного в сташ автоколебательного процесса, то мониторинг данного динамического режил позволяет судить о динамической устойчивости самой механообработки и ( качества.

Путем аналитических исследований были получены математичеси выражения основных динамических операторов в виде передаточных функци: устанавливающих функциональную связь между динамикой резания динамикой станка. На основании этого разработаны функциональш параметрические модели механообработки и образования динамическ! погрешностей данного процесса.

Получена математическая модель процесса точения, учитывающая в< основные динамические явления в упруго-диссипативной замкнутс технологической системе, влияние износа режущего инструмента на динамт системы и возникновение от всего этого динамических погрешностей.

'Разработана методика управления динамической устойчивость: обрабатывающей системы на основе использования принципа динамическо1 гашения колебаний упругой системы станка и увода её вибраций I резонансных зон с помощью целенаправленного изменения режимов резания процессе точения на станках с ЧПУ, позволяющая в результате частота« фазовых сдвигов спектра периодичности изменения силы резания уменьши: негативное воздействие автоколебательного процесса в станке на начесть механообработки.

Установлено, что формообразование рельефа профиля поверхност детали есть частотно-зависимым от динамических режимов процесса резания интенсивности автоколебательного процесса в упругой системе станка. Пр этом геометрические погрешности формы поверхности детали и её показател волнистости формируются низкочастотными взаимными колебаниями детали инструмента с соответствующими подсистемами станка, на которых он установлены, а микронеровность обработанной поверхности являете результатом влияния динамики вибраций элементов системы верхних уровне частот и фрикционных, релаксационных процессов в зоне контакта задне поверхности инструмента и детали.

Предложен эффективный, универсальный критерий выбора главнь режимов механообработки (скорости резания и соответствующей подач инструмента) в виде показателя (ЯУ), который позволяет повысил

оизводительность процесса точения на станках с ЧПУ и обеспечивает чественные характеристики обработки детали.

На основе полученных в работе научных результатов была создана тематическая система контроля и управления динамической устойчивостью рабатывающей системы и повышения качества механообработки точением станке с ЧПУ за счет мониторинга его динамического состояния с помощью ециально разработанной для этого виброакустической системы с ответствующим для такой работы процессором, подключенным к СЧПУ анка. Проведенные рабочие испытания системы показали её эффективность в ределенном улучшении геометрического качества механообработки.

Ключевые слова: динамическое состояние станка, процесс

:ханообработки, переменная сила резания, система управления.