автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Повышение надежности дереворежущего станка с учетом взаимовлияния износа направляющих качения и режущего инструмента

егэ

7 и л У Ц

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

/МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ЧУВАШЕВ Анатолий Петрович

УДК 674.055.621.924

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО СТАНКА С УЧЕТОМ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ ИЗНОСА НАПРАВЛЯЮЩИХ КАЧЕНИЯ И РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05.21.05 — «Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1990

О ) Л /-.< -V л/о у/4/

Работа (выполнена на кафедре .станков ¡и инотрумен' Московского лесотехнического института.

Научный руководитель — доктор технических па

профессор Амалицкий В. В.

Научный консультант — кандидат технических иа<

доцент Бондарь В. Г.

Официальные оппоненты — доктор технических на

профессор Таубер Б. А.,

кандидат технических на доцент Рожин В. Н.

Ведущее предприятие — Всесоюзное .производствен]

объедин ен ие « Со юэспич пл: пром».

Автореферат разослан « » . ^УЧ-'^ЬА . . 1990

Защита диссертации состоится на заседании специадизи ва,иного совета Д 053.31.01 Московского лесотехнического ч

статута « » . . . 1990 г. в « Т^Р» часов в ау,

торим № 313.

Просим Ваши отзывы по автореферату В ДВУХ ЭКЗЕ ПЛЯРАХ ОБЯЗАТЕЛЬНО С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИС МИ направлять по адресу: 141001, Мытищи-1, Москова-области, МЛТИ. Ученому секретарю..

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЛТ

Ученый секретарь специализированного совета, профессор, доктор технических наук Л. В. ЛЕОНОВ

Л-00129 9/1У-90 г. Объем 1 п. л. Заказ 402 Тираж

Типография Московского лесотехнического института

и- гг;:;

-1.5 '3?ЕН.',

4

СЕЦАЯ ХЛР/ОТЕИКША РАБОТЫ

> гдй л ".ссэ^тацкй

д,гту7и!ь;юсть теки. Дальнейшее совершенствование деревооб-•?-1батыващего оборудования дожгло наряду с разработкой щшща--ально новых прогрессиагых методов механической обработки ::гллча?ь совершенствование существующего оборудования для традиционных технологических процессов. Одним 1:3 направлений та -;.ого совершенствования является соода!г.:е высокопроизводитель -станков повышенной точности и надежности.

В различных дереворежущих станках (шипорезных, фрезерных, форматных, копировальных, шогооперациошшх станках и автома -'."•¡ческих линиях) широко используются механизм подачи кареткой с обрабатываемой заготовкой, или суппортом с реяудкм инструментом по направлящкм качения при неподвижном способе базирования заготовки, что обеспечивает необходимые качественные характе -ристики'обработки. Однако, в процессе эксплуатации вследствие ::зноса направляющих оборудование теряет начальную точность.Уровень надежности возвратно-поступательных механизмов подачи ка -реткой или суппортом по направляющим качения зависит, главным образом, от сохранения точности их движения, которое1 определяется интенсивностью и характером износа базовых поверхностей направляющих. ' 1

Возникающие при работе кгдшы взаимосвязанные и изменязщне-с.ч во времени процессы, такие как-износ режущего инструмента, вибрации, колебания рабочих нагрузок, износ подвижных соединений и др., определяет скорость изнашивания, характер взаимного расположения элементов и величину контактной жесткости, в подвижных стыках опор качения с направляющими. Изменившиеся условия контактирования, трансформация пара:.:етров динамической системы станка (жесткость, демпфирование) являются причинами повышения уровня динамических нагрузок и циброп'еремещений в направляющей качения, что вновь сказывается, на скорости протекания процессов изнашивания подвижных стыков и режущего инструмента.

Учет взаимовлияния, процессов изнашивания направляющих ка--м'эния и режущего инструмента в динамической системе дереворе -куцего станка позволит существенно повысить точность прогнозирования его надежности на этапах проектирования и создания опытных образцов машин, обосновать рекомендации по периодично-

сти выполнения заточек дереворежущего. ккструыенг&, объемов к периодичности работ по техническому с5слуги1вашш и ремонту станков на деревообрабатывающих предприятиях.

Цзль работы. Исследование взаимовлияния процессов изнашивания инструмента и формообразующих элементов технологической системы (ТС) механизма подача кареткой по направляющим качения и на базе шЩденных закономерностей разработка мето дов оценки и повышения надежности выполнения ей операций ме -ханической обработки.

: Научная новизна. Исследована структура ТС механизмов по« дачи кареткой по направляющим качения. Выявлены основные за -нономерности процесса »»нашивания направлявших качения и ре -жуцего инструмента и их взаимовлияния в рамках ТС. Разработа-. на математическая модель расчета и прогнозирования параметрической надежности ТС дереворежущего станка с механизмом пода- . чи кареткой с учетом .взаимовлияния.процессов изнашивания на — правляощих качения и инструмента. Разработана л реализована методика моделирования в лабораторных условиях параметрическогс отказа по критерию качества обработки, позволяющая определить вероятность его возникновения в зависимости о.т режима обработки и технического состояния инструмента и.оборудования.

Практическая ценность. Разработаны рекомендации, направ -ленные на,повышение надежности на этапах'проектирования и со -здания опытных образцов .станков с механизмом подачи по направляющим качения в конструкторских бюро-и на станкостроительных заводах, а также при.модернизации оборудования на деревообр? -батываадих предприятиях. . . -

В целях рациональной эксплуатации дереворежущих станков с механизмом подач:: кареткой разработаны рекомендации по плани -ровангао периодичности замены режущего инструмента в течение ме® ремонтного периода,"а также для расчета потребного количества режущего инструмента.

Разработана ыетодина расчета режимов нагрукения дереворежущих станков в ускоренных испытаниях на надежность, которая позволяет максимально применить условия испытаний к прокзвод -• ственным условиям. Расчетный экономический эффект от таких испытаний одностороннего шипорезного станка составляет около 9С тыс.руб. в год. '

I

— 5 —

Реализация практических рекомендаций подтверждена актами

Апробация работы. Материалы исследования докладывались на г.'аучно-технических конференциях МЛТИ в 1985-1990 гг. и на научно-техническом совете Ставропольского станкостроительного объсдиненип "Красный металлист" в 1989 г.

Публикация работы. По материалам диссертации имеется б печатных работ.

Об-ьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций,■списка литературы и прило-гония. Основное содержание изложено на /^Р страницах машино -писного текста, содержитрисунков и таблицы.

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности теш диссертации, цель и задачи исследования, приводятся основные полосе -ния, которые выносятся на защиту.

В первой гласе приведен анализ исследуемых механизмев и выбор объекта исследования, а также обзор работ по вопросам, связанным с темой исследования. .

Анализ технических характеристик принципиальных схем и конструкций рада отечественных и зарубежных дереворежущих станков, м.'сэщих механизма подачи кареткой пли суппортом по направляющим качения'позволили сделать вывод об'общности, конструктивных решений, требований к производительности и каче -ству обработки, динамических явлений в упругой системе механизмов. Это сделало возможные выбор обобщенного объекта исследования, результаты изучения.которого могут быть распространены на аналогичные механизмы подачи с направляющими качения других станков с учетом их особенностей.

В настоящее "время имеется обширная научно-техническая литература, посвященная рззным.аспектаы проблемы повышения на -дежности машин, в. том числе и деревообрабатывающих. Однако вопросы долговечности направляющих качения и механизмов их включающих исследованы недостаточно,, особенно с позиций комплексного изучения протекающих в них процессов. В этой связи особый ин терес заслуживая? выполненные в последние года исследования металлорежущих станков (А.С.Проников) и деревообрабат^ващего

оборудования (В.Мамедоп, Н.В.Палеева х, в ко^с^ых пссвс.-*

дуемая машина рассматривается как технологическая c-cic;.:« (ТС), включающая технологическое оборудование, инструмент, режим обработки, обрабатываемый материал и другие элементу.

Общие положения изнашивания пар трения качения разработаны в трудах И.В.Крагельского, Б.И.Костецкого п др. В то ко время имеющиеся в настоящее время расчеты направляющих каче ~ ния недостаточно отражают взаимовлияние процессов износа ин ~ струмента и направляющих и требуют дальнейшего изучения и уточнения. Известные работы по исследованию износа дереворежущего инструмента (А.Э.Грубе, Л.В.Моисеев, H.A. Кряке в, K.M. Демьяновский, В.Г.1.5орозов и др.) в зависимости от параметров.: относящихся к процессу резания, учитивозт только факторы режима обработки, геометрии инструмента н материал резца, что приводит к ошибкам при определении периода стойкйсти, так к е.: не учитывают техническое состояние оборудования.

Исследования влияния вибраций на износоьке процессы ин -струмента при обработке металлов резанием показали, что зависимость стойкости от вибраций неоднозначна. В большинстве случаев повышение частоты л амплитуды колебаний уменьшают стойкость, но изменение стойкости в значитанной, степени за висит от материала резцов, соотношения фактической \'Гва1 ;; расчетной Vr -скоростей резания ( Vr / Vr ), областей частот. Отмечается, что-существенное влияние на повышенный износ инструмента оказывают колебания в. упругой системе станка с частотами кратными частоте возцущенпя, увеличение амплитуд колебаний.

В области обработки древесины резанием нет опубликованных работ, отражающих влияние вибраций на износ режущего инструмента. Имеются указания на отрицательное влияние вибра -ций и результаты отдельных аспектов изучаемого вопроса.

Анализ литературных источников по рассматриваемому воп -росу позволяет сделать вывод о невозмокности использования г. полной мере результатов исследования влияния вибраций на стойкость металлорежущего инструмента на процессы обработки древе-• сины резанием в силу их специфики.

. Проведенный анализ показал, что взаимовлияние процессов изнашивания режущего инструмента и направляющих для механиз -

1-юа подачи кареткой может оказывать существенное влияние на надежность и точность деревообрабатывающего оборудования, является нерешенной проблемой и подлежит изучения. Учет взаимовлияния процессов при прогнозировании надежности машин позволяет повысить точность оценки показателей надежности. Исходя из этого, была сформулирована цель исследования, для достижения которой необходимо решить следующие задачи.

1. Разработать математическую модель расчета и прогнози -рованил надежности дереворежущего станка с учетом взаимовлия -¡гая процессов изнашивания режущего инструмента и самой направляющей.

2. Исследовать структуру ТС механизма подачи кареткой, аналитически устаносить взаимосвязь параметров надежности системы с параметра:.™ ее состояния.

3. Пропасти стсндоеыэ ускоренные испытания с целью установления закономерностей провеса изнашивания режущего инст -румента и направляющих и их взаимовлияния.

4. Провести исследования надежности функционирования ТС механизма подачи кареткой в эксплуатации на деревообрабатывающих предприятиях.

5. Разработать рекомендации и предложения по рациональной эксплуатации и повышению надежности действующих и ьновь создаваемых деревообрабатывающих ыоднн с механизмами подачи карет -нами по направляющим качения.

Зо второй главе содержатся теоретические исследования взаимовлияния процессов изнашивания направляющей качения и режущего инструмента в ТС станка.

В соответствии с целью исследования, в ТС были выделены только те ее подсистемы и элементы, которые определяют взаимовлияние процессов изнашивания инструмента и направляющих: ре -жущий инструмент, заготовка, режим резания, технологическое оборудование.

ТС находится под воздействием окружающей среды, а также негативных и рабочих процессов, протекающих э оборудовании. В результате элементы и подсистемы ТС претерпевают неизбежное ухуд-иение технического состояния, которое является причиной возникновения отказов (параметрических и элементов) станка. Ухудшение технического состояния ниже допустимых пределов переводит ТС в

неработоспособное состояние. Свойство ТС схч-аалгь сео. работоспособное состояние во времени и определяет нэдевкос^ъ операций механической обработки. Применительно к исследуемому в работе объекту разработана общая схема взаимовлияния процессов, приводящих к отказу ТС.

Механизм подачи кареткой по 1направляющим качения дерево -обрабатывающих машин работает в услои:и;.< совместного действия статипеских и динамических нагрузок ^ (1) . К этим нагрузкам следует отнести: статические нагрузки Рсг , обусловленниз массой элементов конструкции и предварительным натягом и системе "опора качения-направлящая"; центробежке силы инерции Ри„ от неуравновешенных'вращающихся масс роторов электродвигателей и инструмента; кинематические возмущения Р,. , связанные с погрешностями геометрии подвикных стыков; параметрические воз ~ мущения Рп. , обусловленные изменением динамических параметров УС "каретка-направляющая" в пределах одного цикла работы; касательная Г~х и нормальная Гу силы резания.

Перечисленные нагрузки определяют входные параметры внешнего воздействия на упругую систему • (УС) станка и выходные С^' параметры УС (реакция упругой системы).

Зги параметры связаны мавду собой ди^Лероициыльными уравнениями следующего вида: .

^¿К^Ш", (I)

где т-1 - масса I олемента; - коэффициент демпфирования;

Ки - коэффициент жесткости; ¡ц (1) - внешнее воздействие; ^ - перемещение. ;

Следует отметить, что уровень вибропорокещенпй и динами -ческих нагрузок в элементах конструкций изменяется в зависимости от режима работы машины, ее технического состояния к степени затупления инструмента. Уровень реакций возрастает по мере вы -работки ресурса основных узлов трения и частично уменьшается при переточках инструментами после выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту.

Возникающие при работе станка вибрации, характеризуемые частотой $ и амплитудой А.определяют скорость протекания процессов изнашивания режущего инструмента. По мере износа инструмента растут силы резания, увеличивая внешние воздействия на УС.. . •

Связь динамического процесса и процесса изнашивания направляющее проявляется в изменении шкрогеомстрии контакта "опора качения - направлявшие" по море накопления' величины ли-?'с!5ного износа. Это существенно сказывается на упругих и дем -пфярумцит характеристиках УС. Одновременно увеличение неровностей по дорожкам качения направляющей приводит к росту уровня кинематических воздействий.

Изменившиеся условия контактирования подвижных стыков и возросший уровень внешних воздействий вызывают изменения от -клика УС станка. Уровень нагрузок и вибраций меняется соответственно на величину динамического приращения дР, л] и дА, что вновь сказывается на скорости протекания изнссных процес -сов. ■

Рассмотренные вше з их взаимосвязи процессы снижают технико-экономические показатели станка, производительность П (1), точность 5(4) и шероховатость й^и) обработки. Крите -риями предельно допустимой величины износа станка и инструмента являются нормируемые значения этих показателей [П],[Рчт], [5 ]. Преимение этих показателей фиксируется как отказ.

Механическая модель УС "каретка - направляющая" составлена с учетом ряда допущений, вытекающих из предыдущих исследований динямики этих механизмоь. Предполагается, что в рабочем диапазоне частот реакции УС представляют собой виброперемещения ка-. ротки в плоскости, перпендикулярной направлению подачи; силы сопротивления (демпфирование) принимается пропорциональными скорости; поскольку относительные колебания имеют максимальную амплитуду не более 0,1 мм, УС рассматривается как линейная; в области устойчивого резания УС каретки представлена жесткой со -средоточенной массой т, с невесомыми упругими связями, коэф -фициенты жесткости и демпфирования которой соответственно К, ,

Кг , к5, Ь,,

Анализ механической модели УС "каретка - направляющие" с шестью степенями свободы показал, что учет колебаний опорной балки относительно станины не оказывает существенного влияния на уровень перемещений в зоне опор. С учетом указанного заме -чания система уравнений перемещения каретки относительно неподвижных направляющи::' загашется в виде:

У- 2h,y ♦ У + u4 2 ♦ avf. ¥jt ( t ) 2 + 2 hj2 + uftf У ♦ ♦ to^- = (t ) ^

' •• • 2 ' 9 1

4 + ahs4> + + их,г-1 + uîw-f » fs(t)

где Юц - коэффициенты поликома деформаций.

Уровень возмущений - fs (I) определяется с учетом трансформации параметров, характеризующих степень затупления режущего инструмента на периоде его стойкости и технического состояния станка в процессе длительной эксплуатации..

В результате представляется возможным определить начальный уровень реакции (амплитуды А„ и нагрузки Р„ ) по каждой обобщенной координате.

В различных положениях.каротни по длине направляющих уровень внешних возэдщеаий и динамические параметры УС будут из ~ меняться. Поэтов для по строе ;шя профиля износа дсро яки каче -кия необходимо рассчитать значение лР и А для нескольких участков по длина направляющей. ' '

Тш:им образом, в .результате динамического расчета будут нзвестны значения L Р н А на участка;.: по длило направляющей « закономерности их изменения по кавдому участ!су в-зависимости ■от степени затупления инструмента, накопленной величины и не -равномерности износа направляющей ц др.

Несомненно, учет многочисленных факторов и их взанмовлия-. ния при расчетах уровня реакций на отапо проектирования затруд-. нзн, что ае монет не сказаться на точности оценки. Ш тем не менее, даже качественный анализ различных г;онструктив!ш:с ва -риантов имеет'большое значение на этапе проегтированпл, что позволяет принять и опытному производству лучшие образца.

По результатам динамических испытаний ' опытных образцов машин представляется возможность эксперимэ.чтально определить начальные значения уровня реакций и далее прогнозировать их изменение во времени с использованием разработанной модели.Задача расчета математической модели трансформации уров.чя репк -ций в контакте"опора качения-направляющая" решается исходя из •ряда следующих предпосылок.

Уровень реакций R(t) в процессе эксплуатации меняется в пределах от R0 (для острого инструмента и неизношенных ка-

празлящих) до величины (при ограничении по качост -

зенным характеристика« обработки). В моменты t, , t, «••» t^

tn уровень реакций R (t) достигает верхнего допустимого предела Rma)( и режущий инструмент подвергается заточке, скипающей уровень реакций до значений , R^ (tt),..., определяемых техническим состоянием станка в данные моменты времени t, , t2 ,..., tn .

Величина Rit) - Rij(t) линейно зависит от продолжи -тельиости периода стойкости Т^ с одинаковым для каждого периода угловым коэффициентом m . В каждый момент времени скорость изменения величины Rtj(t) - R0 пропорциональна уровни реакций с коэффициентом пропорциональности С .

В результате расчетов определяется длительность п -го периода стойкости инструмента (периодичность заточек).

На этапе создания опытных образцов машины при проведении стендовых ускоренных испытаний на надежность могут быть получены зависимости уровня реакций R в функции параметров обрабатываемого материала ( ап ), размера обработки (В), скорости подп'гя ( Vb ), радиуса затупления реауцего инструмента ( jï ), величины линейного износа направляющей

R • -(3)

Яро1э того, исследуется влияние'перечисленных параметров на качественные характеристики обработки (среднеквадратическое отклонение толщины сипа S , шероховатость обрабатываемой по -верхности Rm ). Полученные экспериментальные данные представляется в ввдг уравнений регрессии:,.

S.e'.f \ ) ; (4)

ÎC6.V,, О, 1) (5)

Пр11 движении каретки в нагружённом силой Р контакте "опора качения-направлящая"' во-знякают силы трения От , обуслов -леннпя фрикционный качением, и сила трения RT , связанная с ■ наличием поперечных колебаний ролика вдоль его образующей (динамическое скольяение). Изличие сил Р, и RT приводит к сложному напряженному состоянию контактирующих материалов.

Износ направляющих качения станков при фрикционном ка •= ченни с динамическим скольжением можно рассматривать как процесс усталостного разруиения под действием максимального напряжения Тм . по глубине и усталостного износа истиранием по контактной поверхности направляющей под действием поверхностного касательного напряжения .

На практике принято обозначать максимальные глубинные и поверхностные касательные напряжения через максимальные нор -мальные напряжения р0 в контакте:

г.гаЛ.-Ро» ^сп= Л.П-Р. • (6>

где, <СМ и "Ср,, - приведенные кеюатольные напряжения.

Величина максимального нормального напряжения р0 определяется по формуле теории упругости для случая контактирования под нагрузкой двух роликов радиусом г, и г с параллельными осями, при условии, что радиус одного из них V —:

Рсг+ Л Р

(7)

П1" '

где Ь - длина контактной площадки; ч) и ^ - коэффициенты Пуассона соответственно материалов опоры качения и направляю -щей; Е, и Ег - модули нормальной упругости материалов опоры качения и направляющей.

Значительный уровень контактных напряжений приводит к интенсивной пластической деформации, сопровождающейся образова нием контактной площадки длиной Ь уже через несколько десятков перекатываний N ролика. По мере износа \ длина контактной площадки растет и может быть рассчитана по формуле:

I ^ 2 \ГЗ)£ , (8)

где 1) - диаметр цилиндрической направляющей.

С учетом зависимостей (б), ( 7 ), (8 ) форлула для расчета величины.линейного износа примет вид:

. . г^ ... ло.г "

(9)

где Н - твердость материала направляющей (Н1?С ); а) - частота динамического скольжения; К, , Кг - коэффициенты пропорциональности; А - амплитуда динамического скольжения.

Предлагаемая зависимость для определения накопленной ве- ; личины линейного износа направляющей учитывает трансформацию осноаных параметров, определяющих скорость изнашивания и взаимовлияние параметров в процессе эксплуатации станка.

На основании анализа предшествующих работ и исходя из особенностей процесса фрезерования древесных материалов, были приняты основные положения для выбора вида зависимости аппроксимирующие взаимосвязи Еибраций и износа- инструмента: форцула должна включать составляющую, зависящую только от пути трения' (резания); сложный характер влияния вибрационных перемещений на силы резания обуславливает принятие степенной зависимости, кзноса от амплитуду относительных колебаний режущей кромки; фсраула должна учитывать (усредненно) фазовое соотношение изменения силы резания и относительных виброперемещений режущей кромки. Таким образом, выражение для описания интенсивности износа 3 инструмента запишется в виде,

зср,)-. (ю)

сЦ р ¡4 1 1

где 0- - линейный износ режущей кромки инструмента; 3 (Рр) -- интенсивность износа, зависящая от технологических парамет -рэв обработки; т - коэффициент, зависящий от номинального значения величины подачи на резец; X - коэффициент пропорциональности; А; ~_амплитуда относительных виброперемеще -ний режущей кромки; - усредненная характеристика фазовых соотношений процессов резания и виброперемещения; п - число учитываемых гармонических составляющих возмущений, п =1,2,3...

Значения Э(Рр), 31, т (т < О находят по результатам экспериментальных исследований, амплитуду А можно получить'экспериментальным путем или расчетом.

По аналогии с (10), а также учитывая результаты исследо -ваний процессов изнашивания дереворежущего инструмента для определения радиуса затупления режущего инструмента предлагается эмпирическая зависимость, в которую входят: начальный радиус затупления острого инструмента - ро , путь резания Ь реь , по-

правочный коэффициент на обрабатываема!» материал.- амплитуда относительных' колебаний заготовки & плоскости - А4 ( Д4 численно равна амплитуде Аг), подача на резец »коэффициенты пропорциональности К, • Ь, .

j>> ^ + j . (И)

Второе слагаемое зависимости (II ) описывает изменение радиуса затупления при обработке заготовок на новом станке с начальными показателями технического состояния. Третье слагаемое определяет приращение величины затупления, связанное с ростом амплитуды относительных перемещений режущей кромки в зоне резания ;при изменении технического .состояния станка в процессе эксплуатации.

' Параметрическая надежность технологической системы ТС является функцией групп параметров, определяющих конструкцию станка К , режущий инструмент 5 режимы обработки R , техническое состояние станка Т и уровень нормативных тре -бований к качеству обработки §7

\ : * } (K,i,R,T;S) . (12)

Математическая модель параметрической надежности имеет следующий ряд: Л , , . .. , ,

■ R= j (anlb,Vb,/,^) : Ь'ПЪ^.РЛ)

Ь [ Ы Ч Рст^ Д

. ... .3) : - - ; s

> ? fKv°n(LftJ+ bAj^Xl „J

при О« 4 300 мкм & й J> 6 40 «км

Vjö 6 ц/чт 20« & «£ 60 ил

Разработаны алгоритм и программа расчета математической модели на ЭВМ. Математическая модель позволяет:

. Определить период стойкости режущего инструмента в зависимости от режимов обработки в изменяющихся условиях эксплуатации (ухудшение технического состояния оборудования). .

Установить взаимовлияние факторов, определяющих надежность ТС по мере ухудшения,ео технического состояния.

.1 технического состопжга станза, пер акт оряз у ч «о го урочкеи ч?сительных колебаний Аг в контакте "резец-заготокт®,, Заш « гимость р = $ ( , Аг, ап) близка к линейкой, при зтоы ;прзделявцее влияние на затуплешю оказывает длина-пути резания и порода обрабатываемой древесины. Для определения радиу-:а затупления предлагается использовать пырат.еш'.е:

Р = [ре]+ [К3ап(2,6бЦ„- 0,]31О>[к,апА35гЬре4] . (И)

Зпрагедяиво для продолыю-торцоЕого фрезерования, резцами из :тали Рб!.!5 заготовок из древесины сосны ( а„ = I) :: дуба : а„ = 1,55); V«. - 2-6

Максимальная погрешность в оценке у , для рассматривас -;сго диапазона варьированных факторов не превышает 16Й.

. Сопоставление внешних картин изнашивания и профпллограмм ;кнейного. износа направляющих, полученных при зксплуатацнснш.*х шблядениях и п процессе стевдовых испытаний позволяет сделсгь ивод об их идентичное."!!; и сохранении усталостного вида пзца -.ивания, как преобладающего. Характерной особенностью износа •а протякении всего, периода эксплуатации является его норавно-ерность по длине направляющей, обусловленнся переменными ве -ичкнаии амплитуды динамической нагрузки и вибраций, различная иклозагрукенностьэ. При этом отмечается рост величины ипкро -зроваостей по контактным поверхностям направлягэдеЛ по мерс- ::а-опления величины линейного износа.

Одновременно с ростом величины линейного износа попраглл-чей происходит увеличение ширины дорожки контакта, которое эгло сопровождаться уменьшением максимального контактного дав-зния в зоне "ролнк-капразлню^ая", что привело бы к уменьшению ;:орости износа. Однако, увеличение амплитуд виброперемещений, «ванное неравномерностью износа направляющей, снижением жест->стп контактов и затуплением инструмента, вызывают рост нагру-ж, которые интенсифицируют износовые процессы. В результате ¡орость изнашивания цилиндрической направляющей практически )стоянна на периоде эксплуатации.

В соответствии с планом исследования математической модели фаметрической надежности на ЭВЫ ЕС-1046 выполнены расчеты [ияния параметров конструкции и функционирования односторонне-

го шипорезного станка 1016-4 применительно к номинальному эксплуатационному и реальному спектру режимов и условий его эксплуатация. Результаты расчета позволил;: сделать р.-'д выводов, подтверждающих теоретические разработки и данлие экеп -луатационньк наблюдет!."!.

Ресурс направляющих качения до достижения вол;:ч":;ы про дельного износа 300 ккм зависит от режима работы стс«?я и ы: -sot изменяться в пределах от 22650 до 78100 циклов (ходотО каретки.

Период стойкости режущего инструмента определяется, в перцуп очередь, требованиями к качественном характеристикам обработки ( [Rm] , [S] ). Кроме того, на перлсд стойкости инструмента оказывает влияние величина _ лкио&аго Jissoca направляющей , характеризующая техническое состояние ста ко (рис.2,а,б).

Так, для нового станка ( ^ = 0) для получения садшноЛ шероховатости [ R^ ] -- 100 м.-м период стойкости Т ревущего инструмента из должен прег..-лзать 120 цшкхов, а . = 300 мкм он мо^ст доходить до 520 ц;:клов (рис.2,а). Лнаяогкч ¡.'а." картина каблэдастся при обеспечении заданной точности [" сЗработки (рлс.2,6). Для изношенного станка ( ^ - ЯЭЭ мкм) п рочисленныз качественные характеристики обработки( = 100

"¿;ы и [ Rn] - 300 м:;м) могут быть получены соответственно до У наработки 60 и 440 циклоп каретки на период стойкости.

Установлено, что длл среднестатистических производствсн--с условий, которым соответствует предельно допустимые урэиг; псроховатости обработанной поверхности - 200 мкм и

среднзо кводратпчоское отклонение [S] =.75 мкм, лимйтирующи кj период стойкости инструмента являэтея: до наработки 10220 'циклов - [ R,„] , а после нее - [5] .

Увеличение радиуса опоры качения и твердости материала направляющей снижают интенсивность износа направляющей качз -ния. Так, при росте радиуса опоры качения г от 20 до 40 га ресурс направляющих качения увеличивается с 40ICQ дс'53220 циклов, а повышение твердости материала иапраавяэдф". с 25 до • 35 HRC приводят к увелгзчениэ ресурса на 28%.

По результатам Ей'аггдоззнкя были сфорцулировс^-а ^ гако екяэ ргноизццацаа,, йапгагпешыо ка повшэние надс^аостн на

? хо т ао гоз гзо у,***",

¡с. 2. Влияние износа £ направляющей на период стойкости 2"* режущего инструмента в зависимости от ог-

раничений по качественным характеристикам обработки^-I шероховатость обработанной поверхности/^/??/; | среднее квадратическое отклонение толщины шипа

овалах проектирования етакков с иехакизмамя подачи по капрал» дяющим качения на станкостроитель»« заводах и в СКБД, а тая-Ев при модернизации оборудования на деревообрабатывающих пред ириятиях. .

Разработаны рекомендации по рациональной эксплуатации де реворежущего оборудования с механизмом подачи кареткой на деревообрабатывающих предприятиях. Эти рекомендации охватывают вопросы планирования периодичности замены регяущего инструмента в течение изаремонтного периода с целью получения проду:: « цаи заданного качества, а такке расчетов потребного количеств ва ревущего инструмента.

Результаты работы прошли производственную аапробацип на ЦЩ{ "Эльбрус", г. Нальчик и станкостроительном заводе'"Красный ¡ьогаллист", г.Ставрополь, что подтаарэдеао сэ&тсстсте^'щялс! актами. Чтобы оценить эффектишасть предлоя«:кигае мзтодж ус-80реюшх испытания, был рассчитан экономический эффект от проведения применительно к 'станку ШСХ6-4. 0:: состава околз 90 тыс.руб. о год. А

.выводя -

1. В различном дереворежущем оборудовании широко примени зтея механизш подачи кареткой по направляющим качения. В то ко время повышенный износ направляющих и его влияние на точ -«гость обработки является причиной низкой надежности этих механизмов. Поэтому цель» настоящего исследования была разра -ботка методов оценки, и побы пения надежности технологической системы механизмов подачи кареткой^ ' \

2. Технологическая система дереворежущего, станка рассмат-равается как система с жесткой связьи с последовательным вы -полнениеы операций технологического процесса. В качестве ос -новшлс подсистем и элементов приняты в их взаимосвязи: оборудование, режущий инструмент, обрабатываемый объект, режим обработки и др./. ' ";•,";''' ' •..

3. В качестве;критериев параметрического отказа был при ■ яят выход показателей качества обработки (технологической точ-гзэсти и шероховатости) за установленные нормы. Основное непо ■ следственное влияние на качественные характеристики обработки оказывают износ резущего шетрумеота н направляющие качения.

-хеоь зтй к ¡¡^sse^a Kznzs

ypor'J ;1 к ¿'ху^пегс'з "r^jiíTraerís я«^^^"

pon уаругсй систсмн.

4. 3 расчетах иа ¡гедеккость учятивалкеь тра аазаак eco -бенности, позволяющих существенно повысить точность оцонш; езоимовлияние динамических и износовых процессов, рост с7спс~ :ш взаимовлияния и увеличения во время работа станка интеи -сииюсти этих процессов.

5. Разработана математическая модель параметрической надежности технологической системы дереворежущего станка с ые -хглизком подачи кареткой с учетом взаимовлияния динамических и износовых процессов.

6. Получены регрессионные зависимости амплитуд горизон -тальных и вертикальных колебаний о? износа инструмента и иа -правлпащей, скорости подачи и размеров обработки. Наибольяез влияний на уровень колебаний оказывает затупление инструмента н износ направляющей. Получены зависимости показателей паче -ства обработки от тех же, показателей. Установлено, что на величину S доминирующе? рлгяииа оказывает J> и ^ , а на гэ -личину Rm затупление инструмента р .

?■ Результаты расчета математической модели параметрической надежности позволили сделать ряд выводов, подтверждающих теоретические разработки и данные эксплуатационных наблюдений.

8. По результатам исследования сфор^лировани практичс -ские рекомендации, направленные на повышенно надежности на этапа;: проектирования станков с механизмами подачи по направляющим качения на станкостроителышх заводах и в конструкторских бюро, а такие при модернизации оборудования на деревообрабатывающих предприятиях. ''

9. Получены зависимости изменения радиуса затуплетш я инструмента, роста погрешностей обработки, уровня вибраций й на« грузок в узлах станка. Эти завистюсти могут быть использованы . ка дерокообрабатываздих предприятиях при планировании периодич-г-:ссгя замен режущего инструмента в межремонтный период, а так-se для расчета потребного качества режущего инструмента.

10. Выявленные зависимости параметрической надетлости станков от режимных факторов обработки могут быть использованы для разработки индивидуальных норм по периодичности и обтемам ра -

бот по техническому обслуатоантаэ и ремонту оборудования в ел-' огаме ППР. . .'' ;

' Основное содержание дассертацаа ограсено г следующих рабожах: !

1. Чувашев АЛ. К водросу оценю: влияния износа надрав- 1 яявдих г режущего инструмента на сехнологаческув надежность дереворежущего станка.// Науч.гр.ДИГШ, - 1986. - Вш. 177. -С. 124-128.- V

2. Чувашев АЛ.,Серзпш Н.Г /Исследование взаимовлияния износа инструмента п узлов трения станка.// иауч.тр.ЛШИ. - ; 19В6. ^ Вш. 185. - С. 43-46. • . . : .

3. Чувавев АЛ. Взаимовлияние процессов лзг.Еиивания ла-праваякцих, качения и реадщего Енструг<шнта в кхзхелй "згапок--лрл&дасоблешю-ЕНстртмент-детаи;" деревообраЗаг^аздето обетования.// Науч.гр.Д1ИИ. - 1333, - Вш. 202. - С. 19-24,

4. Мегод определения с^бгариозшческкх колебаний 2 сисге-ые "каретка-напргзляэдие" на сгадки проектирования дерезооб- ' рабатнааще; малин./ Авторы: Аиашщкй В.Е.,Бэндар:> В Л?», Чуваззв А.П.,Нуллер Й.Я.// Изв.леса.йуря. - 198д. - В 2.

С. 52-55. .,

5. Аыалщкий В.В. ,Бондарь В.Г.,Чувшзв АЛ . и-др. Ускоренные испытания на надежность- деревообрабатывающего оборудования.// Науч. тр. А1. ШЛИ: София ВИИ: 1339. - С. 59-63.

6. Чувашев АЛ. Влияние вибраций в хонтанто "резец-заго- . товка" на износ реяуцего инструмента.// Науч.тр.ДиГЩ. -1990.-Вш. 288. .;. . :