автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Устойчивость технологической системы растачивания при некинематическом дроблении стружки

S 9 О

ленинградский тосягдарственный тешшсеиИ ттгааш

На правах рукописи

1Ш>КУТ Исаи

УСТОЙЧИВОСТЬ Т^ШУЮГМКСЛШ CkiCTtäMÜ PACTA4Ví0Afcli)-i ЯРЙ НШНЕМАГИЧБСШ ДРОЕЯБНИИ СТРУЖШ

Специальность 05.Ü2.08 - Технология ыашььоо^рйешг

автореферат ,

диссертаций на соьскгцша ученой creiwuu кандидата технических пиуи .

Лзмярзд - ISiO

N

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Ленинградского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

СД.ЮТАИЮМ

Официальные оппоненты: доктор технических йаук, профессор

А.В.ИЖ

пачдидат техник .ских наук» дошит

а.б.ч:жмжий

¿идущее предприятие: Ленинградской производственное объединение полиграфического иашиностроэни:

Задита состоится " 2. ^ " НОр.^ 199 О I. в 6 часов на оисодании специализированного совета Д 063.38.16 в Ленингрсд-счои государственном техническом университете по адресу: 195251, Ленинград, Политехническая ул., 29. /. учебный корпус, еуд. ¿//

С диссертацией мохно ознакомиться в фундаментальной библиотек университета.

Отзывы на автореферат диссертации в 2-х экземплярах, эавеоен-кы^ гербовой печатью учрегдения, просим направить по вышеуказанному - адресу.

Автореферат разослан " СРЛ- ^99 о_г.

•Ученый секретарь спешалиэтоованного совета кандидат технических н&ук, ' доцент

ИД.СЭШ'Й

ОБЩАЯ ХАРШ1ЖГт РАБОТУ

Дальность работы. Интенсификация технологических процессов

1 автоматизации производства при обработке металлов резанием приво--1ят к резкому увеличению массы снимаемой стру;кки, выход которой в зависимости от обрабатываемо го материала составляет до 35 '/о от мас-;ы детали.

Лри обработке многих материалов резанием и в частности в. про-дессах растачивания поверхностей тел врадения стружка имеет характер длинной непрерывкой ленты или спирали, что затрудняет работу эператора, сдерживает производительность труда, так как создает труд-■£ке условия для использования автоматизированного оборудования.

Таким образом, при оксплуатадаи станков с ЧПУ, роботизированных технологических систем и ШС узким местом является дробление стряси. Существук'дие методы дробления стружки, саязанные с изменением .^еометрии рекуцего, инструмента, установкой вибраторов или других до-юлнительшх устройств, обычно мало эффективш пли приводят к допол-штельнъм материальным затратам и усложнению структуры станка и про-десса обработки.

В связи с этим исследование способа дробления стружки при растачивании методом предварительного нанесения на обрабатываемую по-зерхность винтовых канавок с больсим азгом является актуальным. Од-^aкo для рационального использования этого метода необходимо рассматривать колебательные процессы в различных подсистемах станка, зозникаюдис лри периодическом изменении площади срезаемого слоя. Исследование колебательных движений в подсистемах станков имеет боль-сое значешю для увеличегшя их надежности, работоспособности и обес-деченля стадаонарно-усгойчивых режимов обработки или устойчивых ко-дебательнпх дзлгамП неавтономна технологических систем.

На основании изложенного вьиз, настоящая диссертационная рабо-;а, посвященная вопросам устойчивости систем растачивания при неки-шмагичсском периодическом дроблении стружки с помощью стружкораздет штельних канавок, являете;; ¿есьма актуальной и полезной для проиэ-тдстзенмой практики.

Нельк; работу является исследование устойчивости дшйонля технологических систем растачивания- тел арацешд при обработке с пркмопе-¡;:им ездякораздолительных каьаиок и анализ эЗДеютглюсти отего метода дроЗлсшя струаки.

..нуо);и;:.'1 и едлодозада*}.Дост»сю«ио пели роботы осуществлялось

комплексными 1'еорегико-эксперименталышми исследованиями. Проводились опыты использования винтовых канавок как метода дробления сед-кки при растачивании металлов с различными значениями параметров ре-Кима резания: "Ь = 0,7 * 2 мм; ■ Э = 0Д1 + °»3 мк/сб; V «= 1,5 >■3,6 м/с.

'■"■. Для исследования колебательных движений контуров технологичес-. кой систеш была разработана математическая модель и определены ее параметры: жесткость, частота собственных колебаний, логарифмический декремент и коэффициент силы сопротивления. Методом планирования эксперимента были установлена степенные зависимости силы резания от параметров режима резания.

Исследование виброустойчивости системы выполнялось с иопользо-

■ в&нием фазовой плоскости и графического метода Льенара применительно к различным активным участкам обобщенной характеристики сил.

Теоретическое исследование колебательных процессов технологической систеш и устойчивости ее движения выполнялось на базе принятой математической модели- системы растачивания. Динамика изгибньк подсистем изучалась с помощью дифференциальных уравнений, при решении которых были рассчитаны амплитуда» - и фазэво-частотные характеристики. Экспериментальным путем проводилась проверка математичес-

■ кой кодели и расчетных данных АЧХ систеш.

. • 1 Для определения эффективности использования стружкоразделитоль-

• ных' канавок проводился анализ технологических характеристик процес-,' са растачивания, таких как стойкость режущего инструмента, точность ' размеров и шероховатость поверхностей. Методом многофакторного пла-! ииров&кия эксперимента установлена зависимость стойкости режущего

• * инструмента из твердого сплава марки Т.15К6 от параметров режима ре-

зашя, амплитуды и частоты вынужденных колебаний. " Научная новизна состоит в следующем;

- разработана математическая модель технологической системы растачивания с применением струккоразделительных канавок в виде диф-феРанвдалького уравнения» описывающего колебания доминирующей подсистемы; '

- на фазовой плоскости с пойощыо метода Льенара проведен ана-

: зша вяброустойчияости системы и определены условия как мягкого, так ' и;жесткого возбуждения автоколебаний; -,■';■"•■' - у- расчохвд/. и экспериментальным путем определены формы вынуж-. - денных колебаний системы и установлены аиплитудно- и фазово-частот-\характеристики. Показано влияние параметров вета,?а ропшзм к

числа канавок на эти характеристики;

- установлена модель для расчета стойкости режущего инструмента, работающего з условиях возбуждения вынуждены« колебаний.

Практическая ценность. Установлено, что применение струякорао-делительных канавок является надежным, высокоэффективным способом . дробления стружки при токарной обработке.

Разработана методика составления математической модели техдало-. гической системы и программы расчета на ЭВМ амплитуд!¡о- и фазопо-чн- ' стотшх характеристик колебательной подсистемы. у.

В работа даны рекомендации по выбору параметров реетма резания;--; обеспечивающих стационарно-колейательныо движения в неавтономных системах.

В результате исследования технологических характеристик процесса растачивания с применением стружкоразделитеяьных канавок получена', эмпирическая зависимость стойкости режущего инструмента от пардазт-, ров режима резания, амплитуды и частоты вынужденных колебаний.. '. .'■ Публикации. Осносныг результаты диссертации изложены в двух 'пе-1!. чатных таботах.

Структура и объем работц. Диссертация состоит из введения, пята глав, общих выводов и заключения, изложена на 134 страницах налило-'.', ггаскогс текста, содержит 58 рисунков, 8 таблиц, список литературы иа. 81 наименований, 4 приложения. :'•'..'

СОДЕРЖАНИЕ РЛБ01Ы

Во введения обоснована актуальность теш диссертации, приведена ее общая характеристика и направленность. . ' . . "."у'■'."'

В первой_ глава проведен анализ различных способов дробления, стружки и катодов исследования устойчивости технологачесягих систем,-;' при токарной обработке. . ' . ■ ■

Показано, что кинематические способы дробления струякк1, .сзяэянч' шв с применением вибраторов или других дополш^ельгак.устройств^' ,,: обэспечизащих чолебательное движение инструмента или 'заготовкл' пра-'. водят к дсполшявлььда ^егериальньм затратам, к усложнению 'структур«, технологической системы и уэзличешв шероховатости обработанных'цо-'.. верхностей. Некинеыатнческие методы дробления струяки, сдязаннца-с у изменением гесмегдо реяущага инструмента, с лр>м0нешол1'/рмл»ч>&х'' стружкозапивающих и стружколоиапщих устройств ил» о' изшиз/шймЧам)-«еского состава обрабатываемого материала, мало о^окупЕИЦ :И/. неуэд?;.

" . 3 ■

версальны. Проведены испытания стружки при растачивании стали 40Х с различными значениям! параметров режима резания: "Ь =0,7 + 2. ым;

Б = 0,11 4- 0,3 ж/об; V =1,5 г 3,5 м/с. Установлено, что для обеспечения эффективности и надежности процесса дробления стружки глубина канавки "Ьх должна составлять 815 4- 30 % от глубины резания.

в результате проведенных исследований и испытаний установлено, что при обработке металлов ка металлорежущих станках с 4:1/ можно успешно применять способ предварительного формирования винтовых канавок с близким шагом на поверхности, подлежащей обработке.- Этот некинематический метод дробления струкки может быть использован для чистовой и пояучистовой операций и является эффективным и универсальным способом. Существующие кинематические расчеты этого метода применительно к процессу наружного точения не обеспечивают стабильности процесса и технологической надежности работы металлорежущего оборудования.

В связи с этим проведен анализ аналитических и графических методов исследования устойчивости движения технологических систем. Основным преимуществом графических методов является большая наглядность физической сущности происходящих процессов. Графические методы связаны с использованием фазовой плоскости. В данной работе использовался графический метод Льенара. Этот метод особенно удобен при анализе автоколебательных систем, так как дает возможность представить решение дифференциальных уравнений, характеризующих движения в системе' в вида интегральных кривых на фазовой плоскости. Основным преимуществом метода Льенара является то, что для его применения не требуется аппроксимации нелинейных характеристик. При построении интегральных кривых могут быть использованы экспериментальные характеристики сил. '

На основании проведенного анализа и в соответствии с целью работы были сформулированы следующие основные задачи настоящего исследования:

„ 1. Исследовать применение винтовых канавок для дробления стружки при токарной обработке внутренних тел вращения и определить условия образования стружки в зависимости от числа канавок и параметоов режима резания.

2. Разработать методику составления математической модели технологической системы растачивания тел вращения с применением струк-кораэделятельиых канавок. Определить доминирующи подсистему и ее

параметры.

3. Установить нелинейные зависимости силы резания от параметров режима резания при растачивании резцом из твердого сплава. Определить аппроксимирующие зависимости составляющих силы резания от параметров режима резания и свойств обрабатываемого материала.

4. Определить на фазовой плоскости методом Льенара условия как мягкого, так и жесткого возбуждения автоколебаний. Установите условия виброустойчнвости процесса резания.

5. Для принятой магматической модели составить дифференциальные уравнения двн.кенип неавтономной технологической системы с учетом всех действующих на нес сил.

6. Исследовать вшувденные колебания и устойчивость двикения неавтономной технологической системы растачивания с применением стружкоразделителышх канавок. Рассчитать аыплитудно- и фазово-час-тотные характеристики колебательной системы.

7. Ььж'лнить экспериментальную проверку полученных теоретических результатов.

8. Исследовать технологические характеристики процесса растачивания: стойкость режущего инструмента, точность размера и формы деталей и шероховатость обработанных поверхностей.

Вторая глава посвящена методике составления математической модели технологической систеш и определения ее параметров: ^ - жесткости; о.) - частоты собственных колебаний; га - приведенной ко--леблюдейся массы; Д - логарифмического декремента и К - коэффициента силы сопротивления.

Технологическая система растачивания тел вращения представлена в виде априорной математической модели, имеащей восемь степеней свободы. Цпиндельная подсистема имеет две степени свободы в направлениях осей У и I ; подсистема державки реэпа таете имеет две степени свободы в направлениях У и Ъ ; подсистемы суппорта и резцедержателя имеют две степени свободы для кеждой из них в направлениях X и У . Для каждой степени свободы принятой математической модели экспериментальны?.« путем методом импульсного возбуждения определилась частота собственных колебаний. Экспериментальная установка »'сличает в себя тенэометрическую станшю и осциллограф для регистрации свободных затухающих колебаний. Экспериментальным путем по диаграммам "нагрузка-перемещение" определились значения жесткости вссх степеней свободы принятой модели системы. С учетом жесткости и собственной частоты рассчитывалась приведенная масса по форму-

ле:

кг

(I)

т = ¿/ы2

Для опроделетая диссипативных сил по осциллограммам затухающих собственных колебаний вычисляется логарифмический декремент. Коэффициент силы сопротивления вычисляется по формуле

К - 2йЫГП , Ц-С2/М (2)

В результате анализа параметров априорной математической модели системы было .установлено, что доминирующей подсистемой является подсистема державки режущего инструмента в радиальном направлении со следующими параметрами: Ь = 1,9.10^ Н/м; О) - 131 Гц; ГП = 1,47 Кг; Д в 0,127; к = 67,85 Н.с/м.

Третья глава посвящена исследованию нелинейных зависимостей силы резания при растачивании тел вращения.

Для определения нелинейных зависимостей силы резания проводился трехфанторный эксперимент $ при растачивании сталей 40Х и 65ХН резцом с пластинкой из твердого сплава марки Т15К6. Параметры режима ве~ зания варьировались на двух уровнях: верхнем и нижнем. Скорость резания на верхнем уровне составляла 3 м/с, на нижнем 1,25 м/с. Подача составляла 0,3 и 0,12 мм/об. Глубина резания составляла 2,25 мм и 0,&мм.

Изменение силы резания в каждой точке плана эксперимента осуществлялось на экспериментальной установке, состоящей из динамометра УДЛ-600, усилителя УГ-4 и показывающего прибора.

В результате обработки экспериментальных данных на ЭЬ',,1 с помощью стандартной программы были получены степенные зависимости силы

резания от параметров режима резания ( - для стали 40Х:

V

в ,± ):

- для стали 6&ХН!

р2 = 1240 ьо.6 3о,5 у-о,от

О- - 725 ^ад у"0'09 ► (3)

Рх = 441 ■Ь0'5 Э0,27 V"0'17

р* » 1370 > ^0,5Т ^Ьл у-0,08

Ру = 95«

Рх = 54 5 ^,55 5O.IT у-0,15 (/■Л

Адекватность уравнений (3) и (4) была доказана по критерии Фишера.

Четвертая глава посвящена исследованию колебаний и устойчивости движения неавтономной технологической системы растачивания тел вращения с применением стружкоразделительных канавок.

При резании металлов на металлорежущих станках имеют место различные виды колебательных движений: собственные, вынужденную и автоколебания.

Для исследования колебательного движения и устойчивости технологической системы была разработана математическая модель системы на основании анализа частот собственных колебаний. Как показано в теории колебаний, анализ частот собственных колебаний всех подсистем принятой априорной модели позволяет не учитывать те степени свободы, квадрат собственной частоты которых отличается от квадратов лиминиругащих частот-системы в 3 ... 5 раз. На основании вышеизложенного априорная математическая модель технологической системы растачивания была заменена расчетной математической моделью с одной степенью свободы подсистемы державки резца в радиальном направлении У-У с параметрами: } « 1,9.10б Н/м; 0) » 181 Гц; щ = 1,47 Кг; к = 0,127; И, - 67,85 Н.с/м.

Рис. I. Натематическпя модель технологической системы с одной степенью свободы

Построение- интегральных кривых по методу Льенара исполняется примо» ш!телыю к обобщенной характеристике сил. Обобщенная характеристика

представляет собой нелинейную зависимость, полученную при сложении характеристик силы резания и силы сопротивления. Ход интегральных кривых на фазовой плоскости позволяет судить о возможных движениях технологической системы. При обработке стали 40Х при выборе рабочей точки на падающем участке обобщенной характеристики сил при t = 1,5 мм; S = 0,23 мм/об; V = 0,67 м/с (как это показано на рис. 2) интегральная кривая 4 при любом внешнем воздействии раскручивается к устойчивому предельному циклу 5. Это свидетельствует о стационарном автоколебательном движении и мягком возбуждении автоколебаний в системе. Такое возбуждение характеризуется колебаниями с постоянной амплитудой по перемещению, силе и скорости.

При назначении* режима резания на поднимающемся участке обобщенной характеристики сил (рис. 2), с ярко выраженным положительным сопротивлением в системе при V = 2,5 м/с; "t = 1,5 мм; S = 0,23 мм/об, интегральная кривая 4 скручивается к устойчивой особой точке Q2 , что говорит об отсутствии автоколебаний в системе.

При выборе рабочей точки на поднимающемся участке обобщенной характеристики, вблизи от падающего при V = 1,17 м/с; t =1,5 мм; S = 0,23 мм/об (см. рис. 3), на фазовой плоскости возможно наличие двух предельных циклов: устойчивого 4 и неустойчивого 5. Таким образом, в системе возможно установление двух режимов: либо устойчивого стационарного положения равновесия, либо стационарного автоколебательного процессе, с постоянной амплитудой колебаний. Как показано на рис. 3, при возмущении на величину меньше еатлитуды, соответствующей неустойчивому предельному циклу ¡5, в системе устанавливается устойчивое стационарное движение. Пои возмущении на величину больше амплитуды колебаний неустойчивого цикла 5, в системе устанавливается автоколебательное движение. Возбуждение автоколебаний в этом случае называется жестким. Из проведенного выше анализа видно, что при скорости резания V 1,5 м/с в системе возможно «сличив как мягкого, так и жесткого возбуждения автоколебаний. ¿у:я скорости V > 1,5 м/с в системе устанавливается устойчивый режим резания.

Наличие стружкоразделительных канавок на обрабатываемой пэвзр-хности заготовки приводит к прерыванию процесса резани и периодическому изменению площади срезаемого слоя, что вызывает появление внешней периодической возмущающей силы F (t0) , в следствии которой появляются вынужденные колебания в системе. Сила F(to) является функцией от времени (t0) с периодом X 8 На основании принятой математической модели и с учетам шг.

'ис. 2. газовый портрет при растачивании стали 40Х с

V =.0,67 и 2,5 м/с; % = 1,5 мм; Б = 0,23 мм/об

3. Фазойь'Я портрет при обработке ехали 40% со скоростью V = Г,17 м/с, г = 1,5 ым- Б = 0,23 мм/об

действующих на технологическую систему сил дифференциальное уравнение, описывающее движение в системе может быть представлено в следующем виде:

ту +hy + ¿у= Рм (у, у) + F(t0) (5)

где Ру(у,у; - сила резания; t0 - время. Для анализа движения неавтономных систем станков определены аппроксимирующие выражения обобщенной характеристики сил в виде полинома третьей, пятой степени или в виде линейной зависимости. Анализ движения системы на фазовой плоскости показал, что в области нормативной зависимости параметров режима резания имеет место стационарное положение равновесия при обработке на поднимающемся участке обобщенной характеристики.

На основании вышеизложенного, для аппроксимации обобщенной характеристики сил использовалась следующая линейная зависимость:

ру - Руо + Ну (6)

здесь Ру0 т- радиальная составляющая силы резания, отвечающая выбранному режиму резания, при отсутствии вибраций; Н - крутизна характеристики в рабочей точке.

С учетом уравнений (3) и (6) и мгновенного значения глубины резания ( tM = "t - У ) можно определить силу Ру в уравнении (5). Из-за большой жесткости подсистемы резца опускаем нелинейные члены дифференциального уравнения по перемещению, и после преобразования дифференциальное уравнение (5) можно представить в следующем виде:

У + Со У * W* У = F(to)/m (7)

Уравнение (7) представляет собой линейное неоднородное ди^ерен-шальное уравнение второго порядка. Возмущающая сила F(t0) имеет вид периодических прямоугольных импульсов с периодом t Спектр этой силы с помощью ряда Фурье можно разложить на гармонические составляющие следующим образом:

F (t0) = ~ + ¿ (аа cos ncOgt0 + í)n süi. ruo6t„) (8)

¿ пч

где Cüß - частота основной гармоники силы f" (t0) .

¡1осле определения коэффициентов рядя Q о > 0-а , Ьп решение глффзренш'гэльного уравнения (7) ¡,п:;'нп представить как:

Ц =, llJL + f Qfi COSCncO&to- 'fn)->- hi.SifKflCOftn-^n) -О " ^ пъ

ли де

ии

У - Ао + 21 А* 51а (ао^о-Чп)

п-1

-у_Уй + ь\ 1С°ай)ь

пй ' " ооа-а2о)| по)

десь А - амплитуда вьщужденных колебаний системы; -

двиг по фазе.

Для полного представления о колебательных движениях в системе влиянии на них параметров режима резания были рассчитаны амплитуд-о- и фазово-частотные характеристики системы с учетом первой основой гармоники, так как технологические системы металлорежущих станов характеризуются высокими диссипативными силами.

При П = I, т.е. с учетом основной гармоники силы

д _ __Уп___Чх А Рц_ , ^

астота вынужденных колебаний равна:

0)ь = К п /60 , Гц, (12)

де К - число канавок; П - частота вращения шпинделя станка об/мин.

Выражение (II) дает возможность установить связь АЧХ с парамет-ами режима резания ( V , $ , "Ь ) и с параметрами системы ( } , О) , т , \1 ). Для расчета АЧХ и ФЧХ системы на языке "2ортран-4" ыл разработан блок программ, реализованный на ЭВМ СМ-1420.

Расчет АЧХ и -5ЧХ проводился в диапазоне изменения глубины реза-ия от 0,5 до 2,5 мм с шагом 0,5 мм. Подача имела фиксированные ■начения: 0,097; 0,17; 0,23; 0,3; 0,39 т/об. Глубина канавки - от ,6 до 2 мм. На рис. 4 даны результаты расчета АЧХ при различных начениях подачи для заготовок с двумя канавками с глубиной "Ц « ,3 мм при глубине резания Ъ в 1,5 мм.

Установлено, что зависимость амплитуды вынужденных колебаний т подачи при постоянной глубине резания и фиксированных значениях частоты (х>4) носит прямопропордаональный характер. Установлено, :то АТ1Х сохраняет свои форму при различных значениях глубины реэа-;ия, подачи и глубины кпнавки и имеет резонансное значение при =. Ю1 Гц. 1

Рис. 4. Расчетные данные АЧХ при обработке стали 40Х. Экспериментальные данные в виде точек: Д - Б * 0,097 мм/об; о - й = 0,39 мм/об.

Экспериментальным путем проводилась проверка расчетных данных АЧХ. Опыты проводились цри обработке стали 40Х резцом с пластинкой из твэрдого сплава марки Т15К&. Проверка АЧХ осуществлялась в диапг зоне изменения частоты от 3 до 100 Гц. На рис. 4 точками даны результаты измерения амплитуды вынужденных колебаний при обрао'отке с «1,5 мм; Б = 0,097 и 0,39 мм/об. Полученные результаты опытов подтвердили правильность математической моде-ли системы и расчетных данных АЧХ. Максимальное отклонение экспериментальных данных АЧХ от расчетных не превышает 10 * 12 %.

Пятая глава посвящена исследованию технологических характеристик процесса .получистового растачивания тел вращения с применением струккоразделительных канавок. Основными технологическими характеристиками этого процесса являются: стойкость режущего инструмента, точность размера и формы обработанных поверхностей, шероховатость поверхностей.

Стойкость режущих инструментов, работающих в условиях вынужде! ных колебаний, является функцией параметров режима резания, амплит! да и частоты вынужденных колебаний. Анализ стойкости инструмента 11

проводился в качестве сравнительного испытания, то есть проводилось исследование стойкости инструмента в зависимости от параметров ре-кима резания ( ^ , Б , V ) при обработке заготовок без канавок, а также исследовалась стойкость в зависимости.от параметров. режима рет эания, амплитуды и частоты колебаний при обработке заготовок с различным числом канавок.

Анализ стойкости от указанных выше параметров проводился методом дробного многофакторного планирования эксперимента. Все факторы зарьировались на двух уровнях: верхнем и нижнем. Скорость резания V = 2,75; 1,6 м/с, глубина резания "Ь = 1,4; 0,7 мм; Э = 1,28; 0,12 мм/об; = 16; 5,3 Гц; А = 16; 8 Мкм. Контроль износа зежущего инструмента был проведен по задней поверхности. Критический юное составляет =0,5 мм. Реализация плана экспериментов

»существлялась при обработке стали 40 X. резцом с пластинкой из твер-;ого сплава марки Т15К6.

В результате математической обработки экспериментальных данных ыли получены эмпирические зависимости стойкости режущего инструмен-а. При обработке отверстий с применением стружкоразделительных ка-:авок для определения стойкости инструмента в зависимости от параме-ров режима резания, амплитуда и частоты вынужденных колебаний полу-ено следуктее выражение:

т = _ -

V0-3 Б0'" О)*0''6 А0'5' авясимость для определения стойкости инструмента при обработка за,-

отовок без канавок имеет вид:

Т - Ч6-5 (14)

'1 у0,1 50,57

цекватность уравнений (13) и (14) была доказана по критерию Фишера, данной работе проведен анализ точности размеров деталей при растаивании отверстий из стали 40Х с применением стружкоразделительных здавок.

Установлено, что распределения размеров деталей подчиняется жону нормального распределения (Гаусса). При обработке заготовок 1а\'.етром 140 мм с двумя канавками при V »2,17 м/с, Б «=0,26 «/об; X * 1,25 мм, = 1,1 мм среднее кввдратичвсков откло-

:ше разно б = 0,044 мм и рассеяние размеров деталей V/ ■ 6 в = 0,264 мм; то есть данный процесс обработки позволяет полу-(ть размеры деталей по 11-ому кзалитоту- ^

Анализ точности формы деталей и шероховатости их поверхностей проводился в качества сравнительного испытания при обработке заготовок из стали 40Х с различным количеством канавок ( К = I * 3) и заготовок без канавок. Режим резания составляет: ^ = 1,4 ым; $= = 0,195 мм/об; V =2,5 м/с.

Установлено, что наличие струккораздолительных канавок на обрабатываемой поверхности не оказывает значительного влияния на шероховатость и точность еа формы. Среднее арифметическое отклонение при обработке с канавками 1,35 мш соответствует требованиям

чистовой обработки внутренних поверхностей тел вращения. При обработке без канавок й-о, « 1,30 мкм.

Основные выводы и заключение

На основании проведенного в работе исследования южно сделать следущие основные выводы:

I. Установлено, что в технологических системах растачивания дробление стружки с помощью стружкораздежитекькых канавок является надекнш.'., высокоэффективным методой, позволяющим получать различную дисперсию стружки в соответствии с требованиями процесса обработки.

2.. Разработана методака составления математической модели технологической системы растачивания при использовании стружкораэдели-тельшх канавок. Определены параметры априорной модели.

3. Б результату анализа параметров технологической системы рас тачиаания тел вращения установлено, что доминирующей системой является подсистема державки инструмента'в радиальном направлении с параметрами: жесткость частота собственных колебб ний СО «= 181 Гц; приведенная масса ГП =1,4? Кг; логарнфшчес кий декремент & = 0,127; коэффициент вязкого сопротивлений К = 67,85 П.с/и.

4. На основании полного трехфанторкого эксперимента при растачивании сталей 40Х и 65X11 резцом, оснащенным пластинками твердого сплава марки Т15Ж> были получены степенные зависимости для расчета составляющих силы резания в зависимости от параметров режима резания и свойства обрабатываемого материала.

5. При анализе виброустойчиэости технологической системы на ф зовой плоскости установлено, что на падающих участках нелинейных обобщенных характеристик происходит мягкое возбуждение автоколебаний, а на поднимающихся участка:: возможна жесткое возбуждение коло

б&ний или устойчивые стационарные положения равновесия. 14

Используя графический метод Льенара определены параметры режима зезашя, при которых отсутствуют как мягкое, так и жесткое возбужде-мя автоколебаний. Было установлено, что при обработке стали 40Х в глапазоне скоростей от 1,1 до 1,5 м/с в системе возможно жесткое юзбуждеше автоколебательного процесса, а при скорости резания [,5 м/с, то есть при обработке на поднимающемся участке обобщенной сарактеристики сил с положительным сопротивлением, в системе устана-шиваегся стационарный устойчивый режим резания.

6. С учетом нелинейных характеристик сил резания и параметров ?ехнологической системы растачивания разработана математическая мо-;ель в виде дифференциального уравнения для подсистемы державки ин-¡трумента в радиальном направлении.

7. В результате аналитического решения дифференциального урав-гения били получены-амшштудно- и фазсво-часготкыэ характеристики ¡истемы при обработке сталей 40Х и 65ХН. Определено влияние на ампли-:уду вынужденных колебаний параметров режима резания, а такяо вяая-ша глубины и числа канавок. Установлено, что резонансная частота юдсистемы деркавки рэзца равна = 181 Гц. С помощью ЭВМ рас-Литана АЧХ и ФЧХ при различных значениях параметров режима резания

! числа канавок.

8. Экспериментальным путей доказана правильность Еыбранной-магматической модели и расчетных данных АЧХ технологической системы ¡астачивания. Максимальное отклонение расчетных данных АЧХ от зксгш->иментальных но превышает 10 - 12 %.

9. Разработаны промышленные рекомендации по использованию не-:инематического метода дробления стружки с учетом параметров техно-югической системы и режима резания.

10. Определено влияние параметров режима резания, амплитуды и [астоты вынужденных колебаний на стойкость инструмента, оснащенного [ластинками из твердого сплава марки Т15К6 при растачивании с приме-гением стружкоразделительных канавок. Методом дробного многофактор-юго планирования эксперимента получена эмпирическая зависимость

1лн определения стойкости инструмента от указанных фактооов ( Ь , 5 . V , , А ).

11. На основании полученных экспериментальных данных установле-ю, что распределение размеров обработанных деталей подчиняете.., замну нормального распределения. Допуск на размер деталей при обра-¡отке с применением канавок превышает величину допуска при обработ-:е без канавок не более чем на 25 %.

[Г)

12. Проведен анализ шероховатости поверхностей и точности формы деталей. Установлено, что канавки не оказывают влияния на шероховатость поверхности и точность ее формы.

При обработке с подачей S = 0,195 мм/об и числом канавок <= = I ... 3 среднее значение Ra =1,35 мкы, что соответствует требованиям чистовой обработки тел вращения.

На основании вышеуказанных выводов струхскоразделительные канавки можно рекомендовать как надежный и универсальный способ дробления стружки при чистовой и получистовой токарной обработке на станках с ЧПУ.

Полученные результаты могут быть использованы при проектировании гибких производительных систем токарной обработки, анализе колебательных движений и виброустойчивости неавтономных технологических систем при обработке с применением стружка р аздалит ел ь них канавок.

Основные результаты исследования изложены в следующих работах:

1. Муражин С.Л., Каркут И., Лесков A.B. Устойчивость движения при растачивании отверстий с периодическим дроблением стружки // Принята к печати в сборнике трудов Тульского политехнического института.

2. Мурашкин С.Л., Каркут И,, Лесков A.B. Вынужденные колебания технологической системы растачивания отверстий в телах вращения с применением стружкоразделительных канавок // Принята на депонирование.

Подписано к печати i7.io.eo. Тиран 100 экз.

Заказ 394.- Бесплатно.

Отпечатано ка. ротапринте ЛГТУ.

195251. Ленинград, Политехническая ул. ,д. 29.