Моделирование многорезцовой обработки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тольяттинский государственный университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОРЕЗЦОВОЙ ОБРАБОТКИ

О.И. Драчев, Д.А. Расторгуев, О.Г. Романова

Аннотация

В статье рассматривается моделирование многорезцовой обработки маложестких валов. Приведено описание установки для двухрезцового точения и системы управления процессом обработки. Проанализированы переходные процессы, возникающие в технологической системе, при обработке двухрезцовыми устройствами различного исполнения.

Ключевые слова: маложесткий вал, двухрезцовая обработка, переходный процесс, динамическая система, математическая модель.

Основная часть

двухрезцовый обработка маложесткий вал

Путём небольшой модернизации действующих станков можно достичь высокой производительности и качества обработки нежёстких валов, например применением многолезвийных блоков.

Недостатки известных технологий многорезцовой обработки: сравнительно невысокая точность обработки, так как при подстройке резцов возникает скачок при переходе от трения покоя к трению движения; низкая чувствительность и плавность поднастройки; низкие демпфирующие свойства; с увеличением силы резания увеличивается реакция в направляющих, что снижает точность и производительность обработки.

Целью данной разработки - двухрезцового суппорта - являются повышение точности обработки и ее сохранение в послеоперационный период.

Обработка ведется двумя резцами, расположенными друг напротив друга (рис. 1). Резцы выполнены поворотными относительно своих вершин, что позволяет за счет регулирования ширины срезаемого слоя (рис. 2) стабилизировать силу резания. При этом положение резцов, заданное при наладке относительно оси заготовки, не изменяется. При использовании поворотного двухрезцового суппорта с центром его вращения, совпадающим с осью вращения заготовки, изменение ширины срезаемого слоя сопровождается изменением как величины подачи, так и положения резцов относительно оси вращения заготовки. Резцы 1 поворачиваются относительно осей 2 с учетом знака на величины ± до тех пор, пока постоянные и переменные составляющие силы резания Р_х, не сравняются по величине.

Управление поворотом резца относительно оси, проходящей через его вершину, позволяет уравновесить силы Р_х в течение одного оборота - как их переменные, так и постоянные составляющие, - что приводит к минимальному отжиму резцов и стабилизации оси детали в процессе резания, позволяет увеличить глубину резания и подачу и одновременно стабилизировать уровень остаточных напряжений.

Для повышения эффективности обработки с использованием двухрезцовой оснастки необходимо учесть влияние переходного процесса при врезании резцов и сравнить их для двухрезцовой обработки в жестком суппорте и в поворотном. В математической модели процесса двухрезцовой обработки введены следующие обозначения: М, m - приведенные массы подсистем вращающейся заготовки и инструмента, кг, соответственно; J_и - момент инерции инструмента, кг·м²; - крутильные (рад) смещения суппорта и осевые (м) смещения резцов; - коэффициенты демпфирования (Н·с/м) и жесткости (Н/м) в поперечном направлении подсистемы заготовки, подсистемы инструмента и процесса резания соответственно; - коэффициенты демпфирования (Н•с/рад) и жесткости (Н/рад) в крутильном и коэффициенты демпфирования (Н•с/м) и жесткости (Н/м) в осевом направлении подсистемы инструмента; - коэффициенты жесткости процесса резания, Н/м; d - диаметр заготовки, м.

Рис. 1 Схема устройства для токарной обработки: 1 - заготовка; 2 - резец; 3 - резцедержатель; 4 - ось поворота резцедержателя

Рис. 2 Схема изменения углов в плане j', j" и ширины резания В1 и В2 в зависимости от угла поворота a резцедержателя

Математическая модель для двухмассовой расчетной схемы представляет собой систему неоднородных линейных дифференциальных уравнений второго порядка. Система уравнений движения элементов технологической системы с учетом упругой составляющей силы резания для обработки двухрезцовым суппортом может быть представлена в виде:

где

Силы резания в радиальном и осевом направлениях с учетом одновременной работы двумя резцами:

Передаточные функции звеньев технологической системы, приведенные к стандартному виду, имеют вид колебательных звеньев второго порядка:

;

;; ;

;; ;

; ; ;

; ,

где

,, , - коэффициенты податливости; , , , , , , , - постоянные времени.

С учетом полученных передаточных функций построена структурная схема двухрезцовой обработки (рис. 3). На ней пунктиром выделены добавочные блоки для моделирования обработки с поворотным суппортом. Моделирование проведено по экспериментальным данным в MatLAВ в подсистеме Simulink. Результаты моделирования представлены на рис. 4. Как видно из графиков, уменьшается амплитуда колебаний и время переходного процесса.

Рис. 3 Структурная схема двухрезцовой обработки

Рис. 4 Переходные процессы при обработке: а - поворотным суппортом; б - жестким суппортом

Высокая жесткость двухрезцового суппорта без возможности регулирования ширины срезаемого слоя обеспечивает относительно небольшую амплитуду и малое время затухания переходного процесса при возмущении технологической системы на стадии врезания. Но если возникает эксцентриситет оси вращения заготовки, значительная погрешность ее исходного профиля за счет разной толщины срезаемого слоя в один момент времени на двух резцах, неуравновешенные силы резания будут приводить к отжиму заготовки с копированием погрешности. При этом в поперечном сечении вала формируются неоднородные остаточные технологические напряжения. Так как из-за конструктивных особенностей поворотный суппорт имеет меньшую жесткость, амплитуда колебаний и время затухания переходного процесса увеличиваются. Но из-за стабилизации сил резания по обороту величина установившейся упругой деформации при обработке поворотными резцами меньше, чем у жесткого суппорта, и точность обработки выше. Поскольку двухрезцовая обработка используется на черновой и получистовой обработке, снижение качества переходного процесса не существенно, т.к. это преимущественно отразится на микропрофиле. За счет выравнивания сил резания по обороту уменьшается копирование погрешности установки заготовки и ее профиля на обработанную поверхность. Выравниваются, соответственно, технологические остаточные напряжения, что стабилизирует точностные параметры заготовки в послеоперационный период и детали в эксплуатационный.

Испытание опытно-промышленного образца проводилось на токарном станке 1 А 616. Геометрические параметры обрабатываемых валов: длина 450 мм, диаметр варьировался от 20 до 30 мм, материал заготовок - сталь 40ХН и 40Х13. Геометрия инструмента = 36, ' = 24, сечение державки резца 1620, вылет 25 мм, скорости резания U = 100-150 м/мин, глубина резания t = 1-4 мм, подача S = 0,054-0,11.

Точность обработки валов в поперечных сечениях повысилась в 1,33-1,5 раза, производительность увеличилась на 30-35% путем увеличения подачи и глубины резания без потери виброустойчивости, шероховатость обрабатываемых поверхностей уменьшилась с R_а 2,0 до R_а 0,63.

Размещено на Allbest.ru