Измерение и диагностика параметров торцешлифовальной обработки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТОГУ

Вайнер Л.Г.,

д-р техн. наук, проф. кафедры «Двигатели внутреннего сгорания»

Аннотация

Приведены описание, структурные схемы, характеристики и возможности измерительных систем для регистрации кинематических, динамических и силовых характеристик процесса двустороннего шлифования торцовых поверхностей. Показана эффективность использования измерительного комплекса и его отдельных компонентов для решения исследовательских и производственных задач.

Ключевые слова: измерительный комплекс, двустороннее торцешлифование, диагностика процесса, кинематические и силовые характеристики.

Abstract

Основная часть

Эффективность управления процессами механической обработки во многом определяется достоверностью информации о сопутствующих физических процессах. Известно, что процесс формообразования деталей и, соответственно, их точность зависят от действующих геометрических, кинематических, динамических и силовых факторов.

В качестве объекта исследований выбран один из наиболее распространенных и массовых способов реализации процесса - обработка цилиндрических роликов в гнездах диска-сепаратора с круговой подачей.

Регистрация характеристик вращения деталей в процессе обработки

Регистрация частоты вращения ролика при его поступательном круговом движении между шлифовальными кругами в зоне обработки осуществлялась двумя способами: с помощью индукционного и волоконно - оптического датчиков. Оба способа позволяют производить измерения в труднодоступной зоне станка между двумя вращающимися шлифовальными кругами при движении объекта измерения, делают возможным исследование поведения роликов относительно малых размеров, не чувствительны к воздействию СОТС, являются бесконтактными. К их общим недостаткам можно отнести следующие: после прохождения контрольным роликом зоны возникает необходимость обратного хода диска с предварительным отводом шлифовальных кругов; требуется специальная механическая обработка диска и базировочной втулки для установки датчика. Оба способа могут использоваться только в лабораторных условиях с целью исследования процесса.

Способ регистрации частоты вращения ролика волоконно-оптическим датчиком был принят в работе за основной, в силу своих преимуществ. Проанализирована и доказана возможность использования при измерениях частоты вращения ролика волоконно-оптического датчика оригинальной конструкции - с двумя стандартными жгутами световодов (рис. 1), один из которых (11) является осветительным, другой (12) - приемным каналом.

Рис. 1. Схема регистрации частоты вращения ролика с помощью волоконнооптического датчика

Рис. 2. Схема регистрации и тарировки нормальной силы и мощности

Световой поток от излучателя 2, представляющего собой лампу с точечной нитью накала, подводится осветительным каналом 11 к цилиндр и - ческой поверхности ролика 1, на которой концентрированной азотной кислотой нанесено «черное» пятно. Различие в коэффициентах отражения от «черной» и исходной поверхности приводит к тому, что вращение ролика в базировочной втулке 9 с радиальным отверстием вызывает модуляцию светового потока, поступающего в приемный канал 12. В фотоэлектронном умножителе 6 световой поток преобразуется в электрический сигнал и после дополнительного усиления в операционном усилителе 5 поступает на осциллограф 4. На рис. 1 также обозначены: 3, 7 - блоки питания осветителя и фотоэлектронного умножителя; 8 - разъемный корпус с криволинейными пазами под световоды; 10 - диск-сепаратор.

Оптика датчиков должна обеспечивать максимальное использование светового потока излучателя. Мощность отраженного светового потока и сила тока на входе фотоэлектронного умножителя зависят от зазора между торцом световодов и отражающей поверхностью, поэтому подготовка датчиков к работе включает определение оптимального зазора - юстировку оптической системы. Полученная величина оптимального зазора для используемого в работе датчика - 2,2 - 2,9 мм обеспечивает удобство размещения световодов относительно поверхности ролика (в отличие от оптимального зазора для одножгутовых датчиков равного 0,25 - 1 мм).

Корректность методики регистрации частоты вращения проверена регистрацией оборотов высокооборотного электрошпинделя (от 100 до 10 00 с^-1) с пятном на концевом участке одновременно с их регистрацией с помощью встроенного электронного частотомера. Расхождение не превышало 5%.

Регистрация силовых характеристик

Необходимость регистрации сил, возникающих в процессе шлифования, обусловлена следующими задачами: 1) изучение закономерностей распределения сил резания по зоне шлифования при вариациях технологических режимов для случаев обработки одной или нескольких деталей; 2) сопоставление кривых изменения сил резания с характеристиками вращения роликов и кривыми съема припуска; 3) получение необходимой информации для построения расчетных моделей процесса.

Как правило, изучению подлежат две составляющие силы резания - нормальная Ру и тангенциальная Pz. Сила сопротивления подачи Рх при двустороннем торцешлифовании значительно меньше по величине двух других составляющих [3], поэтому ее можно не рассматривать.

В качестве метода регистрации нормальной силы резания при двустороннем торцешлифовании, используется наиболее распространенный в динамометрии метод измерения упругой деформации [4]. Схема измерения (рис. 2) включает в себя индуктивный датчик 5, который устанавливается на пиноли 3 и регистрирует отжим пиноли относительно корпуса 4 шлифовальной бабки, усилитель 7, фильтр низких частот 8, осциллограф 9.

Нагружение производится динамометром 1 камертонного типа с шаровым наконечником с характеристикой 0,3 мм на 100 даН микроподачей противоположного шлифовального круга, измерение смещения - измерительной головкой 6, установленной на пиноли параллельно с датчиком. Имитация реального нагружения производится приложением тарировочной нормальной силы в четырех разных точках рабочей зоны: в точках входа и выхода деталей, в средней точке зоны и по оси шпинделя. Тарировочный график жесткости системы пиноль - корпус показал, что величина фиксируемого смещения практически не зависит от изменения координаты точки приложения нагрузки, что позволяет сделать вывод о возможности регистрации силы данным способом при движении детали по круговой траектории. В процессе длительных шлифовок выдержать постоянным начальный измерительный зазор затруднительно из - за износа шлифовального круга и возникающей в связи с этим необходимостью в подналадке положения круга за счет подачи пиноли. Поэтому, перед очередной серией замеров сил резания пиноль необходимо смещать на заданную величину (калибровочное смещение).

Тангенциальная составляющая силы резания Pz определяется путем регистрации эффективной мощности Np, затрачиваемой на шлифование. Преобразователь мощности 12 (рис. 2) подключается в цепь асинхронного двигателя трехфазного переменного тока 10 привода вращения одного из шлифовальных кругов. Датчик позволяет регистрировать суммарную активную мощность, развиваемую двигателем в процессе шлифования. Полезный сигнал после усилителя 11 и фильтра низких частот 12 поступает на осциллограф 9. Зависимость величины полезного сигнала от уровня мощности получена в результате специально проведенной тарировки.

После выгрузки роликов из втулок производится измерение их размера по высоте строго по оси цилиндра. При измерении цилиндрическая поверхность ролика упирается в короткую призму, установленную таким образом, чтобы наконечник микронной головки был продолжением воображаемой оси цилиндра ролика.

Зная положение ролика №1 и шаг между ними Дф, можно размеру каждого ролика Hi привести в соответствие место зоны, где находился i - й ролик в момент отвода круга. Для построения экспериментальной характеристической кривой съема припуска в координатах 9 - t, где t - половина текущего снятого припуска, 9 - текущая угловая координата ролика в зоне, отсчитываемая от входной кромки круга, необходимо воспользоваться следующей формулой

здесь H0 - размер ролика - заготовки.

Общая величина припуска, снятого за один проход

Данный способ позволяет оценить распределение снимаемого припуска по зоне шлифования. Из-за некоторых затруднений, связанных с точным определением координат роликов в момент прекращения их контакта с кругами, способ рекомендуется применять при невысоких скоростях подачи (2…4 м/мин) и дублировать измерения три раза.

При необходимости экспериментальной оценки характера съема припуска в процессе шлифования одного ролика, отличительными от вышеописанных будут следующие действия: калиброванные ролики последовательно загружаются в одну втулку и доводятся с рабочей подачей до каждой из N контрольных точек зоны, после чего происходит резкий отвод одного из кругов.

Следует отметить, что характер изменения кривых съема припуска, полученных по описанной методике, соответствует характеру изменения сил резания, методика регистрации которых описана выше (рис. 4).

Библиографические ссылки

1. Vainer L.G. Determining the Parameters of the Technological Space in Bilateral End Grinding // Russian Eng. Research. 2011. Vol. 31, №12. P. 1233-1238.

2. Вайнер Л.Г. Характер вращения роликов и точность обработки при двустороннем торцешлифовании // Вестник Тихоокеанского государственного университета. Хабаровск, 2010. №4. С. 111-120.

3. Шахновский С.С. Силы при двустороннем торцешлифовании // Станки и инструмент. 1973. №1. С. 20-21.

4. Полетика М.Ф. Приборы для измерения сил и крутящих моментов. М.: Машгиз, 1963. 108 с.

5. Шахновский С.С. Погрешности торцов колец подшипников при двустороннем плоском шлифовании // Станки и инструмент. 1983. №1. С. 27-28.