CC BY
26
Вар. 4.Когда Хкшгуменьшаемв2 раза/ 3 раза 0,73 0,84 0,91 0,85 0,94 0,86
0,74 0,85 0,91 0,85 0,94 0,87
Вар.5.Когда Хта,Хтауменьшаемв2 раза/ 3 раза 0,81 0,9 0,93 0,92 0,96 0,9
0.85 0,93 0,95 0,93 0,97 0,92
Библиографический список:
1. Гамидов Г.С., Санаев Н.К., Адеев З.И. Системная модель оценки надежности судовых дизелей. Вестник машиностроения. №5, М.: Москва, 2009.С-25.28.
2. Гамидов Г. С. О системной модели оценки комплексной надежности машиностроительных инновационных изделий. Вестник ДГТУ. №10, 2008. С-28-31.
3. Тихонов В.А., Миронов М.А. Марковские процессы. М.: Советское радио, 1977. 488 с.
4. Рябинин И.А., Черкеев Г.Н.Логико-вероятностные методы исследования надежности структорно сложных систем. -М.: Радио и связь, 1981.
5. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надёжности. / Пер. сангл. - М.: Сов. Радио, 1969 - 488 с.
УДК 621.951.02:539.371:534.1 Рустамова М.Р.
МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ IBM-КОМПЬЮТЕРОВ
Rustamova M.R.
MULTI-PARAMETRIC DIAGNOSTICS OF CUTTING PROCESS USING IBMCOMPUTERS
Рассмотрен вопрос многопараметрической диагностики режущего инструмента с использованием вычислительной техники. Приведен состав комплекса. Ключевые слова: диагностика, режущий инструмент
The multi-parametrical diagnostics of metal cutting process is considered. Key words: the multi-parametrical diagnostics, metal cutting process, tool
В области диагностики процесса резания проведено множество работ, основная цель которых определение наиболее информативной системы диагностирующих признаков и установление строгой корреляции между состоянием процесса резания и результатами косвенных измерений. Однако, несмотря на большой интерес исследователей к этой области, стремительное совершенствование компьютеров, математических моделей и вычислительных алгоритмов, до сих пор не создано простых и достоверных методов диагностики параметров процесса резания, пригодных к широкому промышленному применению.
В последние годы из-за простоты реализации широкое применение получили методы диагностики выходных параметров резания, основанные на целенаправленном синтезе приближенных эмпирических моделей процесса механической обработки, устанавливающих взаимосвязь того или иного выходного параметра с основными технологическими факторами.
Повышение эксплуатационной надежности и точности современного оборудования
49
металлообработки достигается включением в его состав измерительно-информационной подсистемы, с помощью которой решаются задачи диагностики режущего инструмента. Диагностика состояния режущего инструмента может быть использована для многих технологических процессов обработки резанием, особенно при обработке отверстий.
Эффективное управление процессом механической обработки лезвийным инструментом возможно лишь на основе сложных теоретических и теоретико-экспериментальных зависимостей между основными технологическими параметрами, характеризующими процесс резания (режимами обработки, геометрией режущего инструмента, физико-механическими свойствами обрабатываемого и инструментального материалов и др.), и параметрами шероховатости поверхности и точности обработки.
Особую сложность представляет измерение точности и шероховатости поверхности при обработке осевым инструментом (сверлом, метчиком, зенкером, разверткой и т.д.). Из-за незначительных размеров отверстия здесь крайне затруднено непосредственное и точное измерение указанных параметров.
Кроме того, в настоящее время явно недостаточно работ по установлению закономерностей влияния основных физических явлений процесса резания на производительность, себестоимость, качество обработки, износостойкость режущих инструментов с учетом автоматизации многоинструментальной обработки на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах. В связи с этим задача выявления наиболее значимых физических параметров процесса резания при его диагностике весьма актуальна. Появляется возможность не только управления через систему ЧПУ процессом резания по выбранным физическим параметрам, но и предотвращения случайных поломок инструмента и повреждения дорогостоящего оборудования.
В результате проведенных исследований установлено: наиболее значимыми физическими параметрами процесса резания являются колебания сил резания, вибрации инструмента и температура резания [1]. С увеличением скорости резания, подачи и износа режущего инструмента пропорционально увеличиваются значения этих параметров.
Колебания сил резания вызваны колебаниями величин снимаемого припуска металла, отклонениями твердости обрабатываемой поверхности, несоосностью установки обрабатываемых заготовок и инструмента, изменениями жесткости системы СПИД, неточностью предварительно просверленного отверстия, режущей способности инструмента.
Кроме того процесс резания неустойчив из-за периодических срывов наростов, образования и скалывания элементов стружки, схватывания и налипания по задним поверхностям и других явлений, сопровождающих процесс резания.
При прочих равных условиях приращение силы резания зависит от скорости. Из этого следует, что величина силы резания в процессе работы не остается постоянной.
Их изменения могут быть описаны следующей формулой
Р(1) = Рс + Рп(1), (1)
где Рс - статическая составляющая силы резания;
Рп(1;) -переменная составляющая силы резания.
Ее можно представить различными видами рядов Фурье
т. ^ ч ^ ^ ч пп 4Р; ( . 51ПЗО),С 51П5а),С 51П7а>;А
рп О = ВД +£Г= ^(зтсо^----+
- (5 1гшЛ - ^^ + ^^ - (2)
п2 у ] 9 25 49 ' у '
где Рс(^ - случайная составляющая изменений сил резания;
Р; - амплитуда колебаний сил резания, обусловленных динамикой исполнительного органа;
Pj - амплитуда колебаний силы резания, обусловленных процессом стружкообразования;
Ш1 - угловая скорость исполнительного органа.
Отклонение Рс(^ связано со случайными отклонениями припуска на обработку, твердости, срывом наростов и других физико-технологических факторов. Совместное их действие порождает поле рассеяния, которое постепенно смещается в сторону увеличения. Величина поля рассеяния зависит в основном от двух действующих в процессе обработки факторов: отклонения припуска на обработку и отклонения твердости материала обрабатывающих деталей.
Исследования, проведенные И.Г. Жарковым [3], показали, что зависимость стойкости инструмента от интенсивности автоколебаний для большинства операций механической обработки в достаточно широком диапазоне изменения амплитуд имеет экстремальный характер (рис.1) и хорошо аппроксимируется уравнением вида
Т = QA1VnA (3)
где Т - стойкость инструмента;
А - амплитуда относительных автоколебаний;
Q, m, п - постоянные, зависящие от характеристик инструментального и обрабатываемого материала и условий резания.
Для каждого конкретного технологического процесса существует определенный (оптимальный) уровень автоколебаний, при котором стойкость инструмента будет максимальной.
Экстремальный характер зависимости стойкости от амплитуды объясняют следующим образом: автоколебания, возникающие в процессе резания, а также специально вводимые в зону резания вынужденные низкочастотные и ультразвуковые колебания приводят к облегчению пластической деформации, уменьшению коэффициента трения по передней и задней поверхностям инструмента, улучшению отвода стружки из зоны резания, заметному снижению сил резания.
С другой стороны, при возникновении вибраций происходит изменение фактической скорости резания и подачи, а нагружение инструмента носит циклический характер, что приводит к усталостному разрушению участков инструмента, находящихся в контакте с изделием и сходящей стружкой, и резкому снижению его стойкости.
т,
мин
160
120
20 40 60 80 А, мкм
Рисунок 1. Зависимость стойкости инструмента T от амплитуды автоколебаний A при
обработке точением и фрезерованием
1) 1Х18Н9Т. Резец из ВК8: у= 0°, а = 10°; V = 3 м/мин, S = 0,2 мм/об, t = 3 мм;
2) ВТ20. Концевая фреза из ВК8: D = 40 мм, Z = 5,
52 =0,056 мм; V = 120 м/мин, у= 5°, а = 20°;
3) ОТ4. Дисковая фреза из ВК8: D = 70 мм, Z = 16, t = 3 мм, 52 = 0,05 мм, V = 82 м/мин, а=15°.
Результатом воздействия этих противоположных факторов и является наличие экстремальных зависимостей стойкости от амплитуды вибрации.
Многочисленные исследования зависимости стойкости инструмента от скорости резания показывают, что в широком диапазоне изменения скорости резания и при малом сечении среза эта зависимость является немонотонной.
В узком диапазоне изменения скорости резания эта зависимость может быть выражена формулой [4]
Гт
Т = —, (4)
где Ст, m - постоянные, зависящие от условий резания.
При изменении диапазона скорости резания значения От и m - изменяются.
Стойкость режущего инструмента следует рассматривать как результат сложной взаимосвязи различных физических процессов, происходящих при обработке металлов резанием. Поскольку интенсивность этих процессов является величиной переменной вследствие нестационарности процесса резания в целом, то стойкость режущих инструментов может иметь значительные колебания относительно среднего значения.
Таким образом, по таким физическим параметрам, как колебания сил резания, вибрации инструмента и температура резания, можно эффективно управлять процессом резания в режиме онлайн с целью обеспечения оптимальных условий резания, предотвращения поломки режущего инструмента. Эти параметры несут значительную информацию из зоны резания и могут быть использованы как диагностические признаки состояния инструмента и стружки.Обычно при оптимизации элементов процесса резания металлов указанные параметры рассматриваются отдельно. Однако исследования показали, что существуют значительные корреляционные зависимости между ними. Поэтому одновременный учет этих параметров даст существенный вклад в дело повышения достоверности и точность полученных результатов.
Нами разработан комплекс для многопараметрической диагностики процесса резания с целью повышения эффективности процесса резания и управления режимами резания на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах, а также с целью повышения надежности работы систем ЧПУ и управления режимами резания по физическим параметрам, ускоренного выбора оптимальных режимов резания при обработке, выбора наиболее рациональных марок инструмента, моделирования процесса износа инструмента с учетом динамики технологических процессов обработки резанием.
Комплекс включает в себя следующие составляющие:
- универсальное устройство для измерения сил резания и вибраций инструмента[2];
-бесконтактный датчик температуры(пирометр) для дистанционного измерения
температуры режущего инструмента.
Кроме того, в состав комплекса входят:
- крейт, предназначенный для коммутации входных сигнальных линий, платы аналоговой фильтрации, выходных сигнальных линий, АЦП, обеспечения их электропитанием;
- плата аналоговой фильтрации; предназначена для выделения диапазона частот, необходимого для оцифровки сигналов вибрации;
- аналого-цифровой преобразователь; предназначен для преобразования аналоговых сигналов в цифровой вид;
- пульт управления системой регистрации и контроля параметров оборудования, включает в себя персональный компьютер, который через АЦП производит регистрацию и анализ технических параметров оборудования;
- система регистрации и анализа сигналов представляет собой программу, которая выполняет регистрацию, обработку и оценку сигналов от датчиков, с отображением всех результатов на мониторе и оповещением персонала.
Необходимо заметить, что наибольшее применение для измерения температуры в зоне резания находят различные варианты метода термоэлектрической эмиссии(различными термопарами). Данный метод достаточно точный, самый распространенный, однако требует изоляции инструмента от суппорта станка, специального, а не используемого режущего инструмента, т.д. Поэтому нами для измерения температуры в зоне резания использовался пирометр.
В качестве динамометра и измерителя параметров автоколебаний инструмента использовалось хорошо рекомендовавшееся универсальное устройство для измерения быстроменяющихся сил резания и амплитуд колебаний, разработанное Р.В.Гусейновым [1]. Отличительной особенностью данного устройства является то, что оно позволяет измерять силы резания и параметры вибраций непосредственно с вращающегося осевого инструмента.
В качестве АЦП используется двухканальный запоминающий осциллограф ЛА-н10м6, обладающий восьмиразрядным АЦП и собственным оперативным запоминающим устройством емкостью 128 Кб. Конструктивно осциллограф выполнен в виде расширяющего модуля для персональных ЭВМ типа IBMPCAT и позволяет производить обмен информации с ПЭВМ непосредственно по шине ISA. Персональная ЭВМ служит для управления комплексом.
Библиографический список:
1. Гусейнов Р.В. Теоретическое исследование динамики сверления. Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. №1, 1995.
2. Гусейнов Р.В. Универсальное устройство для измерения быстроменяющихся сил резания и амплитуд вибраций. М.: Вестник машиностроения, № 9, c.36 - 37, 1993.
3. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. Л.: Машиностроение, 1986.
4. ПинахинА.М. Вывод зависимости стойкость-скорость резания с учетом рассеивания стойкости инструмента при нарезании резьб метчиками. В сб.: Исследования в области технологии образования резьб, резьбообразующих инструментов, станков и методов контроля резьб. Тула, 1981. с. 115- 124.
