CC BY
31
ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ
УДК 621.941
М.В. Матрохин, асп., (910)554-58-76, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Е.И. Федин, канд. техн. наук, проф., (4872) 33-23-10, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
А.С. Ямников, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-23-10, tm s @tsu. tula. ru, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ПРИБОР ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Описана конструкция и работа прибора для экспресс-анализа динамических характеристик металлорежущих станков.
Ключевые слова: станок, динамические характеристики, деформации, измерение, переходный процесс.
Для определения технического состояния металлорежущих станков (МРС) существует достаточное количество методов. Но все они обладают общим существенным недостатком - значительными затратами времени на получение конечного результата. Этот недостаток исключает описываемый способ экспресс-оценки динамических характеристик МРС.
В основе способа положена теория автоматического регулирования. Если рассматривать любой МРС как систему автоматического регулирова-
ния, состоящую из различных динамических звеньев, то обобщающую динамическую характеристику этой системы можно получить по переходному процессу в той точке системы, где формируются её качественные показатели. В МРС такой точкой является стык между заготовкой и инструментом, где создаются показатели точности и шероховатости обрабатываемой поверхности. Эти показатели зависят от деформационных процессов различной частоты в стыке как функции силы резания (изменения силы резания). Следовательно, если известны характеристики переходного процесса в стыке "заготовка-инструмент", то зная закон изменения силы резания (по расчетам при проектировании техпроцессов) можно оценить вероятные значения погрешности обработки и изменения шероховатости. Таким образом, переходный процесс упругих перемещений в стыке "заготовка-инструмент" от ступенчатого силового воздействия можно рассматривать как обеспечивающую динамическую характеристику МРС. Однако объективное фиксирование переходного процесса и определение его численных параметров является непростой инженерной и научной задачей. Решению этой задачи посвящены работы [1,2].
Способ экспресс-оценки МРС заключается в следующем: нагружают упругую систему "заготовка - инструмент - приспособление - станок" (ЗИПС) до уровня, приближенного соответствующему номинальному значению сил резания при обработке, обеспечивая начальный "натяг" системы;
осуществляют ступенчатое силовое воздействие в стыке "заготовка - инструмент", увеличивающее приложенную нагрузку до значения, близкого максимальному уровню силы резания;
регистрируют переходный процесс упругих перемещений; данные автоматически обрабатывают методами теории автоматического управления.
Полученные данные являются цифровыми значениями динамических характеристик измеряемой упругой системы и позволяют прогнозировать качество обработки деталей при проектировании технологических процессов и оценки технического состояния оборудования.
Создание силового ступенчатого воздействия и регистрации переходного процесса осуществляется при помощи экспериментального исследовательского комплекса, состоящего из специального прибора и измерительного оборудования, при эксплуатации которого был выявлен ряд недостатков:
осуществление силового ступенчатого воздействия в специальном приборе при помощи гравитационного ударника, как следствие эксплуатация прибора только в вертикальном положении с использованием специального штатива;
невозможность определения усилия "натяга" в специальном приборе (для этой цели использовался тензометрический динамометр УДМ-600);
громоздкость измерительного комплекса на базе ПК IBM 286 с АЦП ЛА2-М3.
Учитывая все замечания экспериментального комплекса был спроектирован, изготовлен и опробован второй измерительный комплекс. Измененная конструкция прибора позволяет эксплуатировать прибор в разных плоскостях под любым углом не используя штатив. Прибор приобрел механический ударно-спусковой механизм и дополнительный тензодатчик для регистрации усилия "натяга". Датчики защищены от возможных механических воздействий кожухом. Современное измерительное оборудование фирмы ZET ЗАО "Электронные технологии и метрологические системы" усилитель ZET_410, модуль АЦП/ЦАП ZET_210 в комплекте с базовым программным обеспечением ZETLab, установленным в ноутбуке, представляют собой удобный, малогабаритный мобильный комплекс.
Конструкция прибора представлена на рис. 1. В трубчатом корпусе 5 размещен ударно-спусковой механизм, состоящий из клина 6, пружины 7, резьбовой втулки 10, тяги 11 с ручкой 12, а так же курка 9 с собачкой 8. К корпусу крепится кожух 4, в котором находятся два разрезных кольца-датчика 1 и 2, объединенных между собой таким образом, чтобы одновременно воспринимать деформацию, поступающую от плунжеров 3.
12
Рис. 1. Конструкция прибора для экспресс-анализа динамических
характеристик МПС
123
Прибор работает следующим образом. При помощи тяги 11 перемещают клин 6, сжимая пружину 7, в крайнее верхнее положение, где он фиксируется собачкой 8. Тягу возвращают в исходное положение. Прибор устанав-ливают в стыке "заготовка - инструмент". Обеспечивая начальный "натяг" нагружают упругую систему ЗИПС жесткое разрезное пружинящее кольцо-датчик 1 с прикрепленными тензорезисторами 1а, воспринимает и регистрирует усилие. При нажатии на курок 9, собачка 8 выходит из зацепления, далее под действием пружины 7 клин 6, изготовленный в виде конуса при вершине 5° (меньше угла самозаклинивания плунжеров), приходит в движение и производит удар по плунжерам, 3, которые в свою очередь создают безоткатное силовое воздействие между заготовкой 13 и инструментом 14 или имитирующую его оправку (того же сечения и вылета).
Безоткатность плунжеров за счет самозаклинивания и обеспечивает форму силового воздействия (входного сигнала), близкую к ступенчатой. Силовой сигнал передается на стык "заготовка-инструмент" через второе специальное разрезное пружинящее кольцо-датчик 2 достаточно низкой жесткости с тем, чтобы не влиять на переходный процесс, происходящий в замыкающем "подвижном соединении". Кольцо оснащено тензорезисторами 2а, которые регистрируют упругие перемещения в стыке "заготовка-инструмент" вследствие переходного процесса от ступенчатого силового воздействия (рис.2).
мВ
1
о.э
0.8
0.7
о.е
0.5
0.4
0.3
4.86 4.88 4.8 4.Э2 4.84 4.86 4.88 5 5.02
Рис. 2. Регистрируемый переходный процесс
124
Прибор был протарирован по параметру, определяющим его техническую характеристику: по уровню ступенчатого силового воздействия и по деформационной чувствительности кольца-датчика, а также калиброван для определения усилия "натяга" при деформации.
Тарировка показала высокую линейность характеристики чувствительности прибора в достаточно широком диапазоне регистрируемой деформации.
Список литературы
1. Попов М.А. Структура самообучающей адаптивной технологической системы прогнозирующего типа многопроходной токарной обработки. Диссертация на степень к.т.н. Тула: ТулГУ, 1999. 190 с.
2. Ямников A.C., Федин. Е.И., Попов М.А. Методика расчета динамических характеристик технологической системы по экспериментальным данным/ A.C. Ямников, Е.И. Федин., М.А. Попов// Изв. ТулГУ. Серия Машиностроение, Тула:ТулГУ, 1997. В. 3. С. 202-206.
M.V. Matrohin, E.I. Fedin, A.S. Yamnikov
DEVICE FOR EXPRESS-ANALYSIS OF DYNAMIC CHARACTERISTICS OF METAL-CUTTING MACHINES.
The author describes the construction and operation of a device for Express-analysis of dynamic characteristics of metal-cutting machines .
Key words: machine, dynamic characteristics, the deformation dimension of the transition process.
Получено 20.11.12
