CC BY
40
ЗАВИСИМОСТЬ КОМПОНЕНТА ВИБРОСКОРОСТИ ОТ ПАРАМЕТРА ШЕРОХОВАТОСТИ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ МЕБЕЛИ
Воробьев А.А. (СибГТУ, г.Красноярск, РФ)
Revealing of interrelation of vibration of the mechanism of the machine tool with a roughness of a processed surface.
При фрезеровании деталей мебели первостепенное значение приобретает качество обрабатываемой поверхности детали, определяемое параметрами шероховатости по ГОСТ 7016, которая в свою очередь зависит от параметров самого станка, режущего инструмента, обрабатываемого материала и других факторов.
Причиной неудовлетворительного качества поверхности получаемой детали зачастую становится вибрация механизмов станка, при которой изменяется траектория движения режущего инструмента, следствием чего является увеличение глубины микронеровностей (шероховатость) поверхности.
Целью исследования является выявление взаимосвязи вибрации механизма станка с шероховатостью обрабатываемой поверхности.
На основании проведенных ранее экспериментов было установлено, что на виброактивность станка оказывают влияние: частота вращения, скорость подачи, глубина фрезерования, дисбаланс, затупление инструмента и другие факторы.
Измерения проводились на экспериментальной установке СТИ 08 00 000 , созданной на базе горизонтального консольно - фрезерного станка модели 6Т82-Г, который отвечает требованиям норм точности и жесткости согласно ГОСТ 17734. Измерение амплитуды виброскорости производилось стандартным виброметром модели ВВМ-201, оснащенного пьезоэлектрическим датчиком типа ДН-3-М1 с точностью измерения величины амплитуды виброскорости до 0,001 мм/с. Параметр шероховатости Rm измерялся электронным индикатором, с точностью измерения 0,001 мм. Фрезерование осуществлялось цилиндрической сборной фрезой, статически отбалансированной с двумя ножами из быстрорежущей стали HSS 18 по 4 классу точности балансировки по ГОСТ 22061-76. Обрабатываемым материалом являлись образцы сосновых заготовок при резании вдоль волокон одинаковой влажности.
Варьируемыми факторами в эксперименте являлись основные режимы обработки: частота вращения шпинделя, скорость подачи и глубина фрезерования. Варьирование факторов производилось на нижнем, основном и верхнем уровнях.
Результаты предварительно проведенных экспериментов позволили принять гипотезу о нормальном распределении выходной величины - проверка проводилась по критерию Пирсона. Обозначения факторов и уровней их варьирования представлены в таблице 1. Основные показатели проведенного эксперимента представлены в таблице 2.
Таблица 1 - Обозначения факторов и уровня их варьирования
Наименование Обозначение Интервал Уровень варьирования фактора
фактора Натураль- Нормализован- варьирова- нижний основной верхний
ное ное ния (-1) (0) (+1)
фактора
Частота вращения шпинделя, мин-1 n 600 400 1000 1600
Скорость подачи, мм/мин Vs x 2 30 20 50 80
Глубина фрезерования, мм t x3 0,95 0,1 1,05 2,0
Таблица 2 - Значения среднего арифметического и дисперсии опытов
№ опыта Варьируемые факторы Среднее арифметическое Дисперсия
по Vv по Rmmax по Vv по Rmmax
n, мин-1 Vs, мм/мин t, мм yj yj *)
1 400 20 0,1 0,336 32 0,0012 2,333
2 1600 20 0,1 0,74 28,5 0,0012 2,25
3 400 80 0,1 0,283 43,5 0,0001 1,139
4 1600 80 0,1 0,598 35,5 0,0013 0,806
5 400 20 2,0 0,28 50 0,0002 3,889
6 1600 20 2,0 0,63 33 0,0006 5,111
7 400 80 2,0 0,274 69 0,0002 1,556
8 1600 80 2,0 0,598 41,5 0,0013 1,139
9 400 50 1,05 0,276 56 0,0001 3,778
10 1600 50 1,05 0,581 52 0,0003 4,0
11 1000 20 1,05 0,408 51,5 0,0003 2,25
12 1000 80 1,05 0,396 55,5 0,0002 4,694
13 1000 50 0,1 0,418 55,5 0,0005 1,917
14 1000 50 2,0 0,409 47 0,0011 1,222
Поиск уравнения регрессии осуществлялся по методу наименьших квадратов с использованием разработанной авторской программы написанной на языке программирования Delphi, по которой согласно стандартной методике производился расчет полных факторных планов. Программа производит проверку однородности дисперсий, оценивает значимость коэффициентов регрессионного уравнения и проверяет полученную модель на адекватность по критерию Фишера.
После ввода экспериментальных данных получены уравнения регрессии (1), (2) в нормализованных обозначениях факторов вида
y = 0,388+0,17• x -0,025 • % -0,018• % + 0,04• x? + 0,014 • x\ + 0,025 • x32 - 0,014 • x • X + 0,02 • x• X ~0,0056• x • X (1)
у2 = 58,596- 6• x + 5 • x + 4,55 • % -4,556 • x2 -5,056• x22 -7,306• x32 -1,875 • x • x +1,125 • x• x ~ 4,125 • x• X (2)
для которых все коэффициенты оказались значимыми.
Анализ полученных уравнений (1) и (2) по условию оптимизации показателя виброскорости и шероховатости (его минимизация) по условиям
Vv(xj, x2, x3) ^ min (3)
^max^ x2 , x3) ^ min (4)
осуществлялся с использованием программы для поиска минимального значения путем перебора с заданным шагом Ax; (Ax; = 0,1), подставляя в уравнения (1) и (2) значения xi из диапазона -1 < x < 1 получили, что минимизация величины виброскорости и шероховатости достигается при значении факторов, представленных в таблице 3.
Таблица 3 - Значение факторов при минимизации параметров виброскорости и шероховатости_
Параметр Значение функции Значение факторов
х1 Х2 Х3
Виброскорость, Vv 0,2556 -1,0 0,3 0,1
Шероховатость, Rm^ 31,83 1,0 -1,0 1,0
Представим полученные уравнения регрессии (1), (2) в виде графиков, представленных на рис. 1.
Для отыскания взаимосвязи виброскорости от шероховатости поверхности подставим в уравнения (1) и (2) значения входных факторов х, х2, , получим функциональную зависимость данных факторов, представленную на рисунке 2.
В прикладной программе Mathcad был рассчитан коэффициент корреляции, который оказался равен р = 0,732, что свидетельствует о наличии зависимости между рассматриваемыми величинами.
Для получения функциональной зависимости виброскорости от шероховатости по прикладной программе, написанной на языке программирования Pascal, произведена интерполяция экспериментальных данных для получения функциональных зависимостей. Программа позволяет подбирать наиболее оптимальное регрессионное уравнение (линейное, степенное, показательное, полиномиальное квадратное или кубическое) с автоматической оценкой точности описания данных эксперимента.
Наиболее точное интерполирование дает параболическое уравнение регрессии вида
Vv int (Rm max ) = 0,67996 - 0,01696 • Rm _ + 0,0002 • Rm _2,
УУ1
Яшшах1
а) б)
Рисунок 1 - Зависимость а) виброскорости; б) шероховатости от частоты вращения шпинделя и скорости подачи
0.42
¡С 0.4
>
> УУ 0.38
Ю УУ^
*Й
ю -0.36
<С|>
¡С
$ 0.34
<<
0.32 3
40
50
60
Кшшах
1абшаоб 0аб1о1ааб1поё Яшшах, Рисунок 2 - Зависимость виброскорости от шероховатости
Анализируя полученные графики зависимостей можно сделать вывод, что существует зависимость виброскорости от шероховатости поверхности. Данная зависимость является прямой, то есть при увеличении виброскорости увеличивается и шероховатость поверхности. Таким образом, чтобы добиться требуемого качества поверхности деталей после фрезерования необходимо учитывать фактор вибрации станка и его механизмов (особенно механизма резания) для чего следует периодически производить замеры компонент вибрации (виброперемещения, виброскорости и виброускорения) в процессе эксплуатации станка.
