Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. цель и задачи исследований 10
1.1. Анализ путей повышения производительности операции сверления 10
1.2. Особенности износа спиральных сверл 14
1.3. Вибрации при работе спирального сверла. Причины и методы их устранения 19
1.4. Анализ методик определения оптимальных режимов резания при сверлении 24
1.5. Выводы. Цель и задачи исследований 27
ГЛАВА 2. Математическое моделирование технологи ческой системы процесса сверления 29
2.1. Разработка расчетной схемы процесса сверления 29
2.2. Определение коэффициентов математической модели 32
2.3. Анализ результатов математического моделирования 48
2.4. Выводы 50
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования колебаний в технологической системе при сверлении 51
3.1. Область применения и условия эксплуатации спиральных сверл...51
3.2. Исследование колебаний в технологической системе при обработке отверстий
3.2.1. Описание экспериментальной установки 53
3.2.2. Исследование влияния режимов резания на параметры колебаний при сверлении серого чугуна 58
3.3. Исследование колебаний в технологической системе методом акустической эмиссии 62
3.3.1. Экспериментальная установка и способ регистрации акустической эмиссии процесса сверления 63
3.3.2. Экспресс-определение параметров колебаний спирального сверла методом акустической эмиссии 69
3.4. Исследование интенсивности износа рабочих поверхностей спирального сверла 78
3.4.1. Экспериментальная установка для физического моделирования процесса износа 78
3.4.2. Определение длины участка касания ленточками концевого инструмента поверхности обрабатываемого отверстия 81
3.4.3. Исследование контактных процессов на рабочих поверхностях спирального сверла 86
3.4.4. Анализ результатов экспериментальных исследований 92
3.5. Выводы 97
ГЛАВА 4. Практическое использование и внедрение результатов работы 98
4.1. Автоматизированный информационно-измерительный комплекс
для выбора оптимальных режимов резания при сверлении 98
4.2. Определение оптимальных режимов резания по критериям производительности и себестоимости операции сверления 104
4.3. Выводы
Основные выводы и результаты работы 112
Литература
- Вибрации при работе спирального сверла. Причины и методы их устранения
- Определение коэффициентов математической модели
- Экспериментальная установка и способ регистрации акустической эмиссии процесса сверления
- Определение оптимальных режимов резания по критериям производительности и себестоимости операции сверления
Введение к работе
Актуальность работы.
Обработка отверстий спиральными сверлами является одной из наиболее распространенных операций механической обработки, порядка 30% от общего объема продукции инструментального производства занимают спиральные сверла. В тоже время, в силу конструктивных особенностей спирального сверла (недостаточная жесткость, неблагоприятная геометрия режущей части у оси и т.д.) операция сверления является малопроизводительной .
Операция сверления зачастую лимитирует производительность в технологическом процессе механической обработки. В результате для обеспечения заданной производительности технолог вынужден назначать более интенсивные режимы резания, что в свою очередь, может существенно увеличить себестоимость обработки. Кроме того, при сверлении отверстий возникают различные динамические процессы, в том числе колебания спирального сверла, обусловленные относительно низкой жесткостью инструмента. В случае, когда амплитуда продольных колебаний превышает толщину срезаемого слоя, происходит периодический отрыв задней поверхности спирального сверла от поверхности резания. При этом процесс сверления сопровождается ударами и выкрашиванием режущих лезвий, интенсивным истиранием поверхностей направляющих ленточек, что существенно снижает стойкость инструмента. Переменный характер процесса резания, обусловленный колебаниями спирального сверла, может привести к преждевременному отказу и увеличению вариации стойкости режущих инструментов. В результате производительность операции сверления будет снижена вследствие увеличения доли времени на смену инструмента. В связи с этим при выборе режимов резания необходимо учитывать влияние колебаний на стойкость спирального сверла. Однако, отсутствие экспресс-методики, позволяющей определить параметры колебаний при сверлении, и включающей расчет интенсивности износа режущего элемента, лимитирующего стойкость спирального сверла с учетом параметров колебаний инструмента, выбор оптимальных режимов резания и автоматизированный расчет выходных технологических параметров операции, приводит к снижению производительности и возрастанию затрат на механическую обработку, увеличивает трудоемкость технологической подготовки производства (ТПП).
Таким образом, исследования, направленные на разработку экспресс-методики для выбора оптимальных режимов резания, обеспечивающей повышение производительности и снижение себестоимости обработки отверстий спиральными сверлами являются актуальными.
Цель работы.
Повышение производительности и снижение себестоимости обработки отверстий спиральными сверлами путем выбора оптимальных режимов резания на основе анализа динамики процесса сверления с применением автоматизированного информационно-измерительного комплекса.
Методы и средства исследования.
Теоретические и экспериментальные исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории о резании металлов, математического моделирования. Обработка результатов экспериментальных исследований проводилась с помощью методов математической статистики.
Научная новизна.
Установлены зависимости между режимами резания, параметрами колебаний и интенсивностью износа спирального сверла, позволяющие прогнозировать стойкость инструмента, себестоимость и трудоемкость операции сверления.
Разработаны методические основы выбора режимов резания с учетом параметров колебаний спирального сверла при обработке, включающие систему ограничений, учитывающих себестоимость и трудоемкость операции сверления.
Разработана экспресс-методика определения оптимальных режимов резания методом акустической эмиссии (АЭ), позволяющая снизить трудоемкость проектирования операции сверления.
Практическая ценность.
1. Разработан автоматизированный информационно-измерительный комплекс для
выбора оптимальных режимов резания, включающий:
- приспособления к металлорежущим станкам, позволяющие определить параметры колебаний спирального сверла при обработке (патенты RU №84976, RU №2354506);
экспериментальную установку для экспресс-определения режимов резания при сверлении методом АЭ, включающую специальное программное обеспечение (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008611352), способ определения длины участка касания ленточками концевого инструмента поверхности обрабатываемого отверстия (патент RU №2395372) и устройство для управления процессом обработки отверстий (патент RU №2362655);
установку для физического моделирования процесса износа;
программное обеспечение для автоматизации этапов проектирования операции сверления.
2. Разработана математическая модель процесса сверления и программное обеспе
чение, включающее информационное сопровождение в виде баз данных (БД) «Коэффи
циенты математических моделей процесса сверления» и «Величины допустимого изно
са спиральных сверл» (свидетельства о государственной регистрации баз данных
№2010620114, №2010620394), позволяющие автоматизировать этапы проектирования
операции сверления.
Апробация работы.
Результаты диссертационного исследования докладывались на всероссийских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (г. Барнаул 2007, 2008, 2009), городской научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь - Барнаулу» (г. Барнаул 2007). Результаты работы обсуждались на научных семинарах кафедр «Общая технология машиностроения» и «Технология автоматизированных производств» ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» в 2007 - 2010 гг.
Публикации.
Автором опубликовано 16 печатных работ, в том числе 3 - в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации работ соискателей научных степеней, получено 3 патента на изобретение, патент на полезную модель, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 2 свидетельства о государственной регистрации БД.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 150 страницах текста, содержит 47 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 121 источника.
Вибрации при работе спирального сверла. Причины и методы их устранения
Важнейшим параметром, характеризующим эффективность использования режущего инструмента, является его стойкость, то есть период его работоспособности.
Для определения стойкости инструмента необходимо знать критерий затупления инструмента, который является характеристикой допустимого предельного износа режущего инструмента и в общем случае зависит от вида отказа инструмента, условий резания, инструментального и обрабатываемого материала, типа инструмента и его конструктивно-геометрических параметров [20].
Обычно в качестве признаков отказа принимают [20]: - невозможность дальнейшего протекания процесса вследствие достижения предельного затупления режущей кромки, что приводит к значительному увеличению сил резания, вибраций, тепловыделения и т. д.; - достижение определенного критерия затупления, при котором дальнейшее резание возможно, но экономически невыгодно вследствие повышения вероятности поломки инструмента, необходимости удаления значительного объема инструментального материала при переточке или повышения вероятности брака; - технологические критерии отказов, характеризующиеся увеличением шероховатости поверхности или нарушением точности изготовления.
Отказ режущего инструмента однозначно определяется критерием износа или разрушением режущей кромки. Под критерием износа (затупления) понимают сумму признаков (или один решающий признак), при которых работа инструмента должна быть прекращена [24].
За критерий затупления спирального сверла могут быть приняты: - выкрашивание или образование трещин на режущих кромках; - размер площадки износа по задней поверхности и перемычке; - размер площадки износа по передней поверхности; - ширина или высота износа по ленточки; - комбинацию из приведенных критериев.
Согласно выбранному критерию определяют время между переточками сверла или стойкость. Стойкость тем больше, чем ближе критерий затупления к предельному, определяемому по полной потере режущих свойств инструмента. О потери работоспособности спиральных сверл судят на основании технологического критерия износа (например, по допустимой согласно техническим требованиям шероховатости), либо по появлению скрипа, вызванного вибрациями сверла. Применение в качестве критерия затупления скрипа допустимо лишь в условиях единичного и мелкосерийного производства, когда каждое сверло находится под непрерывным наблюдением рабочего [42].
Также, существуют критерии равного допустимого и оптимального износа. За основу обоих критериев принимают линейный износ задней поверхности инструмента [30].
Для спиральных сверл наиболее приемлемым является критерий оптимального износа, который обеспечивает большую эффективность использования режущего инструмента [30]. При этом под оптимальным износом следует понимать, такой при котором суммарный период стойкости инструмента достигает максимальной величины. Суммарный период стойкости можно определить следующим образом [24]: Г»/Г, мин (1.1) где / - количество переточек, допускаемых инструментом до его полной амортизации; Т- период стойкости между двумя заточками, мин.
Известно [51], что при прочих равных условиях максимальной стойкостью обладают те сверла, конструкция и условия эксплуатации которых обеспечивают равномерный износ всех элементов режущей части. В связи с этим, для обеспечения надежной работы инструмента необходимо выявить в конкретных производственных условиях элемент (ленточки, уголки, задние поверхности, поперечная кромка), лимитирующий стойкость спирального сверла.
Непосредственное влияние на величину и характер износа оказывают режимы резания. При обработке спиральным сверлом серого чугуна, лимитирующим видом износа является износ по направляющим ленточкам и уголку [47]. По мере износа направляющих ленточек происходит увеличение крутящего момента ввиду уменьшения обратной конусности сверла, и, как следствие, заклинивание инструмента в обрабатываемом отверстии. Большое влияние на стойкость сверл оказывает их рабочая длина. При большой длине появляются или усиливаются вибрации, сверло теряет устойчивость и его стойкость снижается [117]. При этом скорость резания и подача непрерывно изменяются во времени, причем эти изменения носят колебательный характер [27].
Одной из причин колебаний спирального сверла при механической об-. работке является относительно низкая жесткость инструмента по сравнению с другими элементами технологической системы (станком, приспособлением, деталью). Переменный характер процесса резания, обусловленный колебаниями спирального сверла, сопровождается раскручиванием сверла под действием крутящего момента, удлинением и увеличением диаметра (рисунок 1.3). В случае, когда амплитуда продольных колебаний превышает толщину срезаемого слоя, происходит периодический отрыв задней поверхности спирального сверла от поверхности резания. При этом процесс сверления сопровождается ударами и выкрашиванием режущих лезвий, интенсивным истиранием направляющих ленточек сверла (рисунок 1.4), что существенно снижает стойкость инструмента. Крутильные колебательные движения, накла-дываясь на окружное перемещение сверла, непрерывно изменяют скорость резания, увеличивая или уменьшая ее по сравнению с расчетной. Осевые колебательные движения, накладываясь на движение подачи, также изменяют ее с той же частотой. Крутильные и осевые колебания являются синфазными [27]. При сверлении серого чугуна увеличение амплитуды продольных колебаний с 0,15 до 0,28 мм приводит к снижению стойкости почти в два раза [62]. При обработке жаропрочных сплавов, закаленной стали и других труднообрабатываемых материалов стойкость спирального сверла может быть снижена до 16 раз по причине колебаний инструмента [27].
Определение коэффициентов математической модели
Качественная и количественная адекватность математической модели во многом зависят от точности определения коэффициентов, составляющих систему дифференциальных уравнений (2.1).
Основной задачей данного раздела является определение коэффициентов математической модели для теоретического анализа динамического состояния процесса сверления в следующих условиях: инструмент - спиральное сверло (ГОСТ 10903-77) диаметром d=\0 мм, с длиной рабочей части /=100 мм, обрабатываемый материал чугун СЧ-20 (ГОСТ 1412-85) твердостью 190 НВ, подача 5=0,1...0,47 мм/об, скорость резания FN), 102... 0,3 92 м/с (л=195...750 об/мин).
Анализ работ [22, 26, 58, 90, 118 и др.], посвященных исследованиям рассеяния энергии при колебаниях механических систем показал, что для технологической системы станка следует производить расчет диссипативных свойств с учетом сил вязкого сопротивления. В этих условиях обобщенный коэффициент демпфирования в продольном направлении может быть определен согласно следующей зависимости [49]:
При определении логарифмического декремента колебаний спирального сверла необходимо учесть влияние: коэффициентов трения между передней поверхностью инструмента и стружкой; задней поверхностью инструмента и поверхностью заготовки; коэффициента внутреннего трения в материале спирального сверла; рассеяния энергии в зоне упруго-пластического деформирования. Наличие перечисленных выше факторов весьма усложняет экспериментальное определение логарифмического декремента колебаний, при расчете коэффициента демпфирования. Логарифмический декремент колебаний определяется по формуле [85]: = пТк = In А (2.3) ч+1 где А — амплитуда колебаний, дБ; п - коэффициент, характеризующий вязкость системы. Л, дБ I. Ai Рисунок 2.3. - Осциллограмма затухающих колебаний (схема) [25] Логарифмический декремент колебаний может быть определен расчетным путем, предложенным И.Г. Жарковым [49]: 5 = -\&фшг + «V/ + «93//я2 + ЪМвнмд2 (2-4) где /jBH — коэффициент внутреннего трения в материале инструмента; Мз Мп коэффициенты трения соответственно по задней и передней поверхности спирального сверла; Мвнмл коэффициент внутреннего трения в пластической зоне; &х, 92, 53, 54 - коэффициенты корреляции, учитывающие влияние каждого из коэффициентов juBH, ц3, цп, цшш на обобщенный логарифмический декремент колебаний. При проведении расчетов коэффициент внутреннего трения в пластической зоне и коэффициенты корреляции были выбраны согласно работе [49]: /ІЙЯШ=0,7, ,=1, 2=0,8, «93=0,5, 54=0,1 коэффициенты трения по передней и задней поверхности определялись с применением теории подобия по методике С.С. Силина [102].
Коэффициент внутреннего трения в материале инструмента /лвн определялся экспериментально по методике. В статическом состоянии по инструменту наносился удар. Одновременно регистрировались свободные колебания спирального сверла с помощью пьезокерамического датчика, установленного у поверхности инструмента. Коэффициент внутреннего трения определялся по формуле:
График изменения коэффициента трения по длине режущей кромки (для сверла диаметром 10 мм, изготовленного по ГОСТ 10903-77) Коэффициент трения по задней поверхности //3 =1, согласно рекомендациям С.С. Силина [102].
В отсутствие экспериментальных данных, длительность колебательного цикла Тк (рисунок 2.3), в формуле (2.2) можно приближенно определить по собственной частоте колебаний инструмента, равной (при расчете коэффициента демпфирования в продольном направлении) [25]:
При малых значениях коэффициента п его влияние на частоту колебаний незначительно. Для режимов резания 5Ю,28 мм/об, F=0,277 м/с (и=530 об/мин) логарифмический декремент колебаний: S = nTK = 1пЗ,58 = 1,275 (2.11) откуда я = 1,275 / Т = 1,275д/р2 -п212л (2.12) Решая это уравнение, находим, что п2 весьма мало по сравнению с р2 (и2=0,041р2). Тогда частота колебаний, согласно уравнению (3.7) co = p2-n2 = V/?2 - 0,041р2 = 0,979р (2.13) отличается от частоты соответствующих незатухающих колебаний на 2,1%.
Для проверки рассчитанной величины логарифмического декремента колебаний были проведены специальный эксперимент в процессе сверления спиральным сверлом. Для этого были изготовлены специальные образцы из чугуна СЧ-20, при обработке которых происходит переход от рассверливания к сверлению сплошного материала (рисунок 2.6). Переход от рассверливания к сверлению вызывает скачок крутящего момента и имитирует удар, который выводит систему инструмента из состояния равновесия (устоявшегося процесса обработки). Далее, в процессе обработки, спиральное сверло совершает затухающие колебания, пока не вернется в новое состояние равновесия. Затухающие колебания инструмента можно зафиксировать с помощью пьезо-керамического датчика, установленного у поверхности сверла. При проведении эксперимента, сверло закреплялось неподвижно с целью обеспечения контакта с датчиком. Регистрация сигнала осуществлялась посредством АЦП L-CardL-780M.
Условия проведения эксперимента: инструмент - спиральное сверло (ГОСТ 10903-77) диаметром d=\Q мм, с длиной рабочей части /=100 мм, об рабатываемый материал чугун СЧ-20 твердостью 190 НВ, подача «$=0,47 мм/об, скорость резания К=0,392 м/с («=750 об/мин), повторяемость эксперимента-5.
В рассматриваемых условиях средняя экспериментальная величина логарифмического декремента колебаний равна 1,231, относительная погрешность по сравнению с расчетной величиной (таблица 2.1) составила 11,9 %.
Следует отметить, что проверку расчетной величины логарифмического декремента колебаний в широком диапазоне режимов резания осуществить не удалось. Это связано с тем, что на низких значениях подачи 5=0,1...0,28 мм/об и скорости резания V=Q, 102...0,277 м/с скачок крутящего момента при переходе от рассверливания к сверлению сплошного материала оказывается недостаточным для регистрации генерируемых при этом волн напряжений. В результате сигнал, соответствующий скачку крутящего момента невозможно отфильтровать без потери его информативности вследствие наличия акусти-ко-эмиссионных помех.
Экспериментальная установка и способ регистрации акустической эмиссии процесса сверления
В ходе подготовки аппаратуры к экспериментальным исследованиям был определен диапазон частот регистрируемого сигнала АЭ, уровень дискриминации (ограничения) по амплитуде, сила прижима преобразователя АЭ и сила закрепления образца для сверления. Порядок подготовки и проведения экспериментальных исследований по регистрации АЭ процесса резания осуществлялся в соответствии с государственным стандартом [35].
Сила прижима преобразователя АЭ устанавливалась с помощью винта, в призме зажимного приспособления на уровне 10 Н. В качестве контактной среды использовалась эпоксидная смола без отвердителя.
Для обработки регистрируемого САЭ было разработано специальное программное обеспечение (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008611352 [99]), предназначенное для расчета основных параметров АЭ, установленных стандартом [34]. Программа поддерживает формат файлов WAV и может быть использована для проведения амплитудного анализа различных аудиозаписей, в том числе для статистической обработки САЭ при механической обработке. Программа обеспечивает выполнения следующих функций: - расчет средней амплитуды; - расчет максимальной амплитуды; - расчет числа превышений порога ограничения по амплитуде в установленный интервал времени (рисунок 3.9); - построение исторического графика числа превышений порога ограничения по амплитуде.
При тестировании экспериментальной установки производился выбор уровня дискриминации САЭ по амплитуде с целью фильтрации помех, вызванных работой технологического оборудования. Выбор уровня дискриминации осуществлялся на основе анализа амплитудного распределения САЭ. На рисунке 3.10 представлено амплитудное распределение САЭ процесса сверления, на котором можно выделить диапазон амплитуд шумов, и диапазон «полезного» сигнала, разделенных зоной с минимальным количеством зарегистрированных импульсов АЭ. Порог ограничения по амплитуде устанавливался в соответствии с выделенной зоной.
Проведение тестового эксперимента показало, что сила закрепления заготовки не оказывает существенного влияния изменение параметров АЭ процесса резания. При проведении экспериментальных исследований при обра ботке специальных образцов из серого чугуна с одновременной регистрацией САЭ сила закрепления заготовки устанавливалась на уровне 800 Н. Сила затяжки винта, регулирующего силу прижатия пьезокерамического датчика в призме зажимного устройства, а также сила закрепления заготовки рассчитывались по формуле для определения силы затяжки болта резьбового соединения [65]:
В ходе экспериментальных исследований динамического состояния процесса сверления п. 3.2.2 проводилась запись САЭ процесса посредством экспериментальной установки для регистрации АЭ, общий вид которой представлен на рисунке 3.8. В ходе спектрального анализа записей САЭ удалось выделить сигналы, соответствующие продольным колебаниям спирального сверла. В ходе проведения экспериментальных исследований с использованием специальных образцов для сверления (рисунок 3.2) было зафиксировано значение частоты продольных колебаний спирального сверла f„ =292 Гц (на режимах резания: скорость резания Р=0,102 м/с, подача 5=0,47 мм/об). Далее осуществляли анализ записанного САЭ с помощью программного продукта Adobe Audition, увеличивали изображение интересующего частотного диапазона (рисунок 3.11, а) и проводили дополнительный анализ с использованием специальных инструментов программы. Путем установления уровня дискриминации по амплитуде был отфильтрован шум оборудования (соответствующие сигналы присутствуют в рассматриваемом диапазоне частот, но имеют меньшую амплитуду). Полученный результат представлен на рисунке 3.11, б, где можно наблюдать колебания в процессе обработки, в диапазоне частот 280...300 Гц. Это соответствует данным измерений зубчатой кромки фольги (извлеченной из специальных образцов). Из рисунка 3.11, б видно, что выделенные колебания присутствуют только в период работы инструмента, т.е. вызваны процессом сверления и не являются какими-либо посторонними эффектами. Аналогичная картина наблюдается при спектральном анализе записей экспериментов на других режимах резания. Так с увеличением скорости резания V с 0,102 до 0,277 м/с, при подаче 5=0,47 мм/об частота продольных колебаний спирального сверла увеличивается до 859 Гц, однако сигнал в поле спектрограммы остается также легко различим.
В ходе анализа спектрограмм САЭ при сверлении спиральным сверлом было выявлено смещение (отставание) во времени сигнала соответствующего работе режущих кромок сверла от положения, определяемого по сигналу с датчика оборотов (рисунок 3.12). Данное отставание САЭ - следствие раскручивания спирального сверла вокруг своей оси на некоторый угол раскручивания (р. Под углом раскручивания спирального сверла понимается поворот вокруг оси инструмента режущих кромок относительно их первоначального положения, вследствие деформации кручения стержня инструмента, вызванной действием крутящего момента (рисунок 1.3).
Определение оптимальных режимов резания по критериям производительности и себестоимости операции сверления
Проверка работоспособности автоматизированного комплекса производилась на участке механической обработки ОАО «Барнаултрансмаш», при определении режимов резания на операции 025 сверления отверстий в детали 501-16-9 «Картер верхний», изготовленной из серого чугуна СЧ-20 (ГОСТ 1412-85) твердостью 186...209 НВ. Параметры операции: обработка 42 отверстий с помощью многошпиндельной головки, станок горизонтально-сверлильный 4А906, глубина сверления ґ=30 мм, диаметр отверстий У мм, шероховатость Ra=l2,5 мкм, режимы резания: подача 5=0,14 мм/об, частота вращения «=750 об/мин.
Определение оптимальных режимов резания при сверлении состоит в том, чтобы на основе знаний интенсивности износа режущего элемента, лимитирующего стойкость спирального сверла, параметров колебаний инструмента, кинематики и динамических возможностей станка, и других свойств технологической системы назначить такие частоту вращения и подачу, которые обеспечат формообразование детали в соответствии с техническими требованиями при наименьших затратах. Другими словами, осуществить оптимизацию значит определить оптимальные режимы резания, соответствующие экстремуму функции цели при данных технических ограничениях.
Критериями оптимальных режимов резания будут являться трудоемкость и себестоимость обработки. Анализ технической литературы [78] показал, что с увеличением скорости резания трудоемкость и себестоимость обработки сначала снижаются, а затем, пройдя через минимальные значения возрастают (в связи с увеличением износа режущего инструмента и затрат времени на его замену). При этом оптимальные скорости резания, соответствующие минимальным затратам времени и минимальной себестоимости не совпадают. Скорость резания, оптимальная по себестоимости, всегда меньше скорости резания, оптимальной по производительности. Выбор скорости ре-зания по наибольшей производительности или по наименьшим затратам осуществляется для каждого конкретного случая с учетом сложившейся обстановки (степень срочности задания, степень загрузки данного станка и т.п.). В любом случае скорость резания не должна выходить за пределы оптимальных скоростей по производительности и себестоимости.
Рассчитаем трудоемкость и себестоимость операции 025 сверления отверстий в детали 501-16-9 «Картер верхний». где Туст — время на установку и снятие детали, мин; ТПЕР — время, связанное с переходом, мин; Тизм — время на контрольные измерения, мин. Время на установку и снятие детали: Туст = ТУ1 + ТУ2 + Туз, мин (4.8) где ГУ1 — время на установку и снятие детали подъемником (краном), мин; ТУ2 время для очистки приспособления от стружки, мин; Туз — время на закрепление и открепление детали, мин. Время, связанное с переходом: ТПЕР = Tax + ТП1 + Тпз, МИН (4.9) 106 где Тт — время на подвод инструмента, мин; Тп2 — время на включение и выключение подачи, мин; Гяз — время на отвод инструмента, мин. 5. Стойкость инструмента определим из соотношения: LUHML = L (4.10) - Б-ВИБР где ТБ_ВИБР - стойкость в условиях отсутствия вибраций инструмента, определяемая согласно зависимости (3.29), мин; Т— стойкость инструмента (с учетом вибраций), мин; LB-ВИБР путь пройденный ленточкой (лимитирующим элементом) в условиях отсутствия вибраций (3.28), м; L — путь пройденный ленточками с учетом вибраций (3.33), м. Тогда, стойкость инструмента: т = Б_ВИБР-тБ_ВИБР мин 4Л1 Подставим в выражение (4,9) формулы (3.28), (3.29), (3.33) и получим: JJI (r.«(-oY +(о-«Т+f!f ]V v д , , У (д Ї ( д ,ST= ." л ,мин (4.12) dt J ydt J {dt In Wbr(r cos(fltf) +b-(»--sin(firf) + —o- + -sinov)) ar где r - радиус сверла, мм; со=2тт - круговая частота (« - частота вращения, об/с), рад/с; - подача, мм/об; Ля — амплитуда продольных колебаний, мм; о)п =2n-fn- круговая частота продольных колебаний (/я — частота продольных колебаний, Гц), рад/с; йот — величина допустимого износа по ленточке, мм; 1Л — интенсивность износа направляющих ленточек, мм/с.
Структура штучного времени. Вариант обработки Режимы резания Основное время Т0, мин Вспомогательное время Тв, мин Время на обслуживание ОБС »мин Время на отдых Т1 ОТД мин Т1Ш мин Проведенные производственные испытания показали работоспособность разработанных способов анализа динамического состояния процесса сверления, адекватность математической модели процесса сверления (2.1) и эмпирических зависимостей (3.2), (3.3) между параметрами колебаний инструмента и режимами резания. При этом были отмечены следующие технические преимущества: уменьшение основного времени обработки отверстий в детали «Картер верхний» с 0,42 до 0,3 мин (на 28,6%); уменьшение штучно-калькуляционного времени Тшг_к с 4,65 до 4,35 мин (на 6,45%).
Таким образом, в диссертационной работе решена актуальная задача, состоящая в повышении производительности и снижении себестоимости обработки отверстий спиральными сверлами путем выбора оптимальных режимов резания на основе анализа динамики процесса сверления с помощью автоматизированного информационно-измерительного комплекса.
