Содержание к диссертации
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 5
1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ПРЕРЫВИСТОГО РЕЗАНИЯ И СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИЙ 10
1.1 Особенности процессов прерывистого резания 10
1.2 Влияние переходных процессов на стойкость инструмента
1.2.1 Влияние фазы врезания на стойкость инструмента 14
1.2.2 Влияние фазы выхода на стойкость инструмента 16
1.3 Экспериментальное исследование характера сил, возникающих при прерывистом резании 18
1,7 Анализ способов снижения вибраций 27
Выводы по обзорной части 29
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2 СПОСОБ И ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ПРЕРЫВИСТОГО РЕЗАНИЯ.
2.1 Фото - тензометрическиЙ способ и измерительно-вычислительный ком плекс 31
2.2 Установка для реализации фото - тензометрического способа исследования быстропротекающих процессов прерывистого резания. 37
2.3 Динамическая модель консольной части резца 40
2.4 Тарировка резцедержателя-динамометра 42
2.5 Программное обеспечение для управления измерительно-вычислительным комплексом и реализации фото -тензометрического способа исследования быстропротекающих процессов прерывистого резания з
Выводы по второй главе 50
3 АНАЛИЗ ЕДИНИЧНОГО ЦИКЛА ПРОЦЕССА ПРЕРЫВИСТОГО ТОЧЕНИЯ 51
3.1 Исследование силовых и геометрических характеристик единичного цикла прерывистого точения 51
3.2 Исследование контактных давлений на передней поверхности резца в фазах единичного цикла прерывистого точения 5 8
3.3 Динамические показатели нагруженности резца в фазах единичного цикла прерывистого точения 60
Выводы по третьей главе. 61
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ РЕЗЦОВ В ФАЗЕ ВРЕЗАНИЯ 63
4.1 Задание форм импульсов монотонно нарастающей силы 64
4.2 Метод решения дифференциального уравнения одномассовой динамической модели консольной части резца 71
4.3 Анализ поведения консольной части резца в фазе врезания 80
4.3 Взаимосвязь кинетической энергии консольной части инструмента и интенсивности фазы врезания 98
4.4 Математическая модель процесса врезания 91
4.5 Регрессионные зависимости для определения параметров импульса силы сопротивления резанию и коэффициента пропорциональности ускорению gj
4.6 Результаты моделирования процесса врезания 99
Выводы по четвертой главе 102
5 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБА 103
СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИЙ ПРИ ПРЕРЫВИСТОМ РЕЗАНИИ УПРАВЛЯЕМЫМ ИМПУЛЬСНЫМ СИЛОВЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ
5.1 Анализ силовых, пространственных и энергетических характеристик одномассовой динамической модели резца при действии монотонно возрастающей силы 103
5.2 Разработка способа снижения вибраций при прерывистом резании управляемым импульсным силовым воздействием 109
Выводы по пятой главе 114
6 УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИЙ 116
6.1 Анализ способов генерации силовых импульсов 116
6.2 Динамическая модель устройства снижения вибраций 117
6.3 Практическая реализация устройства снижения вибраций. 125
6.4 Система управления устройством снижения вибраций 127 Выводы по шестой главе 134
7 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТОЙКОСТИ РЕЗЦОВ
В ПРОЦЕССЕ ПРЕРЫВИСТОГО РЕЗАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ УСТРОЙСТВА СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИЙ 135
7.1 Проведение экспериментов 135
7.2 Взаимосвязь кинетической энергии консольной части инструмента и стойкости 137
Выводы по седьмой главе 138
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 139
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 141
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Введение к работе
Актуальность работы. Основной причиной снижения стойкости режущего инструмента, работающего в условиях прерывистого резания, является цикличность механических нагрузок, имеющих ударный характер в момент первоначального контакта с заготовкой и обуславливающих появление вибраций. Это особенно сказывается на работоспособности твердосплавного и минер ал окерамического режущего инструмента.
Важной особенностью является то, что значительное снижение стойкости при прерывистом резании не позволяет в ряде случаев обрабатывать заготовки большой площади, с требуемой производительностью (обработка на тяжелых продольно-строгальных станках), без смены инструмента. Подобные случаи на производстве оборачиваются не только потерей времени и дополнительными затратами, но и снижением качества обработанной поверхности, а в отдельных случаях приводят к браку.
Уменьшение ударных нагрузок и вибраций за счет снижения скорости резания приводит к значительным потерям производительности и ставит под вопрос целесообразность применения твердосплавного режущего инструмента.
Более прогрессивные способы снижения вибраций при резании основаны на эффекте поглощения энергии колебаний, за счет использования материалов с высокой демпфирующей способностью. Однако применение подобных способов требует предварительного расчета и трудоемкой настройки демпфирующей способности инструмента для конкретных условий обработки.
Эффективными способами борьбы с вибрациями являются разновидности вибрационного резания, суть которых заключается в компенсации колебаний инструмента, дополнительным внешним силовым воздействием. Однако сложность этих способов существенно ограничивает их применение на производстве.
Распространенность процессов прерывистого резания в производстве и отмеченные недостатки существующих способов указывает на целесообразность разработки новых более эффективных способов борьбы с вибрациями посредством управляемого импульсного силового воздействия, с целью повышения стойкости инструмента, при прерывистом резании.
Цель работы. Повышение стойкости резцов управляемым импульсным силовым воздействием на основе исследования закономерностей процессов прерывистого резания.
Для достижения поставленной цели необходимо решить комплекс взаимосвязанных задач:
1. Разработать способ, позволяющий исследовать силовые и геометрические характеристики быстропротекающих процессов прерывистого резания и измерительно-вычислительный комплекс для его реализации;
2. Экспериментально исследовать силовые и геометрические характеристики единичного цикла прерывистого резания и установить фазу, в которой резец наиболее нагружен;
3. Провести исследование динамики резцов в наиболее нагруженной фазе единичного цикла прерывистого резания;
4. Рассмотреть теоретические возможности и разработать способ снижения вибраций, при прерывистом резании, посредством управляемого импульсного силового воздействия; 5. Разработать устройство для реализации способа снижения вибраций;
6. Провести экспериментальное исследование стойкости резцов, работающих в условиях прерывистого резания.
Методы исследования. В работе использовались методы теории механических колебаний, основные положения теории резания.
Экспериментальные исследования проводились с использованием специально разработанного измерительно-вычислительного комплекса, реализующего фото - тензометрический способ, а также методов планирования и статистической обработки данных эксперимента.
Автор защищает.
1. Математическую модель процесса врезания резца в заготовку при прерывистом резании.
2. Фото - тензометрический способ, позволяющий регистрировать силовые и геометрические характеристики процессов прерывистого резания, а также устанавливающий соответствие между ними.
3. Результаты экспериментальных исследований и эмпирические зависимости, устанавливающие взаимосвязь между параметрами процесса резания (режимами резания, геометрией инструмента, свойствами инструментального и обрабатываемого материалов) и стойкостью, посредством суммарного изменения кинетической энергии SAT при врезании инструмента в заготовку.
4. Способ снижения вибраций при прерывистом резании управляемым импульсным силовым воздействием.
Научная новизна работы.
Разработана математическая модель процесса врезания, учитывающая инерционность консольной части резца. Модель позволяет определять силовые, пространственные и энергетические характеристики процесса врезания, оценивать его интенсивность SAT, на основе задаваемых динамических характеристик инструмента (массы М, демпфирующей способности с и жесткости к), а также экспериментально определенных параметров импульса силы сопротивления материала резанию (скорости нарастания VF и силы при установившемся режиме резании Fs) и
коэффициента пропорциональности ускорению Ка.
Экспериментально установлено, что суммарное изменение кинетической энергии консольной части резца SAT является количественным показателем интенсивности процесса врезания и параметром, определяющим стойкость инструмента.
Предложен и теоретически обоснован способ снижения вибраций при врезании инструмента в заготовку, заключающийся в выведении инструмента из состояния покоя предварительным силовым импульсом (до момента его врезания в заготовку), что обеспечивает безвибрационный переход в установившийся режим резания.
Практическая значимость работы.
Разработаны устройства снижения вибраций для процессов обработки прерывистым точением и строганием, обеспечивающие увеличение стойкости резцов до б раз.
Разработан фото - тензометрический способ, для регистрации силовых и геометрических характеристик быстропротекающих процессов прерывистого резания, устанавливающий взаимнооднозначное соответствие между ними, а также измерительно-вычислительный комплекс для реализации способа.
Создано программное обеспечение для расчета стойкости резцов, работающих в условиях прерывистого резания, на основе разработанной модели процесса врезания и полученных эмпирических зависимостей.
Результаты диссертационного исследования внедрены в производство и учебный процесс.
Реализация результатов работы. Результаты исследований апробированы в ООО «ЗРГО» (г. Железногорск Курской обл.), внедрены и используются в ОАО «Рудоавтоматика» (г. Железногорск Курской обл.) и в учебном процессе при изучении дисциплин «Резание металлов» и «Автоматизированные системы научных исследований» в ОрелГТУ.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Vl-ой международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (г. Курск, 2005г.), на международной научно-технической конференции: «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2005г.), на 2-ой международной научно-технической конференции «Надёжность и ремонт машин» (г. Гагра, 2005г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОрелГТУ в 2003-2005 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ и поданы две заявки на патенты РФ.
