Содержание к диссертации
Введение
Введение 8
1. Состояние и перспективы развития процесса шпиндельной вибрационной отделки деталей свободным абразивом . 15
1.1. Общая характеристика вибрационной обработки деталей свободным абразивом 15
1.2. Шпиндельная вибрационная .отделка деталей в среде свободного абразива, 18
1.3. Устройство и особенности работы многошпиндельного станка.для вибрационной отделки -деталей со знакопеременным винтовым движением шпинделя 28
1.4. Цель и задачи исследования 31
2. Теоретические исследования динамики и.особенностей функционирования процесса и оборудования для шпин дельной виброотделки со знакопеременным винтовым движением шпинделя 34
2.1. Математическая модель оборудования для осуществления процесса шпиндельной виброотделки со знакопеременным винтовым движением шпинделя 34
2.2. Физическая сущность левых частей уравнений математической модели 48
2.3. Уточнение математической модели с учетом трения в подшипниках сателлитов, к.п.д. зубчатых зацеплений 53
2.4. Разработка аналитических выражений для определения основных параметров силового привода шпиндельного блока 59
2.5. Численное моделирование особенностей процесса шпиндельной виброотделки и динамики оборудования для его осуществления 64
3. Методика проведения экспериментальных исследований. 108
3.1. Экспериментальная установка 108
3.2. Измерение угловых скоростей вращения вала приводного электродвигателя 112
3.3. Измерение угловых скоростей шпинделя и регистрация его направления вращения Пб
3.4. Измерение линейного перемещения шпинделя 118
3.5. Измерение переметений точек крепления вибро контейнера к упругим элементам 125
3.6. Имитаторы реальной технологической нагрузки оборудования 129
3.7. Приборы общего назначения, рабочие среды, исследуемые материалы и образцы 132
4. Экспериментальные исследования процесса шпиндельной виброотделки со знакопеременным винтовым движением шпинделя и оборудования для его осуществления 143
4.1. Законы движения шпинделя при заданных значениях технологической нагрузки 143
4.2. Анализ особенностей режимов работы многошпиндельного станка со знакопеременным винтовым движением шпинделя 155
4.3. Исследование влияния винтового знакопеременного движения шпинделя на производительность
процесса и качества отделки деталей 158
4.3.1. Исследование качества поверхности деталей 158
4.3.2. Производительность процесса шпиндельной виброотделки со знакопеременным винтовым движением шпинделя 180
5. Перспективы промышленного применения результатов исследований 186
5.1. Некоторые примеры обработки типовых деталей 186
5.2. Метод проектирования и расчета оборудования для шпиндельной виброотделки со знакопеременным винтовым движением шпинделя с учетом технологической нагрузки и источника энергии ограниченной мощности для различных деталей 197
5.3. Рекомендации по промышленному использованию результатов исследований 207
Заключение 210
Литература. 212
Приложения 225
- Общая характеристика вибрационной обработки деталей свободным абразивом
- Математическая модель оборудования для осуществления процесса шпиндельной виброотделки со знакопеременным винтовым движением шпинделя
- Измерение угловых скоростей вращения вала приводного электродвигателя
- Законы движения шпинделя при заданных значениях технологической нагрузки
- Некоторые примеры обработки типовых деталей
Общая характеристика вибрационной обработки деталей свободным абразивом
Теоретические и экспериментальные исследования в области механической обработки деталей [81, 88, 93, 100, 115] выявили ее ответственную роль в формировании эксплуатационных свойств деталей машин. Методы размерно-чистовой обработки лезвийным и абразивно-алмазными инструментами [I, 24, 46...48, 73, 74, 79, 80, 106 ] также имеют широкое распространение. Однако, после механической обработки, а также при формообразовании деталей литьем, прессованием, ковкой, штамповкой имеют место раз личные ликвиды: заусенцы, облой, пригары, выплески, окалина, грат, утяжки, подлежащие удалению [9, 61, 107] . Поэтому важное место в технологическом процессе изготовления деталей занимает отделочно-зачистная обработка [9, 10, 18, 20, 30,..32, 35» 54, 57, 58, 61, .63, 82, 94, 102, 104, 107, ПО].
Применение отделочно-зачистной обработки позволяет управлять качеством поверхности и получать высокие эксплуатационные характеристики обработанных деталей вследствие целенаправленного воздействия на технологическую наследственность именно в завершающей стадии технологического процесса [34, 36, 61, 73, 77, ,107, 115]. Одним из сравнительно новых и перспективных процессов отделочно-зачистной обработки является вибрационный [9,.10, 25, 30, 31, 37, 41, 42, 49, 61, 63, 73, 77, 94, 95, 97, 112, 114]. _
Вибрационная обработка со свободной загрузкой деталей в зависимости от характера применяемой рабочей среды представляет собой механический или химико-механический процесс съема мельчайших частиц металла и его окислов с обрабатываемой поверхности, а также сглаживание микронеровностей путем их пластического деформирования частицами рабочей среды, совершающими в процессе работы колебательное движение. Процесс сопровождается последовательным нанесением на поверхность обрабатываемых деталей большого числа микроударов частицами рабочей среды при взаимном их соударении и скольжении. Существует несколько технологических схем выполнения процесса вибрационной обработки: обработка всухую или циркуляцией раствора; обработка свободно загруженных деталей сравнительно небольших размеров с их периодической или непрерывной загрузкой и разгрузкой; обработка тяжелых и.крупногабаритных деталей, закрепленных в специальных приспособлениях; обработка длинномерных деталей типа труб, прутков, профилей и.проволок путем проталкивания их через окна, выполненные в стенках рабочей камеры, и т.д.
Математическая модель оборудования для осуществления процесса шпиндельной виброотделки со знакопеременным винтовым движением шпинделя
Увеличение интенсивности процесса ШВиО, ужесточение технических требований к его оборудованию в отношении точности, надежности, уровня шума, возникающего при работе, снижение металлоемкости и т.д. обусловливают актуальность комплексного рассмотрения задач динамики процесса и оборудования с отображением в соответствующей математической модели различных по своей физической природе элементов реального объекта. Это особенно важно потому, что причиной поломки реальной конструкции оборудования для. ШВиО является зачастую динамическая несогласованность характеристик процесса и отдельных частей оборудования [37, 117, 120].
Методы математического моделирования на ЭВМ позволяют ре« шить задачи анализа и синтеза технологического процесса и оборудования с должной степенью полноты, учитывая свойства всех входящих в общую систему элементов [19, 21, 98, 99]. Так, внешние силовые условия воздействия абразивных гранул на обрабатываемую поверхность (контактные давления, скорость и ускорения) при проведении процесса ШВиО со ЗВДШ оказывают большое влияние на производительность и технологические возможности последнего. Поскольку движение шпинделя при ШВиО является главным фактором, формирующим внешние силовые условия процесса, то возникает необходимость определения законов движения шпинделя спецоборудования исследуемого процесса. Определение последних, уточнение рациональных конструктивных параметров оборудования, полу -чение комплекса других параметров, характеризующих динамику процесса и оборудования, возможно лишь на основе математической модели.
Измерение угловых скоростей вращения вала приводного электродвигателя
Для измерения средних угловых скоростей вращения вала электродвигателя силового привода шпиндельного блока использовался метод одновременной записи на.ленте осциллографа меток времени и положения вала в пространстве. Запись процессов производилась на светолучевом осциллографе типа H043.I. Скорость движения ленты выбирали равной 2,5 м/с, интервалы отметчика времени ДІ = 0,01. Длина участка ленты, соответствующая интервалу Au = 0,01 составляла 25 мм.
Положение вала.в пространстве регистрировалось с помощью фотодатчика и непрозрачного модулятора, жестко укрепленного на валу.приводного электродвигателя и вращающегося вместе с ним (рис. 3.3).
На диске.непрозрачного модулятора с помощью сверления выполнены отверстия диаметром 2,5 мм с шагом, соответствующим 3 центрального угла (рис. 3.4).
При вращении модулятора поток света от электроосветителя EI (рис. 3.5) к фототранзистору V I прерывается непрозрачными участками модулятора, в результате чего сопротивление перехода эмиттер,- коллектор транзистора изменяется. Закон изменения этого сопротивления близок к синусоидальному. При расшифровке осциллограмм, более удобна прямоугольная форма импульсов, для получения которых используется несимметричный триггер с эмиттерной связью (триггер Шмитта) на транзисторах V 3 и V Ч (рис. 3.5).
Законы движения шпинделя при заданных значениях технологической нагрузки
Как указано в разделе 3.7, экспериментальные исследования необходимо провести в два этапа. На первом этапе нужно получить сведения о динамических характеристиках процесса и оборудования для ШВиО со ЗВДШ. Для этого в первую очередь необходимо уточнить законы движения рабочего шпинделя, т.е. зависимости его перемещения, скорости и ускорения от времени. Указанные зависимости, с одной стороны, определяются кинематикой силового привода, его динамическими и геометрическими параметрами, характеристикой приводного двигателя, а с другой - характером и величиной технологической нагрузки как в осевом, так и в окружном направлениях его движения.
Поскольку теоретические исследования проводились при постоянных значениях параметров силового привода шпиндельного блока (приложение П) и изменяющихся величинах технологической нагрузки, для сравнимости характеристик, полученных в результате решения математической модели (2.33) на ЭВМ, эксперимент будем проводить в такой же последовательности. Первоначально устанавливаем частоту вращения приводного двигателя силового привода шпиндельного блока, равную 60,28 рад/с, обусловленную только его электромагнитными свойствами и подведенными напряжением в сети. Это обеспечивает описанная в третьей главе система двигатель - генератор. В дальнейшем частота вращения приводного электродвигателя изменяется только при изменении технологического сопротивления на шпинделе в соответствии с его механической характеристикой. С помощью описанных в третьей главе нагружателей (см.рис. З.Іб, 3.18) на одном из пяти шпинделей будем задавать различные соотношения значений технологического сопротивления его перемещению как в окружном ( М4 ), так и в осевом ( $4 ) направлениях (табл. 4.1). В первом случае значение силы технологического сопротивления в осевом направлении движения шпинделя достигает максимума, т.е. 4 = Const, а значение момента технологического сопротивления повороту шпинделя изменяется от максимума (80 Н»м) до минимума (10 Н»м).
На рис.-4.1. приведена типичная осциллограмма для первого случая нагружения шпинделя. Анализ осциллограмм для этого случая нагружения. свидетельствует о наличии на шпинделе только возвратно-вращательной траектории его движения, а закон изме-нения угловой скорости ( 4 4 ) носит синусоидальный характер. При этом на шпинделе действует знакопеременный вращающий момент, изменение которого также имеет синусоидальный характер. С увеличением момента технологического сопротивления повороту шпинделя при неизменном значении осевой силы сопротивления увеличивается выходной момент на шпинделе и уменьшается его угловая скорость.
Некоторые примеры обработки типовых деталей
Операцию удаления заусенцев с деталей машин после механической обработки, штамповки, литья на многих предприятиях выполняют вручную или с применением средств малой механизации. Эта проблема наиболее актуальна при изготовлении зубчатых колес, червяков, где заусенцы образуются по всему контуру профиля независимо от способа изготовления. Отсутствие заусенцев и регламентированная величина радиуса округления острых кромок зубчатых колес и червяков являются необходимыми условиями обеспечения -заданных кинематической точности и плавности.зацепления. Для решения этой проблемы на заводе "Славянекферммаш" г.Славянска Донецкой области разработан пятишпиндельный станок для виброотделки.с учетом всех основных выводов и положений, следующих из всего объема проведенных теоретических и экспериментальных исследований. Общий вид станка показан на рис. 5.1.
