Наукові основи забезпечення параметричної надійності та динамічної якості технологічних систем прецизійної обробки - Автореферат

Типовим прикладом таких систем являються прецизійні обробнорозточувальні (обточувальні) верстати (ОРВ), для яких доволі актуальною остається проблема прогнозування збереження точностних та експлуатаційних характеристик протягом усьго часу експлуатації, тобто забезпечення їх параметричної надійності, що дозволяє підвищити конкурентоспроможність вітчизняного верстатобудування. Принципово важливе і поняття динамічної якості верстату, показники якого дають кількісно порівняльні оцінки верстатів різних моделей та типів, дозволяючи прогнозувати рівень коливань верстатів від довільних впливів. Актуальним є також розвиток та впровадження в практику проектування і конструювання ТС розрахункових методів динаміки верстатів, які дозволяють поширити технологічні можливості верстатних систем. В експериментальних стендах використовувалися: комплект апаратур для виміру коливань на холостому ходу і при різанні (з індуктивними і ємнісними датчиками), комплект апаратур для зняття частотних характеристик (з електромагнітним вібратором та індуктивними датчиками), струмознімач для виміру коливань обертових борштанг, тензодатчики для виміру переміщень. вперше на основі компютерного моделювання розроблена методологія розрахунку надійності ТС за параметром динамічна стійкість з врахуванням випадкової складової сили різання та випадкової моделі зношування інструмента, що дає змогу прискорено оцінювати рівень параметричної надійності ТС;Особливості динаміки верстатів полягають у тому, що всі ці коливання виникають у замкнених системах, тобто у системах із зворотними звязками, які створюються робочими процесами (РП) - процесами різання і тертя, а також процесами у гідроприводі, у системах управління та ін. І хоча роботи згаданих учених зачіпають і вирішують велике коло наукових, конструкторських і технологічних проблем, дотепер залишаються не повністю вирішеними задачі моделювання, розрахунку і забезпечення динамічної якості верстатів у процесі експлуатації, при врахуванні взаємовпливу випадкових факторів, зношування різального інструменту і теплового поля в зоні різання, іншими словами - забезпечення надійності ТС прецизійної обробки за параметрами динамічної якості. Виробничий досвід застосування операцій тонкого точіння (розточування) показав, що при розточуванні виникають коливання за формою, близькі до гармонійних із частотою, близькою до частоти власних коливань; консольна борштанга здійснює згинально-крутильні коливання, частота й амплітуда яких залежить від розмірів борштанги і режимів різання; розроблені і впроваджені методи зниження рівня шкідливих коливань. , де у - переміщення ріжучої кромки інструмента щодо оброблюваної поверхні; Р - головна складова сили різання; m - приведена маса ПС; b - коефіцієнт демпфірування (дисипації) пружної системи; с1 - жорсткість ПС в напрямку дії головної складової сили різання; Tp - постійна часу стружкоутворення, Tp = а1/V; а1 - товщина стружки; V - швидкість різання; kp - коефіцієнт різання; kp = Р/а1; k1, k2 - коефіцієнти, які залежать від орієнтації сили різання відносно головних осей жорсткості пружної системи. Склавши визначник цієї системи при Р0=0 і виражаючи його корені у вигляді комбінації коефіцієнтів демпфірування hi та частот ?і, визначаємо коефіцієнт дисипації: Розрахунок по моделі забезпечує відповідність із даними випробувань за жорсткістю, власною частотою та дисипацією пружної системи.На основі виконання теоретичних і експериментальних досліджень ОРВ вирішена науково-технічна проблема по забезпеченню заданого рівня надійності за параметром динамічна якість ТС прецизійної обробки, яка базується на використанні оригінальних математичних моделей для розрахунку запасу динамічної стійкості, оцінювання взаємовпливу температурного фактору в зоні різання, зносу інструменту та динаміки процесу різання, а також розрахунку та прогнозування надійності ТС, що дозволяє оцінювати рівень динамічної якості верстату на етапі його проектування, а також вибирати оптимальні режими різання та технологічні регламенти, які забезпечують тривалий час цей рівень динамічної якості. Дано рекомендації з визначення параметрів моделі й розроблена методологія розрахунків амплітуд вимушених коливань при різанні й амплітуд коливань холостого ходу. Використання розробленої моделі дозволяє на стані проектування визначати рівень динамічної якості верстату. На основі аналізу впливу термомеханічних явищ у зоні обробки запропоновано алгоритм пошуку стійких областей процесу різання, які забезпечують мінімальний знос інструменту. На величину оптимальної температури в зоні обробки найбільш впливають теплоємність і теплопровідність заготовки та інструменту, які використовуються для визначення оптимальної швидкості різання при тонкому розточуванні (патент 3200 України, UA 7423У1/00).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ