close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Внутривенные катетеры..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 621.923.045
О. С. ЛОМОВА
И. А. СОРОКИНА
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ
ПРОЦЕССА КРУГЛОГО ШЛИФОВАНИЯ
ИМИТАЦИОННЫМ
МОДЕЛИРОВАНИЕМ
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
Омский государственный
технический университет
В статье представлена математическая модель процесса шлифования с учетом динамических явлений. Возможность наблюдения за переходными процессами циклов шлифования позволяет найти условия уменьшения их отрицательного влияния на точность
заготовок и выбирать рациональные параметры обработки.
Ключевые слова: процесс шлифования, точность обработки, динамическая модель
круглошлифовального станка, упругие деформации.
оптимальную стратегию управления, учитывающую
конкретный станок и производительность при заданной или максимально достижимой точности обработки.
Для определения формообразования наружных
поверхностей вращения построена имитационная
модель круглошлифовального станка с внешними
воздействиями на примере врезного шлифования в
программе VisSim.
Шлифовальный станок представлен в виде трехмассовой модели: m1 — масса заготовки; m2 — масса
шлифовального круга на шпинделе; m3 — масса шлифовальной бабки; х1 — перемещение массы m1; х2 —
приращение глубины шлифования; х3 — перемещение массы m3 (рис. 1).
Предположим, что на круг набегает заготовка
высотой h=dh+hст. Тогда глубина шлифования возрастает на величину х2, а сила резания на величину
(Ср.х2). Это возрастание уравновешивается со сторон
заготовки силами пружины Pж1=C1.x1, демпфирования Рсп1 = b1 × х& 1 и инерции Рин1 = m1 × х&&1 .
Усилие резания перемещает шлифовальный круг
массой m2 на величину L=dh–x1–x2. Зная перемещение шлифовального круга L, выраженное через координаты х1, х2 и приращение профиля заготовки Dh,
можно описать динамическое равновесие массы m2.
Уравнение динамического равновесия массы m3 запишем из следующих рассуждений:
Pж2+Pсп2=Pин3+Pж3+Pж1+Pсп3.
(1)
Таким образом, получим систему уравнений, описывающих круглое врезное шлифование:
ìm1 × x&&1 + b1 × x&1 + C1 × x1 = Cp × x 2
ïm × (dh - x - x )¢¢ + b × (dh - x - x - x )¢ +
1
2
2
1
2
3
ïï 2
. (2)
í+ C 2 × (dh - x1 - x 2 - x 3 ) = Cp × x
ïm × x&& + b × x& - b × (dh - x - x - x )¢ +
3
3
2
1
2
3
ï 3 3
ïî+ C3 × x 3 - C2 × (dh - x1 - x 2 - x 3 ) = 0
В экспериментальных исследованиях процесса
круглого врезного шлифования, выполненные
М. С. Степановым и Л. В. Ходаковым получена зависимость окружной составляющей Рz силы резания:
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Повышение точности металлорежущих станков
невозможно без глубокого и всестороннего изучения процессов, протекающих при их работе. Поскольку станки в процессе эксплуатации подвергаются внешним и внутренним воздействиям, в них
неизбежно возникают явления, приводящие к изменению их характеристик и снижению точности
обрабатываемых заготовок.
Шлифование в центрах является сложным многокомпонентным процессом, на который оказывают
влияние многие факторы. Основными из них являются изменение точности станка, тепловые деформации, упругие колебания, вибрации, износ шлифовального круга и др. [1].
При резании в механизмах круглошлифовального
станка выделяется тепло от собственных источников.
Влияние тепловых деформаций на изменение точности обработки зависит от неравномерности нагрева и температуры узлов. В связи с этим меняется направление относительного перемещения элементов
станка и заготовки.
Как показал анализ возмущающих воздействий,
тепловые деформации — не единственная причина
погрешностей заготовок. Более того, для шлифования в центрах они достаточно малы по сравнению с
упругими деформациями. Точность формы заготовок также во многом зависит от колебательных процессов, определяющихся, с одной стороны, векторной суммой амплитуд этих колебаний, а с другой —
абсолютной и относительной жесткостью узлов и
опорных стыков в станке [2]. При этом конкретный
станок будет иметь свои значения собственных частот, и в случае появления возмущений на этих частотах точность обработки будет наименьшей из-за
резонансных явлений.
Таким образом, для управления формообразованием необходимо разработать модели влияния технологических параметров системы «станок–инструмент–заготовка» на точность шлифования.
Закономерности образования погрешности формы
целесообразно исследовать с помощью математических моделей, отражающих основные свойства
реальных процессов и устанавливающих связь между
входными и выходными воздействиями. Это позволит
решать сложные аналитические задачи и найти
99
2
1
vкр 3
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
x2
b1
с1
с2
m1
x1
b3
b2
vз
с3
m2
S
dh
L=dh-x1-x2
x3
m3
D:0 S:1
l
6.283
r
w6 psevdo
Rm/2
*
D:0 S:1
a
T
+
+?
0
*
+
+?
b
t merge
f
Rm/2
+
-?
R
+
+?
dh-x 2
Круг +
dh-x1-x2
шлифовальная бабка
L
dH
Rs
D:0 S:1
*
S
T
-sTd
e
IS:0 M:100000
R-x2
Rm/2
8e-006
a
4.2
Rs
1e-005
1.57
2e-005
Процесс
резания
x1
Заготовка
Ру
Рис. 2. Динамическая модель круглого шлифования:
x1 — перемещение заготовки; х2 — глубина шлифования;
L — перемещение шлифовальной бабки;
dh — высота припуска заготовки
Рис. 1. Схема трехмассовой модели
круглошлифовального станка:
1 — заготовка; 2 — круг;
Ср — коэффициент режущей способности круга;
с1–с3 — жесткость пружин; b1–b3 — демпферы
l
r
dh
x2
+
? -
S
time
b
merge tf
U
x2
Griproc
+
-?
Py
Rs-S·t
0
?
+
-
Driver
Machine
dH-x2
Рис. 3. Блок-схема имитационной модели круглого шлифования:
Rs — удаление круга от заготовки; S — окружная скорость вращения заготовки; R — радиальное биение;
U — напряжение; Griproc — процесс шлифования; Driver — привод вращения; Machine — станок
Pz = 2,254
st0,342 × H 0,258 × Vp0,945
Z
0,051
×S
0,073
× S pr
0,073
× tpr
0,026
Н,
(3)
где st — предел прочности материала заготовки при
высоких температурах (600 °С), кгс/мм2; Н — звуковой индекс; Z — зернистость; Vp — скорость врезной
подачи, мм/мин; S — окружная скорость вращения
заготовки, м/мин; Spr — продольная скорость правки,
мм/мин; tpr — глубина правки, мм.
Установлено, что радиальная составляющая Ру
силы резания в диапазоне скоростей заготовок
30...70 м/мин в 2,5 раза больше Рz [3]:
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Py = 5,635
100
st0,342 × H 0,258 × Vp0,945
Z 0,051 × S 0,073 × S pr 0,073 × t pr 0,026
× B Н,
(4)
где В — ширина шлифования, мм.
Значение врезной подачи «на оборот» может
быть получено из выражения:
x2 =
Vp × p × d
1000 × S
,
(5)
где Vp и S — скорость врезной подачи и окружная
скорость заготовки соответственно; d — диаметр
обрабатываемой поверхности (мм).
Тогда:
Py = 1,244 ´ 10 3 ´
Z
st0,342
0,051
× H 0,258 × S 0.872 × B
× x 2 0,945 Н. (6)
× S pr 0,073 × t pr 0,026 × d 0.945
Для выполнения анализа основных связей между
процессом обработки и элементами станка необходимо разработать структурную схему шлифования.
Процесс резания выходным сигналом (силой резания) оказывает воздействие на динамическую систему станка. Сила резания действует на заготовку и
шлифовальный круг одновременно. При этом шлифовальный круг и шлифовальная бабка связаны между собой множеством прямых и обратных связей,
сложность которых не позволяет выделить их отдельно
в структурной схеме, поэтому представим их как
единое звено. С учетом формирования входного сигнала dh получены структурная динамическая модель
и блок-схема круглого наружного врезного шлифования в пакете программы VisSim v. 3.0, позволяющей наблюдать за параметрами процесса и выявлять
характер их изменения во времени (рис. 2, 3).
На рис. 4–6 представлены основные результаты
математического моделирования процесса обработки
заготовок из стали 40 ХН на станке модели 3М151
кругом 25А30СТ2К с исходным радиальным биением
DR»20 мкм. Технологические параметры процесса
резания, характеристики заготовок и шлифовального
круга представлены в табл. 1.
В начале обработки заготовка входит в контакт
с кругом и глубина шлифования х2 (поперечная подача) принимает определенное значение. Возникающая при этом сила резания Py приводит к упругим
деформациям технологической системы. Учитывая
инерционность движущихся масс станка и силы демп-
dH
1.4e-5
1.2e-5
1.0e-5
8.0e-6
6.0e-6
6.0e-6
x2
S0
4.0e-6
2.0e-6
0
0,5
1
1,5
2
t, сек
2,5
3
3,5
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
1.8e-5 Sm, м
1.6e-5
4
Рис. 4. Изменение глубины шлифования х2:
S0 — подача на оборот
2.50e-5
2.25e-5
2.00e-5
1.75e-5
1.50e-5
1.25e-5
1.00e-5
х1 dh-x2
7.50e-6
5.00e-6
2.50e-6
0
-2.50e-6
L
x3
-5.00e-6
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75 4
t, сек
Рис. 5. Деформация упругой системы станка:
х1 — упругое отжатие заготовки; dh–x2 — деформация станка;
L — упругое отжатие круга со шпинделем;
x3 — упругое отжатие шлифовальной бабки
2.5e-5
R
R-x2
Rs-S·t
x2
2.0e-5
1.5e-5
1.0e-5
5.0e-6
d
1
2
3
-5.0e-6
-1.0e-6
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75 4
t, сек
T1
T2
T3
T5
T4
T6
T7
Рис. 6. Колебания при круглом наружном шлифовании:
R — развертка поверхности заготовки; R–x2 — текущий профиль заготовки;
R–S·t — движение подачи; d — деформация упругой системы станка;
x2 — глубина шлифования
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
0
101
Таблица 1
Технологические параметры процесса резания
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
Шлифовальный круг: 25А30СТ2К; размер ПП 600? 80? 305
материал: белый электрокорунд; плотность: 3,85 – 3,95 г/см3; микротвердость: 18,9–19,6 ГПа;
механическая прочность: 8,6–19,9 Н; абразивная способность: 0,06 г/мин;
насыпная плотность: 143 г/см3; модуль упругости: 7,620 Н/см2
Заготовка: Æ 25 мм; l = 60 мм; материал: Ст 40 ХН
Параметры обработки
Скорость заготовки, м/мин
выхаживание
20,41
15
8
50
Частота вращения шпинделя шлифовальной бабки, об./мин
So =
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
чистовая
Скорость круга, м/с
1590
Частота вращения заготовки, об/мин
260
191
100
Подача на глубину шлифования, м/мин (мм/об.)
0,3
0,02
0,1
0,0015
0
Сила резания: Pу, Н
81
29
0
Припуск, мм
0,4
0,35
0
Основное технологическое время, мин
1,5
4,6
0
фирования, сумма упругих деформаций составит
общее изменение глубины шлифования за счет смещения оси круга и заготовки относительно друг
друга (рис. 4). Вычитая это смещение из глубины
шлифования, получим ее фактическое значение,
определяемое величиной Py. Из графика видно, что
изменение глубины шлифования х2 с каждым оборотом увеличивается и стремится к подаче на оборот
102
черновая
2p
× S , мкм.
w
На рис. 5 показаны упругие деформации технологической системы: станка d=dh–x2, заготовки х1,
шлифовального круга со шпинделем L и шлифовальной бабкой х3. Наблюдения за поведением элементов
динамической системы круглошлифовального станка позволяет увидеть развитие колебаний (рис. 6).
Уже с третьего оборота видны колебания заготовки,
которые растут с каждым оборотом и приводят к
колебаниям глубины шлифования и образованию
отклонений формы поверхности. Узел шлифовальной бабки является мощным возбудителем колебаний.
Из-за особенностей конструкции станка эти колебания более интенсивно передаются остальным узлам.
Возбудителями колебаний задней бабки являются
электродвигатель, ременная передача и работа шпинделя в своих опорах. Их воспринимает обрабатываемая заготовка. Ввиду наличия упругих связей
любое из указанных возмущений передается другим
элементам, и их сумма определяет динамическое
состояние системы.
При первом же врезании шлифовального круга
в заготовку возбуждаются собственные её колебания, которые малы, но приводят к образованию отклонения формы поверхности. При встрече круга
на следующем обороте с поверхностью заготовки
сила резания изменяется с частотой волн, то есть с
частотой собственных колебаний заготовки, поэтому
амплитуда колебаний с каждым оборотом возрастает. Происходит шлифование «по следу», образованному на предыдущем обороте процесса.
Уменьшение величины окружной скорости вращения заготовки S и скорости врезной подачи Vp
ведет к уменьшению колебаний. Объясняется это
тем, что заготовке сообщается меньшая начальная
скорость, при которой интенсивность «толчка» меньше. На практике полностью устранить возникновение колебания заготовки при начале врезания круга
возможно только за счёт исключения изменения
величины зазоров в подвижных соединениях технологической системы посредством коррекции сил
резания [4].
Имитационное моделирование системы круглошлифовального станка позволяет подбирать соотношения параметров обработки, обеспечивающих минимальные относительные колебания и тем самым
снизить упругие деформации в технологической системе, приводящие к погрешности заготовок.
Библиографический список
1. Ломова, О. С. Точность обработки деталей на круглошлифовальных станках : моногр. / О. С. Ломова, С. М. Ломов,
А. П. Моргунов. – М. : Технология машиностроения, 2011. –
176 с.
2. Кохликян, С. А. О некоторых особенностях колебаний
круглошлифовального станка / С. А. Кохликян, Б. С. Баласанян // Прогрессивные технологии и системы машиностроения :
сб. науч. тр. – 2008. – № 36. – С. 76–81.
3. Моделирование процесса круглого врезного шлифования / В. Г. Евтухов [и др.]. – Сумы : Вестник СумДУ. – 2009. –
№ 1. – С. 124–133.
4. Братан, С. М. Концепция решения задач управления
оборудованием на операциях шлифования / С. М. Братан //
Оптимизация производственных процессов : сб. науч. тр.
Севастоп. гос. техн. ун-т. – Севастополь, 1999. – Вып. 2. –
С. 124–129.
ЛОМОВА Ольга Станиславовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Нефтехимические
технологии и оборудование».
СОРОКИНА Ирина Александровна, аспирантка кафедры «Нефтехимические технологии и оборудование».
Адрес для переписки: 190567@mail.ru
Статья поступила в редакцию 26.02.2013 г.
© О. С. Ломова, И. А. Сорокина
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
6
Размер файла
494 Кб
Теги
внутривенно, pdf, катетер
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа