Файл: Адаптивное управление металлорежущими станками..pdf

использовать силы резания в качестве информации нельзя; отме­ тим, что этот вывод сделан для инструмента из быстрорежущей

стали.

На основании изложенного можно сделать следующие выводы: при режимах резания с .превалирующим износом по задней гра­ ни приращение Рх и Pz может служить мерой приращения вели­ чины износа по задней грани и с учетом времени мерой скорости

износа; при режимах резания с превалирующим износом по передней

грани приращения Рх и Pz отрицательны по мере приращения из­ носа; в этом случае приращения сил (с учетом знака) также мо­ гут служить мерой износа или скорости износа;

при смешанном износе изменение сил резания не несет инфор­ мации о величине износа.

Таким образом, возможность использования силовых парамет­ ров в системах стабилизации стойкости для информации об изно­ се инструмента подтверждена только для некоторой области ре­ жимов резания, границы которой заранее известны весьма прибли­ женно. Примером использования силовых параметров для стабили­ зации стойкости является система адаптивного управления фирмы Cincinnati. В этой системе определяется не абсолютное, а относи­ тельное значение стойкости в ходе обработки, причем основой оценки являются стойкость и силовые параметры, измеренные в ходе предварительных экспериментов. Это изменение стойкости определяется отношением

(64)

где

(65)

причем

Fc — окружная сила резания;

Е— жесткость шпинделя;

Приведенное отношение показывает, что мерой износа являет­ ся отношение суммарной силы, проходящей через центр фрезы, к окружной силе. Если суммарная сила в 2,3 раза превосходит ок­ ружную, фреза считается предельно изношенной.

Определение стойкостных характеристик по температуре реза­ ния. Другим косвенным параметром, который можно использо­ вать для определения стойкостных характеристик в ходе резания, является температура в зоне резания. С одной стороны, она яв­ ляется показателем теплового процесса, имеющего место при реза­

нии, а с другой—-влияет на интенсивность физико-химических процессов износа.

Предположение о наличии однозначной связи между стойкостью инструмента и температурой впервые было выдвинуто Рейхелем [78, 79], который утверждал, что определенному периоду стойкости при постоянной глубине, определенных материалах обрабатывае­ мой детали и инструмента соответствует определенная температу­ ра, развивающаяся на его лезвии, независимо от сочетания режи­ мов резания V и s; кроме того, эта температура может служить един­ ственным показателем обрабатываемости материалов.

В работе [70] показано, что принцип Рейхеля реализуется в оп­ ределённой области, характеризующейся кинетическим характером процесса износа, который не зависит от условий резания и, как всякий кинетический процесс, описывается экспоненциальной зави­ симостью.

Эта область, по утверждению авторов, соответствует условиям резания, наиболее часто встречающимся в практике. В уравнении (63) эта область, в которой кинетический характер процесса изно­ са является доминирующим, определяется вторым членом— W (Ѳ, т) . В качестве критерия износа в работе [70] принят износ по задней грани, выраженный в единицах веса (весовой износ). Зависимость скорости весового износа от температуры в зоне кинетического из­ носа определяется уравнением

В общем случае стойкость резца из твердого сплава опреде­ ляется временем Т, необходимым для достижения определенной величины износа, из выражения

(68)

Предполагается, что при увеличении износа температура ме­ няется незначительно до определенной величины фаски, соответст­ вующей точкам В на рис. 67 и 69, выше которых износ резко воз­ растает. Предельный износ определяется на границе нерабочего участка.

Интегрируя уравнение (66) и задаваясь величиной предельно­ го износа . W0r можно получить [84] выражение для периода стой­ кости Т„:

Е

Интегрирование возможно,, если температура резания не изме­ няется в ходе обработки. В работах [70, 84] это положение не рас­ сматривается. Согласно исследованиям [67], при увеличении Изно­ са в некоторых случаях температура резания повышается пример­ но на 50° (при у = —10°), а в остальных сохраняется постоянной только в среднем, при большом разбросе отдельных замеров (рис. 81).

В свете рассматриваемой проблемы представляет интерес ха­

контактных поверхностях в это время оказывается более низкой, чем при установившемся резании. Через короткий промежуток времени (точка А), длительность которого зависит от режимов и свойств инструментального материала, поток q3 меняет направле­ ние в сторону изделия. В дальнейшем на некоторый период време­ ни тепловые потоки стабилизируются по величине и направлению. По мере износа задней поверхности инструмента теплота, вызван­ ная трением задней поверхности инструмента о изделие, растет. Интенсивность потока q3 в изделие снижается тем значительнее, чем больше износ резца по задней грани. Вместе с тем, общий теп­ лоотвод из инструмента не уменьшается, так как увеличивается площадка контакта инструмент — деталь. Это несколько усиливает интенсивность теплоотвода со стороны стружки в инструмент qn- В дальнейшем q3 и qa падают, и при некотором значении ширины площади износа теплоотдача в изделие становится равной нулю: потоки на задней поверхности инструмента уравновешиваются

(точка D). Далее с ростом фаски q3 вновь меняет направление — теплота отводится снова в инструмент. При больших износах это поступление становится настолько большим, что тормозит переда­ чу тепла резцу от контактной поверхности инструмент — стружка, падает, температура передней поверхности повышается. В подт­ верждение сказанному в работе [86] ссылаются на эксперименталь­ ные данные [87], полученные методом точного калориметрирования при точении образца из стали Х18Н9Т резцом с пластиной из спла­ ва ВК8 (V = 130 м/мин, t = 3 мм, s = 0,1 мм/об). Данные о коли­ честве теплоты, поглощенной в единицу времени резцом, стружкой

и изделием в зависимости от ширины фаски, приведены в табл. 8.

Т а б л и ц а 8

Из таблицы видно, что по мере износа резца теплосодержание стружки (при /і3 = 0,25 мм) уменьшается на 19%, а резца на 23%, т. е. в первоначальный период износа теплота через резец передает­

связи с ростом сил трения на задней поверхности), в результате чего тепловой поток в изделие уменьшается и до 108% возрастает количество теплоты в резце-(участок ВС). В дальнейшем износ прогрессирует, от трения растет теплота в изделии, q3 и qa снижа­ ются, теплосодержание стружки растет (участок CD). При h3 = 0,58 по-видимому меняет знак q3, теплота направляется в резец со сто­ роны передней и задней поверхностей, что вызывает рост теплосо­ держания в инструменте до 138% по сравнению с начальным.

Почти вдвое возрастает количество теплоты в изделии и на 25% в стружке (участок DE). Отмечается, что величины износа, при ко­ торых поток согласно расчету меняет направление, близки к вели­ чинам износа, принимаемым на практике в качестве критерия затупления резцов при точении обычных и жаропрочных сталей. Из таблицы также следует, что на участке стабилизированного ре­ зания количество теплоты, поглощенной инструментом, практически

постоянно.

Интегрирование уравнения (66) возможно также при условии, что весовой износ инструмента по задней грани растет 'Пропорцио­ нально времени. Принимая, как это сделано в работе [82], что ве­ личина изношенного объема, эквивалентная весовому износу, за­ висит от фаски износа квадратично, и используя уравнение (61), получаем

*

т. е. показатель степени весьма близок к единице.

Уравнение (69) хорошо согласуется с данными экспериментов [70, 84]. Основные испытания проведены на жаропрочной стали марки G 18В (jesop): предел прочности на растяжение 70 кгс/мм2\ твердость НВ 180, химический состав: 0,38% С; 0,95% Si; 1,16% Mn; 0,01% P; 0,013% S; 2,75% W; 13,94% Cr; 13,85% Ni; 1,3% Mo; 10,0% Со. Инструмент — резцы, оснащенные твердым сплавом Р10

в пределах 0,5—2,5 мм. Температура измерялась методом естест­ венной термопары с электрической изоляцией твердосплавной пла­

стины и обрабатываемой детали одновременно. Значения d— и dx

пературе резания по шкале абсолютных температур (°К). Темные точки получены при варьировании подачи, светлые — при измене­ нии скорости резания. Авторы отмечают наличие двух зон, в кото­ рых экспериментальные точки лежат на различных прямых. Неко­ торый разброс авторы объясняют возможным выкрашиванием ре-