Файл: Корытин, А. М. Оптимизация управления металлорежущими станками.pdf

стемы СПИД при обработке с заданной точностью позволяет повысить ее производительность.

С жесткостью системы СПИД в значительной степени свя­ заны также вибрации, возникающие при обработке резанием и порождающие дополнительную шероховатость и волнистость поверхности детали, повышающие интенсивность износа инстру­ мента. Увеличение жесткости системы СПИД снижает уровень вибраций. Влияние на точность обработки нагрева детали, ре­ жущего инструмента в значительной степени уменьшается при использовании обильного охлаждения.

Случайные погрешности для различных деталей в пределах партии имеют различные значения и вызывают рассеяние раз­ меров деталей, обработанных при одних и тех же условиях. Рассеяние размеров вызывается совокупностью многих причин случайного характера, основными среди которых являются [22]: колебания твердости обрабатываемого материала; величины сни­ маемого припуска; положения заготовки в приспособлении, связанные с погрешностями ее установки и базировки; темпе­ ратурного режима обработки; упругих отжатий элементов си­ стемы СПИД под влиянием нестабильных сил резания; износ инструмента и др.

Совокупность значений действительных размеров деталей, обработанных при неизменных условиях с указанием частоты повторения этих размеров, называется распределением разме­ ров деталей. Характеристиками распределения случайной вели­ чины являются средний размер и среднее квадратическое от­

В первом приближении кривые распределения размеров дета­ лей при механической обработке на настроенных станках при автоматическом получении размеров совпадают с кривыми, со­ ответствующими закону нормального распределения (закону Гаусса):

Разница между наибольшим и наименьшим размерами дета­ лей данной партии характеризует поле рассеяния.

20

Определив значение среднего квадратического отклонения, можно найти величину поля рассеяния

Др = бег.

Таким образом, среднее квадратическое отклонение является мерой рассеяния или мерой точности.

Управление точностью процесса обработки может осущест­ вляться перемещением инструмента на определенную величину через заранее установленные промежутки времени и компенса­ цией, таким образом, влияния переменных систематических по­ грешностей. Точность обработки повышается, если момент пере­ мещения инструмента определяется на основе измерений дей­ ствительных размеров обрабатываемых деталей. В этом случае автоматическая система должна содержать точное измери­ тельное устройство обрабатываемой детали и привод, осущест­ вляющий малое перемещение инструмента.

Задача уменьшения поля рассеяния размеров деталей, вызы­ ваемого случайными погрешностями обработки, может быть решена при управлении точностью обработки по входным дан­ ным: размерам припуска и твердости материала заготовки. При этом после измерения размеров и твердости заготовок последние сортируют на группы и вносят в размер статической настройки станка необходимые поправки, учитывающие различную вели­ чину упругих отжатий системы СПИД при обработке заготовок разных групп. Сокращение поля рассеяния размеров, связан­ ного с влиянием случайных погрешностей, и уменьшение пере­ менной систематической погрешности могут быть достигнуты путем измерения расстояния от режущих кромок инструмента, определяющих положение обрабатываемых деталей, до базы станка или приспособления и автоматического перемещения инструмента относительно детали. Трудность реализации малых перемещений узлов станка ограничивает применение этого ме­ тода управления.

Находит применение метод управления точностью обработки [6] путем изменения жесткости одного из элементов системы СПИД (обычно резцедержателя) по заранее установленной программе. Программа учитывает систематические погрешности станка (износ станины станка, несовпадение центров) и пере­ менные систематические погрешности, связанные с изменением жесткости системы по длине обработки детали. Требованиеизменения жесткости с высоким быстродействием затрудняет реализацию этого перспективного метода.

Управление точностью обработки можно производить путем компенсации упругих перемещений в системе СПИД, вызван­ ных колебаниями припуска и твердости заготовки, используя подачу в качестве параметра .управления силой резания [б]. При этом никаких относительных перемещений узлов станка осуществлять не требуется. Из перечисленных выше методов

21

управления точностью обработки в настоящей книге рассматри­ вается только последний, предложенный Б. С. Балакшиным.

Эксплуатационные свойства деталей машин в значительной: степени зависят от шероховатости поверхности. В соответствии с ГОСТ 2789—59 шероховатость поверхности определяется средним арифметическим отклонением профиля Ra либо высо­ той неровностей Rz-

Среднее арифметическое отклонение профиля—-это среднее значение расстояний (у\, у2, .... уп) от точек измеренного про­ филя до его средней линии, причем расстояния до средней линии суммируются без учета алгебраического знака:

приближенно

п

п ^ 1

где / — базовая длина участка поверхности, выбираемая для измерения шероховатости без учета других видов неровностей, имеющих шаг более I; п — количество измерений.

Высота неровностей — это среднее расстояние между нахо­ дящимися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от ли­ нии, параллельной средней линии:

большое число факторов: параметры режима резания, условия охлаждения и смазки инструмента, геометрия и стойкость режу­ щего инструмента, состояние используемого оборудования и др.. Так, при точении на шероховатость поверхности сильнее всего влияют скорость резания, подача, радиус закругления при вер­ шине резца г и вспомогательный угол в плане фЬ При обработке углеродистых конструкционных сталей в зоне малых скоростей резания (и=1 м/мин) высота неровностей незначительна [22]. С ростом скорости высота неровностей увеличивается, достигая при скорости 20—40 м/мин наивысшего значения, многократно превосходящего расчетную величину. Дальнейший рост скорости приводит к уменьшению высоты неровностей, которая при ско­ ростях 60—70 м/мин снова становится незначительной.

Высота неровностей в зависимости от подачи й радиуса за­ кругления резца [38]

(2>

22

Здесь имеется в-виду поперечная шероховатость, т. е. шеро­ ховатость, измеренная в направлении подачи. Выражение (2) учитывает геометрические причины возникновения шероховато­ стей. Вибрации при резании и пластические деформации металла искажают картину, полученную при геометрическом расчете шероховатости, увеличивая последнюю, и вызывают появление продольной шероховатости, т. е. шероховатости, измеренной в направлении, скорости резания.

Размеры поперечной шероховатости обычно в 2—3 раза пре­ восходят величину продольной шероховатости [22], поэтому, оценку класса чистоты поверхности в этих случаях производят измерением поперечной шероховатости. Продолжительность ра­ боты режущего инструмента между его переточками, в пределах которой достигается требуемая шероховатость поверхностей де­ талей, характеризует технологическую стойкость инструмента по шероховатости. Экспериментально установленные значения тех­ нологической стойкости по шероховатости для основных методов чистовой обработки приведены в книге [22].

Применение смазывающе-охлаждающих жидкостей умень­ шает трение при стружкообразовании и снижает высоту неров­ ностей обрабатываемой поверхности. Поскольку режим резания ■оказывает непосредственное влияние на точность обработки и на шероховатость поверхности, в последующих главах при рас­ смотрении систем оптимизации управления режимами резания отмечается их влияние на точность обработки и шероховатость поверхности.

.3. Износ режущего инструмента

Износ режущего инструмента является одним из основных фак­ торов, препятствующих повышению режимов резания и огра­ ничивающих производительность станков. Износ инструмента, являясь весьма сложным физическим процессом, возникает в ре­ зультате перемещения стружки и обработанной поверхности детали относительно рабочих поверхностей инструмента в усло­ виях повышенных температур и больших давлений. Несмотря па большое количество работ, посвященных изучению износа режущего инструмента, единой теории, охватывающей все1сто­ роны износа режущих инструментов и объясняющей его физи­ ческие причины, в настоящее время еще нет.

Различают следующие основные виды износа: абразивно-ме­ ханический, адгезионный и диффузионный. Кроме того, на износ инструмента могут влиять такие факторы, как выкрашивание и пластическая деформация. В зависимости от типа режущего инструмента, материала заготовки и выбранного режима реза­ ния преобладает один из перечисленных выше видов износа. Рассмотрим основные закономерности износа инструмента. Как известно, при точении износ происходит на трех пересекающихся

23