Способ ускоренного определения оптимальных режимов нестационарного резания

 

Изобретение относится к станкостроению, обработке жаропрочных сплавов. Способ заключается в том, что на выбранном сечении среза при постоянной для всех скоростей длине резания измеряют термоэлектродвижущую силу (ТЭДС), определяют значение отношения изменения ТЭДС к изменению пути резания dE/dl и определяют скорость резания как минимум отношения dE/dl. Для определения режимов нестационарного резания по полученным результатам вычисляют размеры пятна контакта по передней и задней поверхностям резца по приведенным формулам, затем определяют оптимальную величину ускорения привода главного движения а_v и скорости изменения подачи а_s инструмента при нестационарном резании для предельного случая h_з≤h_зкр в зависимости от размеров пятна контакта, ширины резания, начальных температуры, силы резания, скорости, подачи и текущего времени. 3 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области станкостроения, может быть использовано для определения оптимальных режимов нестационарного резания.

Известен способ определения оптимальной скорости резания при чистовом и получистовом точении жаропрочных сплавов, предусматривающий измерение приращения термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) Е в паре резец-деталь (а.с. СССР 673377, М.кл.³ В 23 В 1/00, 15.07.79).

Известный способ состоит в следующем. Производят замеры ТЭДС при кратковременном точении на различных скоростях резания V. По графику E=f(V) определяют оптимальную скорость резания как скорость, соответствующую точке значения ТЭДС Е_o, наиболее удаленной от параболической кривой E=f(V).

Недостатком данного способа является невозможность определения оптимальных режимов при нестационарном резании.

Известен способ определения оптимальной скорости резания при чистовом и получистовом точении жаропрочных сплавов, предусматривающий измерение приращение ТЭДС в паре резец-деталь (а. с. СССР 852449, М.кл.³ В 23 В 25/06, 07.08.81).

Известный метод состоит в следующем. Производятся замеры ТЭДС на различных скоростях резания, в сигнале ТЭДС выделяют переменную составляющую, вычисляют дисперсию и по минимальному значению ее величины определяют оптимальную скорость резания.

Недостатком данного способа является невозможность определения оптимальных режимов при нестационарном резании.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемым результатам заявляемого является способ определения оптимальной скорости резания при чистовом и получистовом точении жаропрочных сплавов, предусматривающий измерение ТЭДС в паре резец-деталь (а. с. СССР 657918, М.кл.² В 23 В 25/06, 25.04.79).

Известный метод состоит в следующем. На выбранном сечении среза при постоянной для всех скоростей длине резания измеряют ТЭДС, подсчитывают значение отношения изменения ТЭДС к изменению пути резания и определяют скорость резания как минимум отношения Недостатком данного способа является невозможность определения оптимальных режимов при нестационарном резании.

Задача изобретения: расширение функциональных возможностей, позволяющих определять режимы нестационарного резания.

Поставленная задача достигается способом ускоренного определения оптимальных режимов нестационарного резания, по которому на выбранном сечении среза при постоянной для всех скоростей длине резания измеряют ТЭДС, подсчитывают значение отношения изменения ТЭДС к изменению пути резания и определяют скорость резания как минимум отношения в отличие от прототипа, по полученным результатам вычисляют размеры пятна контакта передней поверхности резца по формулам: общая длина контакта по передней поверхности резца по направлению схода стружки где a₁ - ширина стружки, мм; β₁ - угол сдвига; γ - передний угол, приведенная длина контакта резца с обрабатываемой деталью где h_з - фаска износа по задней поверхности; ρ₁ - радиус округления режущей кромки;
ψ - угол контакта радиуса округления режущей кромки,
tgψ = P_z/P_y;
P_z, P_y - тангенцальная и радиальная составляющие силы резания соответственно;
определяют оптимальную величину ускорения привода главного движения а_v и скорости изменения подачи а_s инструмента при нестационарном точении для предельного случая h_з≤h_зкр


где τ - текущее время;
Θ_o - начальная температура;
S_o - начальная подача;
V_o - начальная скорость
P_zo - начальная сила;
b - ширина срезаемого слоя.

Пример осуществления данного способа приведен в таблице 1.

Для проверки предложенного способа на точность определения параметров резания были проведены эксперименты. На станке с ЧПУ производилось продольное точение с различными величинами а_v и а_s при 0,15≤h_з≤0,3 мм с одновременной записью температуры и силы резания на осциллографе в соответствии с изменениями скорости и подачи (таблица 2, таблица 3). По результатам экспериментальных исследований строился совмещенный график зависимости температуры Θ и силы резания P_z от ускорения привода главного движения а_v, для обрабатываемых материалов ХН73МБТЮ и 15Х18Н12С4ТЮ и инструментального материала ВК-8 (фиг.1) и график зависимости температуры Θ и силы резания P_z от ускорения привода подач при различных а_s, для обрабатываемых материалов ХН73МБТЮ и 15Х18Н12С4ТЮ и инструментального материала ВК-8 (фиг. 2).

Оптимальному значению ускорений а_v и а_s соответствует максимум темпа прироста температуры резания и минимум темпа прироста силы резания при минимальных значениях износа инструмента. (фиг.1, фиг.2)
На фиг.1 обозначено
о - ХН73МБТЮ-ВК8,
□ - 15Х18Н12С4ТЮ-ВК8 при а_v>0,
• - ХН73МБТЮ-ВК8,
▪ - 15Х18Н12С4ТЮ-ВК8 при а_v<0,
з=0,15-0,3 мм, S=0,1 мм/об, t=0,5 мм.

На фиг.2 обозначено
о - ХН73МБТЮ-ВК8,
□ - 15Х18Н12С4ТЮ-ВК8 при а_s>0,
• - ХН73МБТЮ-ВК8,
▪ - 15Х18Н12С4ТЮ-ВК8 при а_s<0,
з=0,2-0,3 мм, V=V_опт, t=0,5 мм.

Оптимальное значение ускорений а_v и а_s для обрабатываемого материала ХН73МБТЮ
a_v=1,8•10^-3 (м/с²),
a_s=0,15•10^-2 (м/об•с)
и 15Х18Н12С4ТЮ
a_v=1,6•10^-3 (м/с²),
a_s=0,1•10^-2 (м/об•с).

Сравнение расчетных и экспериментальных данных показал, что погрешность расчета лежит в пределах 15%, что вполне допустимо для обеспечения приемлемой точности обработки.

Предложенный способ позволяет с меньшими временными и энергоемкостными затратами определить режимы нестационарного резания.

Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности, позволяющие определять режимы нестационарного резания.

Формула изобретения

Способ ускоренного определения оптимальных режимов нестационарного резания, при котором на выбранном сечении среза при постоянной для всех скоростей длине резания измеряют термоэлектродвижущую силу (ТЭДС), определяют значение отношения изменения ТЭДС к изменению пути резания dE/dl и определяют скорость резания как минимум отношения dE/dl, отличающийся тем, что по полученным результатам вычисляют размеры пятна контакта по передней и задней поверхностям резца по формулам

где С - общая длина контакта по передней поверхности по направлению схода стружки;
a₁ - толщина срезаемого слоя, мм;
β₁ - угол сдвига;
γ - передний угол,

где l₁ - приведенная длина контакта резца с обрабатываемой деталью;
h_з - фаска износа по задней поверхности;
ρ₁ - радиус округления режущей кромки;
ψ - угол контакта радиуса округления режущей кромки, tgψ=Р_z/Р_у,
затем определяют оптимальную величину ускорения привода главного движения а_v и скорости изменения подачи а_s инструмента при нестационарном резании для предельного случая h_з≤h_зкр


где τ - текущее время;
Θ_o - начальная температура;
S_о - начальная подача;
V_о - начальная скорость;
Р_zo - начальная сила;
b - ширина срезаемого слоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5