Способ идентификации операции механической обработки



Способ идентификации операции механической обработки
Способ идентификации операции механической обработки
Способ идентификации операции механической обработки
Способ идентификации операции механической обработки
Способ идентификации операции механической обработки
Способ идентификации операции механической обработки
Способ идентификации операции механической обработки
Способ идентификации операции механической обработки
Способ идентификации операции механической обработки

 


Владельцы патента RU 2583557:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для прогнозирования параметров качества обрабатываемой поверхности. Способ включает формирование полигармонического возбуждающего воздействия на входе металлообрабатывающего станка путем взаимодействия инструмента станка в виде шлифовального круга или дисковой фрезы с поверхностью заготовки в виде пластины с пазами прямоугольного профиля в процессе ее обработки с заданными параметрами. При этом осуществляют регистрацию амплитуды и частоты воздействия на входе станка и регистрацию изменения амплитуды и частоты ее выходного сигнала, в качестве которого используют полученную после обработки профилограмму заготовки. Параметры динамической модели операции механической обработки определяют по отношениям амплитуд выходного сигнала и возбуждающего воздействия. Использование изобретения позволяет уменьшить трудоемкость и длительность процесса идентификации. 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано на операциях фрезерования дисковыми фрезами или шлифования плоскости при проведении анализа технологической системы (ТС) для прогнозирования высотных параметров качества обрабатываемых поверхностей.

Известен способ идентификации операции механической обработки резанием, включающий формирование полигармонического возбуждающего воздействия на входе ТС путем взаимодействия профиля заготовки с металлорежущим инструментом, в качестве которого используют резец, задание амплитуды и частоты полигармонического возбуждающего воздействия на входе ТС, регистрацию изменения амплитуды и частоты выходного сигнала и определение вида и коэффициента динамической модели ТС по отношению амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного сигнала соответствующих частот. При этом полигармоническое возбуждающее воздействие формируют для отдельных элементов с помощью генераторов периодических колебаний, а заготовку используют в виде валика (Камаев В.А. Математическое моделирование изделий и технологий / В.А. Камаев, В.А. Гришин. - Волгоград: ВолгПИ, 1986. - С.79-110).

К недостаткам описанного способа относятся длительность процесса идентификации, обусловленная необходимостью проведения большого количества экспериментов по определению коэффициентов динамической модели для отдельных элементов ТС в их статическом положении, а также сложность аппаратурной реализации вследствие использования генераторов периодических колебаний.

Указанные недостатки устраняются наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату способом (прототипом), в качестве которого выбран способ идентификации ТС механической обработки металлов резанием, включающий формирование полигармонического возбуждающего воздействия на входе технологической системы путем взаимодействия профиля заготовки, исполнив на ней продольные шлицы, с металлорежущим инструментом, регистрацию амплитуды и частоты полигармонического возбуждающего воздействия на входе технологической системы, регистрацию изменения амплитуды и частоты выходного сигнала, в качестве которого используют профилограмму детали, определение вида и коэффициентов динамической модели по отношениям амплитуд выходного сигнала к амплитуде возбуждающего воздействия. Заготовку используют в виде валика, с пазами пилообразного профиля, предварительно нарезав их на вертикально-фрезерном станке. В качестве металлорежущего инструмента используют резец (патент RU 2255318, МПК7 G01M 7/00, В23В 25/06).

Однако описанный способ имеет следующие недостатки:

- узкие функциональные возможности, так как идентификация ТС допустима лишь для операций точения и растачивания, в то время как наряду с операциями токарной группы все более широко применяют операции фрезерования и шлифования, в ряде случаев обеспечивающих весь цикл обработки заготовка - деталь;

- повышенная трудоемкость, так как получение исходного профиля заготовки пилообразной формы требует применения дополнительного оборудования - вертикально-фрезерного станка с делительной головкой, при четком позиционировании режущего инструмента - фрезы - под углом, обеспечивающим нанесение исходного профиля, соответствующего заданным параметрам.

Предлагаемым изобретением решатся задача идентификации ТС для сравнения выполнения технологических операций фрезерования дисковыми фрезами и шлифования абразивным инструментом.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и уменьшение трудоемкости процесса идентификации операции механической обработки.

Для достижения такого технического результата в предлагаемом способе идентификации операции механической обработки, включающем формирование полигармонического возбуждающего воздействия на входе технологической системы путем взаимодействия профиля заготовки, исполнив на ней шлицы, с металлорежущим инструментом, регистрацию амплитуды и частоты полигармонического возбуждающего воздействия на входе технологической системы, регистрацию изменения амплитуды выходного сигнала, в качестве которого используют профилограмму детали, определение вида и коэффициентов динамической модели по отношениям амплитуд выходного сигнала к амплитуде возбуждающего воздействия, согласно изобретению используют заготовку в виде пластины с пазами прямоугольного профиля, а в качестве металлорежущего инструмента используют шлифовальный круг или дисковую фрезу.

Расширение функциональных возможностей обусловлено обеспечением идентификации ТС для операций фрезерования и шлифования, в ряде случаев обеспечивающих весь цикл обработки заготовка - деталь.

Снижение трудоемкости процесса обусловлено формированием полигармонического возбуждающего воздействия на входе технологической системы путем взаимодействия прямоугольного профиля заготовки, исполнив на ней поперечные шлицы, с металлорежущим инструментом, при получении такого профиля на единственном оборудовании без применения вспомогательных устройств при идентификации операций фрезерования дисковыми фрезами или плоского шлифования.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена развертка поперечного профиля заготовки; на фиг. 2 - экспериментальная логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) операции механической обработки детали; на фиг. - 3 - асимптотические ЛАЧХ звеньев 2-го порядка операции механической обработки детали; на фиг. 4 - суммарная ЛАЧХ операции механической обработки детали, а также таблицей, в которой приведены значения коэффициентов передаточной функции, полученных методом наименьших квадратов.

Кроме того, на чертеже дополнительно обозначено следующее:

- 2l - период функции, описывающей профиль заготовки;

- h - высота шлицев исходного профиля;

- l1 - размер впадины профиля;

- l2 - размер выступа профиля;

- w - частота колебаний;

- L1, L2, L3, L4, L5 - ЛАЧХ пяти звеньев второго порядка.

Предлагаемый способ идентификации операции механической обработки осуществляется следующим образом.

ТС рассматривают как систему для преобразования профиля заготовки, являющегося входным сигналом, в профиль детали, являющийся выходным сигналом.

На входе ТС формируют полигармоническое возбуждающее воздействие путем взаимодействия профиля заготовки с металлорежущим инструментом, в качестве которого используют шлифовальный круг или дисковую фрезу. Заготовку используют в виде пластины с пазами прямоугольного профиля. Для этого на заготовке нарезают поперечные шлицы, высоту которых определяют по формуле

где h - высота шлицев;

t - заданная глубина резания;

Δ - погрешность обработки;

а количество шлицев определяют из расчета не менее двух периодов функции, описывающей профиль заготовки.

Наличие поперечных шлицев на заготовке приводит в процессе обработки заготовки к изменению фактической глубины резания tf, а следовательно, к изменению силы резания, которая пропорциональна фактической глубине резания:

где Prad - радиальная составляющая силы резания;

Кр - коэффициент резания;

tf - фактическая глубина резания.

Регистрируют амплитуду и частоту полигармонического возбуждающего воздействия на входе ТС. За счет изменения силы резания в ТС возникают упругие отжатия и колебания, вызывающие изменение профиля детали.

Заготовку с поперечными шлицами устанавливают на станок и обрабатывают. Регистрируют изменения амплитуды выходного сигнала, в качестве которого используют профилограмму детали. Для этого после механической обработки поверхности заготовки снимают профилограмму детали.

На первом этапе идентификации операции механической обработки производится гармонический анализ исходного профиля заготовки. Его разложение в ряд Фурье в общем случае имеет вид (Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев К.А. - 13 изд. исправленное. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит. - 1986. - с. 744-755).

где а 0/2 - постоянная составляющая;

а к и bk - коэффициенты разложения исходного профиля;

k - номер гармоники, соответствующей амплитуде и частоте колебаний профиля заготовки;

l - половина периода функции, описывающей исходный профиль;

х - текущая координата профиля.

Коэффициенты разложения а к, bk определяют при разложении полученного профиля заготовки в ряд Фурье по формулам:

где k=1, 2, 3 и т.д.;

х - текущая координата профиля;

l - половина периода функции, описывающей исходный профиль;

l2 - длина выступа на профиле заготовки;

h - высота шлицев исходного профиля.

Амплитуду исходного профиля для соответствующей выбранной частоты колебаний определяют по формуле:

Постоянная составляющая определяется следующим выражением:

Наряду с общим методом разложения исходного профиля в ряд Фурье, изображенного на фиг. 1, существует его частный случай, если l2=l. Такой профиль описывается нечетной функцией, то есть в разложении присутствуют только нечетные гармоники, при этом коэффициент разложения амплитуды колебаний исходного профиля а к=0, а коэффициент а 0=h.

С учетом замены разложение исходного профиля в ряд Фурье (3) принимает вид:

При этом разложение исходного профиля заготовки в ряд Фурье имеет вид:

где h - высота шлицев;

l - половина периода функции, описывающей исходный профиль;

х - текущая координата профиля.

На втором этапе идентификации операции механической обработки производится обработка заготовки, после чего снимается профилограмма детали и производится его гармонический анализ, аналогично гармоническому анализу исходного профиля по выражениям (3)-(7).

На третьем этапе определяют вид и коэффициенты динамической модели по отношениям амплитуд выходного сигнала к амплитуде возбуждающего воздействия.

На основании расчета производят построение экспериментальной амплитудно-частотной характеристик (АЧХ) операции механической обработки по формуле:

При выполнении исходного профиля по условию l2=l:

где Adet - амплитуда выходного сигнала соответствующей частоты;

Azag - амплитуда входного сигнала соответствующей частоты;

a kz и bkz - коэффициенты разложения амплитуды колебаний исходного профиля;

a kd и bkd - коэффициенты разложения амплитуды колебаний профиля детали.

Вместо АЧХ можно использовать ее представление в логарифмических координатах L(ω)=20 lg А(ω). Зависимость L (ω) от lg ω называют логарифмической амплитудно-частотной характеристикой (ЛАЧХ). Вместо Л АЧХ используют асимптотическую ЛАЧХ - аппроксимацию ЛАЧХ ломаной линией со стандартными углами наклона, кратными 20 дБ/дек. Вид графика асимптотической ЛАЧХ однозначно связан с видом передаточной функции динамической системы.

Коэффициенты аналитического представления АЧХ, а в равной степени и коэффициенты передаточной функции динамической системы определяют аппроксимацией по методу наименьших квадратов.

Пример выполнения способа для операции фрезерования. На вход ТС подают полигармоническое возбуждающее воздействие с заданной частой, которое формируют путем взаимодействия профиля заготовки с металлорежущим инструментом. В качестве металлорежущего инструмента используют фрезу дисковую. Для этого на заготовке, выполненной в виде пластины размерами 120×20×20 мм, материал - сталь 40, на горизонтально-фрезерном станке нарезают исходный прямоугольный профиль (фиг. 1).

Осуществляют регистрацию амплитуды и частоты полигармонического возбуждающего воздействия на входе ТС.

Характеристики профиля, выбранного в качестве исходного для проведения идентификации ТС:

- высота профиля, h - 1 мм;

- период функции, 2l - 20 мм.

Разложение исходного профиля заготовки в ряд Фурье определяется выражением (9).

Исходные данные операции механической обработки:

- вид обработки - чистовое фрезерование, при консольном закреплении фрезы;

- оборудование - горизонтально-фрезерный станок, модель 6М83;

- инструмент - фреза дисковая 2250-0011 ГОСТ 3964-69

- режимы резания: n=80 об/мин, V=25 мм/мин, t=1,1 мм.

Производят механическую обработку поверхности заготовки согласно заданным параметрам. Полученную поверхность детали фиксируют с помощью измерительных устройств, снимая профилограмму детали.

Производят регистрацию изменения амплитуды выходного сигнала, в качестве которого используют профилограмму детали. Используя выражения (3)-(7) производят обработку исходных значений и выполняют построение экспериментальной ЛАЧХ (фиг. 2). Определение вида динамической модели находят по отношениям амплитуд выходного сигнала к амплитуде возбуждающего воздействия с помощью ЛАЧХ. На основании анализа вида логарифмической амплитудно-частотной характеристикой (ЛАЧХ) предложено аппроксимировать ее последовательным соединением пяти звеньев 2-го порядка:

Передаточные функции этих звеньев имеют вид:

где - T1, T2, T3, Т4, Т5 - постоянные времени соответствующих звеньев;

- е1, e2, е3, е4, е5 - декременты затухания соответствующих звеньев;

- s - аргумент передаточной функции;

- k - коэффициент передачи.

Асимптотические ЛАЧХ звеньев 2-го порядка приведены на фиг. 3.

Суммарная ЛАЧХ определяется выражением

и показана на фиг. 4. Коэффициенты передаточной функции определяют с помощью метода наименьших квадратов. Их значения приведены в таблице.

Выполнение способа для операции шлифования осуществляется аналогично:

- высота профиля выбирается близкой к глубине резания, например h=0,01 мм;

- период функции при тех же размерах пластин можно оставить без изменения: 2l=20 мм;

Исходные данные операции механической обработки:

- вид обработки - плоское шлифование периферией шлифовального круга;

- оборудование - плоско-шлифовальный станок;

- инструмент - шлифовальный круг прямого профиля;

- режимы резания: t=0,011 мм, скорость круга определяется моделью станка.

Таким образом, применение предлагаемого способа обеспечивает расширение функциональных возможностей путем обеспечения идентификации ТС для операций фрезерования и шлифования, снижение трудозатрат на его выполнение, в том числе за счет использования заготовки в виде пластины с пазами прямоугольного профиля.

Способ идентификации динамической модели операции механической обработки на металлообрабатывающем станке, включающий формирование полигармонического возбуждающего воздействия на входе металлообрабатывающего станка путем взаимодействия инструмента металлообрабатывающего станка с поверхностью заготовки, имеющей пазы, в процессе ее обработки с заданными параметрами, регистрацию амплитуды и частоты упомянутого воздействия на входе станка, регистрацию изменения амплитуды и частоты ее выходного сигнала, в качестве которого используют полученную после обработки профилограмму заготовки, и определение параметров динамической модели операции механической обработки по отношениям амплитуд упомянутых выходного сигнала и возбуждающего воздействия, отличающийся тем, что используют заготовку в виде пластины с пазами прямоугольного профиля, а в качестве инструмента металлообрабатывающего станка используют шлифовальный круг или дисковую фрезу.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям объектов путем воздействия на них внешним гидростатическим давлением. Способ включает размещение объекта испытаний (ОИ) на опоре, герметичное закрепление на ОИ камеры в виде трубы, заполнение камеры рабочей жидкостью большой вязкости, создание испытательной нагрузки на поверхность ОИ при помощи груза, падающего на плунжер, размещенный в камере над рабочей жидкостью.

Изобретение относится к области испытательного оборудования, предназначенного для испытаний на работоспособность СИ и ВУ при задействовании их импульсами тока различной формы и амплитуды в момент действия ударных нагрузок.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при испытании конструкций и отдельных элементов зданий и сооружений, работающих на изгиб с кручением при статическом и кратковременном динамическом воздействии с определением точной деформационной модели конструкции, например балок или плит.

Изобретения относятся к приборостроению, в частности к контрольно-измерительной технике, а именно к автоматическим средствам непрерывного отслеживания состояния конструкций.

Изобретение относится к области обеспечения надежности и безопасности технических устройств производственных объектов повышенной опасности. Способ заключается в осуществлении системы контроля, включающей оценку состояния технических устройств технологических установок, усиленный входной контроль технического состояния технических устройств технологических установок на основе анализа технической документации с учетом условий эксплуатации, вероятности отказов в период эксплуатации, а также комплексный сопровождающий контроль фактического их технического состояния в условиях увеличенного интервала между капитальными ремонтами.

Изобретение относится к области динамических испытаний конструкций и может быть использовано при испытаниях механических конструкций и электронных систем на динамические механические или электронные воздействия.

Изобретение относится к области экспериментальной аэромеханики и может быть использовано при исследованиях динамических характеристик основных элементов конструкции летательного аппарата во время эксплуатации.

Изобретение относится к области охранной сигнализации и касается способа установления воздействия на конструкцию с использованием датчика движения. Технический результат заключается в повышении достоверности определения разрушения конструкции.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для проведения испытаний на надежность электронных плат (ЭП) и их компонентов к комбинированным механическим и тепловым воздействиям.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам вибрационной диагностики, и может быть использовано для мониторинга технического состояния агрегатов гидравлических систем в автоматических системах контроля.

Изобретение относится к области диагностики физико-механических свойств древесины на корню. Технический результат - повышение точности и оперативности в экспресс-диагностике резонансных свойств древесины.

Устройство контроля точности нарезания резьбы на токарном станке, включающем станину, шпиндель, предназначенный для закрепления в нем заготовки, и каретку с закрепленным на ней инструментом, содержит средство для съема информации, средство сбора и обработки информации и компьютер.

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано при проверке станков по нормам точности. Для измерения осевого биения рабочего органа станка на торцовую поверхность рабочего органа устанавливают коленчатую оправку с возможностью поворота относительно этой поверхности на угол 180° в любом положении рабочего органа, при этом на другой конец коленчатой оправки устанавливают измерительный прибор, который настраивают относительно концевой меры длины на нулевое значение в первоначальной точке измерения.

Способ включает выполнение проходов резца, контроль размеров заготовки и шероховатости обработанной поверхности и корректировку режимов обработки. Для повышения точности изготовления деталей, уменьшения шероховатости обрабатываемой поверхности и сокращения времени на обработку при корректировке режимов обработки используют устройства обратной связи и осуществляют непрерывное измерение в процессе обработки размеров заготовки лазерными дальномерами, жестко укрепленными на расстоянии до 1 м от обрабатываемой поверхности с учетом возрастания расстояния от лазерного дальномера до обрабатываемой поверхности при снятии слоя металла резцом за проход, а величину шероховатости в месте обработанной поверхности - лазерными измерителями шероховатости, жестко закрепленными на расстоянии до 1 м неподвижно на расстоянии от обработанной поверхности, на которую подают поток лазерного излучения.

Изобретение относится к способу и устройству компенсации упругих тепловых деформаций подшипников шпинделей металлообрабатывающих станков. При вращении вала шпинделя осуществляют непрерывное измерение температуры нагрева каждого его подшипника.

Изобретение относится к электромеханике и может быть использовано для повышения точности токарной обработки серийных некруглых деталей при наличии на обрабатываемой поверхности зон прерывистого резания.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для определения оптимальной скорости резания при работе на выбранном технологическом оборудовании.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, в частности к способу определения оптимальной скорости резания при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента.

Устройство содержит образец детали, установленный на оправке, и резец, изолированные от зажимных элементов станка и резцедержателя. При этом образец детали и режущая часть резца электрически соединены через токосъемник и измерительный прибор для регистрации термо-ЭДС.

Способ включает осуществление процесса резания с одновременной регистрацией величины термоЭДС, образующейся в результате взаимодействия материалов режущего инструмента и заготовки, определение значений температуры в зоне контакта и соотнесение ее со значением термоЭДС, изменение параметров режимов резания и повторное получение соотносящихся данных, по которым строят тарировочный график.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при измерении температур в зоне резания. По сигналам датчиков тока и напряжения определяют мощность главного электропривода станка, расходуемую на процесс резания. Сигнал, пропорциональный мощности главного электропривода станка, пропускают через динамическое звено, моделирующее динамические свойства тепловой модели процесса резания и преобразованное к виду передаточной функции, связывающей сигналы, характеризующие упомянутую мощность и нагрев деформируемой в процессе резания части стружки. Сумма сигнала, пропорционального температуре охлаждающей среды, и выходного сигнала упомянутого динамического звена определяет температуру в зоне резания. Использование изобретения позволяет повысить быстродействие и обеспечить высокую точность измерения температуры в зоне резания с применением уже имеющейся информационной системы станка. 1 ил.
Наверх