2. 1. Актуальность работы:
1) Предупреждение случайных поломок режущего инструмента и
повреждения дорогостоящего оборудования
2) Сокращение в 50 и более раз трудоемкости и материалоемкости
стойкостных испытаний с помощью моделирования
многообразия факторов
3) Возможности стенда:
- ускоренный выбор оптимальных режимов резания при точении;
- оценка обрабатываемости конструкционных материалов;
- оценка технологических возможностей инструментальных
материалов, геометрии инструмента, упрочняющих покрытий
инструмента, и т.д.;
- разработка и проверка аналитических моделей динамики
технологических процессов резанием;
- моделирование процесса износа инструмента с учетом динамики
технологических процессов обработки резанием.
3. 2. Цель работы:
ПОВЫШЕНИЕ ЭФ Ф ЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА
РЕЗАНИЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ
Д ИАГНОСТИЧЕСКОГО МЕТОД А КОНТРОЛЯ И
УПРАВЛЕНИЯ РЕЖ ИМАМИ РЕЗАНИЯ НА
СТАНКАХ С ЧПУ.
4. 3. Задачи работы:
1) Разработка стенда компьютерной диагностики процесса точения
для повышения точности, производительности и снижения
себестоимости, проведения лабораторных и научно-
исследовательских работ.
2) Испытание стенда компьютерной диагностики, методов и
средств измерения параметров физических явлений в процессе
механической обработки для сокращения трудоемкости и
материалоемкости исследований.
3) Выявление наиболее значимых физических параметров оценки
процесса резания на станках с ЧПУ.
4) Установление зависимости физических параметров от режимов
резания, геометрии инструмента, износа инструмента.
5) Разработка электронной базы данных на режимы резания
различных сплавов и технологических рекомендаций на
режимы резания и применение конструкций инструмента,
оснащенного СМП.
6) Создание баз данных по применению новых инструментальных
материалов, обеспечивающих дальнейшее повышение режимов
резания и стойкость инструмента.
5. 4. История вопроса.
Мировой опыт.
Диагностика оборудования успешно исследуется и применяется за
рубежом.
Компании, успешно применяющие диагностические системы в
своем производстве: Boeing, Ingersoll, Tool Company, Caterpillar,
General Electric, Rolls Royce, Kovosvit A.S. и др.
В США использование систем диагностики позволило (в среднем):
- на 30% повысить производительность обработки;
- на 50% увеличить срок службы станков (в первую очередь –
элементов шпиндельной бабки);
-на 30% увеличить износостойкость инструмента.
В частности, использование таких систем позволило при создании
самолета F18 сэкономить 1 млрд. долларов за 10 лет.
6. 5. Анализ мирового опыта
применения компьютерных стендов.
Общий алгоритм работы с
системой диагностики.
Сбор информации о частотных
характеристиках системы «станок -
инструмент - приспособление - деталь»
Модальный анализ полученных
частотных характеристик, построение и
анализ диаграмм стабильности.
Схема получения частотных характеристик вибрации
инструмента (инструмент установлен в шпиндель). Предварительный выбор устойчивых
режимов обработки (на основании
полученных диаграмм стабильности) и
соответствующая настройка
технологического процесса
Анализ сигнала в зоне резания
Окончательная настройка
технологического процесса с учетом
параметров обработки, предложенных
Анализ сигнала виброакустической эмиссии в зоне системой в качестве устойчивых
резания при фрезеровании. на основании анализа сигнала.
7. 6. Опыт России.
В России аналогичные комплексные исследования
процесса резания в наибольшей степени
проводятся в:
- МГТУ «Станкин»
- ФГУП «ВНИИТС»
- МНПП «Салют»
- МГТУ им. Н.Э.Баумана
- ОАО «АвтоВаз»
- ОАО «НИИД»
- ОАО «НИАТ»
8. 7. Основные физические
параметры процесса резания.
Вибрация
Акустическая эмиссия
Мощность
Силы резания
Температура резания
9. 8. Схема компьютерного
стенда.
4
2 8
7
5
4
1 11
10
9
Совместно с фирмой ООО
НПП «РОС» в ПНИПУ
разработан 1 – динамометр с тензометрическими
комплексный датчиками по осям X, Y, Z
компьютерный центр 2 – пирометр
3 – датчик мощности «СКМ»
диагностики процесса 4 – датчик вибрации ВД-03
резания 3
5 – измеритель шума МКУ -1
6 – датчик оборотов
6
7 – усилитель сигналов
~220В 8 – крейт
9 – плата аналоговой фильтрации
10 – АЦП
11 – пульт управления
метка
10. 9. Оборудование комплексного
диагностирования процесса резания.
Прибор – восьми
канальный прибор для
преобразования и
регистрации сигналов
«Камертон»
Программа ООО НПП
«РОС»- программное
обеспечение IDS
Камертон-Д
11. 10. Диапазоны режимов
резания при исследовании.
Скорость резания V = 16 ÷ 128 м/мин
(частота оборотов шпинделя
n = 71 ÷ 560 об/мин)
Подача S = 0.05 ÷ 0.3 мм/об
Глубина резания t = 0.1 ÷ 1.5 мм
Величина износа hЗ = 0.1; 0.4; 0.7 мм
12. 11. Предварительные результаты
исследований составляющих силы резания.
Характерные графики отображения
составляющих силы
резания
Рх, Рz, Ру в зоне резания
при режиме обработки:
V=16 м/мин
t=0.1 мм
S=0.05 мм/об
Динамометр с тензометрическими
Датчиками по осям Х, У, Z
13. Предварительные результаты
исследований вибрации.
Характерный график отображения
вибрации в зоне резания
при режиме обработки:
V=16 м/мин
t=0.1 мм
S=0.05 мм/об
Датчик вибрации ВД-03
14. Предварительные результаты
исследований акустического шума.
Измеритель
шума
МКУ-1
Характерный график отображения
акустической эмиссии в зоне
резания
при режиме обработки:
V=16 м/мин
t=0.1 мм
S=0.05 мм/об
15. Предварительные результаты
исследований мощности.
Характерный график
отображения мощности
при режиме обработки:
V=16 м/мин
t=0.1 мм
S=0.05 мм/об
Датчик стационарного
контроля
мощности «СКМ»
16. Предварительные результаты
исследований фактических оборотов.
Характерный график отображения
фактических оборотов шпинделя
станка
при режиме обработки:
Датчик фактических
V=16 м/мин
t=0.1 мм оборотов шпинделя
S=0.05 мм/об станка
17. Пример записи изображения 8 выходных сигналов PХ,
РZ, РУ, амплитуды вибрации, температуры, шума,
мощности, оборотов шпинделя.
18. Выводы по работе:
Результаты исследований показали, что наиболее значимым
показателем является вибрация. Вторым по значимости –
акустический шум, а на последнем месте – силы резания.
В результате этого мы можем:
1) вводить влияние параметров режима резания на физические
параметры процесса резания в систему ЧПУ, а затем управлять
процессом резания на основе этого влияния;
2) назначать наиболее оптимальные режимы резания;
3) выбирать наиболее рациональную марку инструментального
материала;
4) предотвращать поломку инструмента.
Встраивая систему диагностики в систему ЧПУ любых
металлорежущих станков, можно управлять процессом резания.
Можно рекомендовать установку подобных диагностических
центров различным машиностроительным предприятиям, а
также применять в учебном процессе для проведения
лабораторных и научно-исследовательских работ в ВУЗах.
