Способ определения прочностных параметров кинематической пары инструмент-деталь

 

Использование: обработка металлов резанием , способы определения жесткости, для определения силы резания и упругих перемещений детали при обработке на Станках токарной группы. Сущность: прикладывают нагрузку к одному из звеньев кинематической пары в форме импульса силы в направлении главного движения резания и измерения его деформации. Измеряют длительность импульса резания и текущее значение линейной скорости входного звена в интервале длительности импульса резания. Затем определяют величину динамической деформации, вибрационной жесткости, составляющие силы резания, величину статической деформации и значение собственной частоты колебаний выходного звена. 2 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ АЛ ИСТИНЕ С К ИХ

РЕСПУБЛИК

„.,«>Ц „„1.814973 А1 (s>>s В 23 B 25/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 4, ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ив, „,"., ам

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714935/08 (22) 06.06.89 . (46),15.05.93. Бюл. ¹ 18 (71) Пензенское производственное обьеди.нение "Эра" (72) А,Т.Манько . (56) Соколовский А,П. Научные основы тех. нологии машиностроения, М.— Л.: Машгиз, с.

173-177. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ПАРЫ ИНСТРУМЕНТ-ДЕТАЛЬ (57) Использование; обработка металлов резанием, способы определения жесткости, для определения силы резания и упругих

Изобретение относится к обработке металлов резанием; преимущественно к способам определения жесткости и обусловленных ею параметров пары инструмент-деталь, может найти применение для определения силы резания и упругих перемещений детали при обработке на станках токарной группы.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей способа., Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения прочностных параметров кинематической пары инструмент-деталь, включающем приложение нагрузки к одному из звеньев кинематической пары и измерение его деформации, нагрузку прикладывают в форме импульса силы в направлении главного движения резания, измеряют длительность импульса резания и текущее значение линейной скорости входного звена в интервале длительности импульса резания, на основании чего затем определяют величину динамиче2 перемещений детали при обработке на

Станках токарной группы. Сущность; прикладывают нагрузку к одному из звеньев кинематической пары в форме импульса силы в направлении главного движения резания и измерения его деформации, Измеряют длительность импульса резания и текущее значение линейной скорости входного звена в интервале длительности импульса резания. Затем определяют величину динамической деформации, вибрационной жесткости, составляющие силы резания, величину статической деформации и значение собственной частоты колебаний выходного звена. 2 ил., 3 табл. ской деформации, вибрационной жесткости, составляющие силы резания, величину статической деформации и значение собственной частоты колебаний выходного звена.

Приложение нагрузки в форме импульса силы в процессе резания позволяет сократить штучное время обработки, повысить жесткость пары инструмент-деталь, обеспечить выполнение принципа инверсии, определяющей правильность измерений, и тем самым расширить технологические возможности способа, Измерение скорости входного звена в интервале длительности импульса резания позволяет во взаимосвязи измерять параметры вибрационного движения и вибрационного воздействия.

На фиг.1 приведен эскиз, поясняющий процесс осуществления способа; на фиг.2— блок-схема устройства для реализации способа.

1814973

Устройство содержит вибратор 1, установленный на суппорте станка, режущий инструмент 2, пьезоэлектрический датчик вибрации 3, измеритель 4 шума и вибрации, предназначенный для измерений линейной скорости инструмента эа промежуток длительности импульса резания, измеритель 5 временных интервалов, предназначенный для измерения текущего значения длительности импульса резания, блок.6 коммутации, аналого-цифровой преобразователь 7 и блок 8 управления (микро-ЭВМ), подключенный к системе ЧПУ 9, Второй вход блока 6 коммутации соединен со вторым входом измерителя 4, второй вход которого соединен со вторым выходом измерителя 5, выходом системы ЧПУ 9 и входом датчика 3. С блоком 8 управления соединены коммутатор 6, вибратор 1 и вход ЧП.У 9. 20

От« = .10З

25 где п — число оборотов заготовки.

Истинное значение окружной скорости

Ч«р.и т в зоне резания определяют..из условия равенства углов поворота заготовки в

30 каждом цикле колебаний в промежутке импульса резания и времени, когда стружка не контактирует с передней поверхностью ин-. струмента, по формуле (2) 40 (3), а величину динамических перемещений

Удии детали в направлении радиальной со45 ставляющей записывают как (5) 55

18ибр =

Способ осуществляют следующим об-. разом.

Колебания инструмента начинаются в некоторой точке О. При движении инструмента-в направлении (+OZ) со скоростью

V = + à <@COSY)t на участке ЕА интервала длительности импульса резания звенья образуют элемент пары инструмент-деталь. В этом интервале времени и осуществляют измерения, В соответствии в блок-схемой (фиг.2) по команде на проведение измерений система

ЧПУ 9 запускает программу обработки. а блок 8 — программу измерений, Блок 8 управления включает вибратор 1, который возбуждает механические высокочастотные или ультразвуковые колебания инструмента заданных периода ) и амплитуды„а" в направлении главного движения резания, что обеспечивает приложение нагрузки в форме импульса силы.

На инструменте установлен датчик 3 вибрации, представляющий собою аКселерометр.

Механические колебания посредством датчика 3 преобразуют в электрический сигнал, пропорциональный ускорению, который затем подают на вход измерителя 4 шума и вибрации, где усиливают с помощью предварительного усилителя, преобразуют с помощью интегратора в сигнал, пропорциональный величине линейной скорости

V -+а и СОьоМ движения инструмента в промежутке длительности т импульса резания, выделяют постоянную составляющую сигнала с помощью детектирования. Одновременно. выделенную постоянную составля- ющую сигнала подают на вход измерителя 5 временных интервалов, где измеряют длительность т импульса резания в каждом цикле колебаний инструмента. Блок коммутации

6, управляемый от микро-ЭВМ 8, подключает аналого-цифровой преобразователь 7 к измерителю 4 шума и вибрации и измерителю 5 .временных интервалов, Аналого- цифровой преобразователь 7 преобразует аналоговые сигналы V u тизмерителей 4 и 5 в цифровые коды микро-ЭВМ 8.

Определение обусловленных жесткостью параметров звена кинематической пары инструмент-деталь осуществляют следующим образом.

Динамические перемещения Уди в направлении радиальной составляющей силы резания определяют как полуразность текущего значения диаметра 0т«обработки в зоне резания и величины диаметра 0О обработки (фиг.1), где значение диаметра обработки определяют из известной формулы

С учетом (2) выражение (1) приобретает вид

Удин = 2 лп -) «У-1Ф вЂ” 0о ° (4)

1 V Г

Согласно закону сохранения импульса и теореме об изменении кинетический энергии вибРаЦионнУю жесткость )рибр Детали определяют в виде формулы где m - заданная масса заготовки;

1814973 то с учетом (9) 2 РоГ т Е.!

2sln

m k (12) {13) 2 Ро

Удин = Уо 2 s)A — у(8) k Yo = PYo—

EJ (9) т = (Т - r) — время, когда стружка не контактирует с передней поверхностью инструмента.

С учетом (4) и (5) текущее значение радиальной РУвивр составляющей силы резания при импульсном нагружении определяют по формуле

РУвибр — 2 -(- -у-10 — 0о, (6) тг а фактическое значение радиальной PYo составляющей силы резания, как если бы она действовала постоянно, то есть при статическом нагружении, исходя из явлений механизма резания с нечувствительностью к вибрациям, и запаздывание проявления нагрузки и реакции упругих перемещений,— по формуле

РУо — 2 2 )., Т -у-1Π— Оо ° (7) Известно, что поведение системы при

0 < t г определяют решением в виде,% а упругие перемещения Уо детали в направлении радиальйой составляющей силы резания, как если бы она действовала постоянно, по известной формуле где Po — собственная частота колебаний детали;

k — параметр условия крепления детали (в центрах, патроне);

Š— модуль упругости материала заготовки;

J — момент инерции поперечного сечения обрабатываемого вала.

С учетом (7) и (9) величину упругих перемещений Уо детали в направлении радиальной составляющей силы резания, как если бы она действовала постоянно, определяют окончательно по формуле д Е 1 П С о (1О) .Если подставить в (9) правую часть выражения (7) и переписать (9) в виде

Уо. )вибр — — Удин

EJ (11) откуда значение собственной частоты колебаний детали определяюг по формуле

10 2,Г—

Po = — arcsin т >

Т 2mk

Микро-ЗВМ 8обрабатываетсигналы по алгоритмам (4), (5), (6 ), (7), (10), (13) и выдает

15 результаты расчета, например, на видеоконтрольноеустройство(на фиг.2 не показано).

Пример. Обтачивают в центрах вал начисто. Диаметр вала 150 мм, длина L = 2000 мм, Режимы резания: скорость обрабатываемой поверхности Чо = 200 мlмин (3,3333333 10 мм/с), глубина резания

t = 1 мм, подача S = 0,3 MM/o6, резец проходной Т15К6, обрабатыааемый материал ст. 45, Параметры вибрационного движения инструмента: период колебаний Т = 33,333333 х х 10 б с, амплитуда а = 12,5.200.33,333333 х

30 х 10 10 = 83;333333 мк.

Масса заготовки m = 0,0281014 кгс /мм.

Модуль упругости материала Е = 2.10

4 кг/мм .

Момент инерции поперечного сечения

35 обрабатываемой заготовки J = л0 /64=

=24, 50489 10 мм2. з

Коэффициент закрепления k = L /48 = . =10 /6.

40 Число оборотов заготовки и = 430,148494.

Измеренные параметры представлены в табл.1.

Определяемые параметры приведены в табл.2 и 3 (нагружение и измерения на сере45 дине длинь! вала).

Данные примера измерений отличают-. ся от экспериментальных данных Соколовского А.П.

Формула изобретения

Способ определения прочностных параметров кинематической пары инструмент-деталь, включающий приложение нагрузки к одному из звеньев кинематиче55 ской пары и измерение егодеформации, отличающийсяйс я тем, что, с целью расширения технологических воэможностей, нагрузку прикладывают в форме импульса силы в направлении главного движения резания, измеряют длительность импульса резания и текущее значение линейной

1814973

Таблица 1

П име

Параметр

11,111111 10

200+0,11944918 10

6,6666666 10

600+0,12900813 10

0,6944444 10

9200+64,0005491 10

Таблица 2

Таблица 3

l 8 скорости входного звена в интервале дли- чего определяют прочностные параметры тельности импульса резания, на основании кинематической пары инструмент-деталь.

1814973

Составитель, О. Прохожева Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В. Петраш

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 I

Заказ 1603 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4!5