книги / Научно-исследовательская работа магистров по технологии машиностроения
..pdfРис. 18. Общая схема компьютерного центра диагностики |
процесса резания |
В состав центра входят (см. рис. 18):
1 – токарный проходной резец с тензометрическими датчиками по трем осям, обеспечивает измерение составляющих силы резания
Pz, Px, Py;
2 – бесконтактный датчик температуры, позволяет проводить дистанционное измерение температуры резца;
3 – датчик стационарного контроля мощности, предназначен для измерения активной мощности работающего оборудования;
4– датчики вибрации ВД-03, предназначены для измерения вибрации станка;
5– измеритель шума – электретный микрофон, предназначен для измерения характеристик шума резания;
6– датчик фактических оборотов шпинделя;
161
7 – крейт – предназначен для коммутации входных сигнальных линий, платы аналоговой фильтрации, выходных сигнальных линий, АЦП, обеспечения их электропитанием;
8 – плата аналоговой фильтрации, предназначена для выделения диапазона частот, необходимого для оцифровки сигналов вибрации.
9– аналого-цифровой преобразователь, предназначен для преобразования аналоговых сигналов в цифровой вид;
10– пульт управления системой регистрации и контроля параметров оборудования, включает в себя персональный компьютер, который через АЦП производит регистрацию и анализ технических параметров оборудования;
11– ПО – система регистрации и анализа сигналов, представляет собой программу, которая выполняет регистрацию, обработку
иоценку сигналов от датчиков с отображением всех результатов на мониторе и оповещением персонала;
12– кабельная система, предназначена для организации взаимосвязи всех составляющих частей системы.
Последовательность работы оператора на стенде:
I.
1)Включить пульт управления.
2)Запустить программу.
3)Проверить работоспособность программы.
II.
1)Установить датчик вибрации с помощью магнита на резец
ввертикальном и горизонтальном направлении. Места установки стоек и датчиков вибрации должны быть очищены для плотного контакта. Площадь контакта магнита стойки и датчика с местами установки должна быть не менее 90 %.
2)При помощи стойки с магнитом установить датчик оборотов (лазерный отметчик). Диапазон расстояния от датчика оборотов до вала 5…30 мм.
3)Светоотражающую полоску шириной 5 мм наклеить на вал таким образом, чтобы при его вращении метка попадала в зону контроля чувствительного элемента лазерного отметчика.
162
Внимание! Местоподотметкудолжнобытьочищеноиобезжирено.
4)С помощью стойки с магнитом установить бесконтактный датчик температуры на суппорт станка таким образом, чтобы область контроля была направлена в зону резания (рис. 19).
5)С помощью стойки с магнитом установить акустический датчик на суппорт станка таким образом, чтобы область контроля была направлена в зону резания.
6)Установить тензодатчики на резец.
Рис. 19. Стойка с установленным датчиком оборотов
7) Датчик мощности подключается к электрической схеме станка. Все работы по подключению производятся электроперсоналом в соответствии с техникой безопасности. Подключение датчика следует выполнять в следующей последовательности:
а) подключение элементов датчиков мощности производить как можно ближе к приводу станка;
б) бесконтактный датчик тока подключить к фазе А станка таким образом, чтобы стрелка на корпусе токовых клещей совпадала с направлением потребления тока;
в) подключить зажим черного цвета к общему контуру станка (земле);
г) подключить зажим красного провода к фазе А.
163
Важно! Места под зажимы должны быть очищены от коррозии и т.д.
8)Проверить правильность установки всех датчи ков.
9)После устано ки всех датчиков необходимо подключить их
ккрейту с помощью азъема (см. схе у установки, рис. 18)
10)ЭТО ОЧЕНЬ ВАЖНО! При подключении к крейту не-
оходи мо, чтобы все провода от датч иков находились на безопасном асстоянии от вращающихся элементов станка.
11) Проверить работоспособность датчиков на холостом ходу.
Методика проведения лабораторной работы
Ц ель исследования: измерение характеристик (сила резания, темп ратура резания, вибрация, шум, мощность привода, обороты шпинделя) при различных режимах резания.
Эксперименты проводятся на токарно-винторезном станке мод JET GH-2660 при продольном точении образцов (рис. 20).
Эксперименты выполняются при следующих условиях:
Обрабатываемы й материал: сталь 40Х; твердость НВ 170, пруток Ø50–60 мм длиной 500–600 мм.
Инструмент – проходной сбо ный резец, оснащенный пластинкой из твердого сплава CNMG 12 0408 (рис. 21).
Рис. 20. Внешний вид токарно-винторезного станка
JET GH-2 60
164
Форма пластины |
|
|
|
|
|
Задний угол |
0º |
…0,130 |
Допуски +/– |
0,130…0, 130…0,130…0,130 |
|
|
0,050…0, 080…0,100…0,130 |
…0,150 |
Длина ежущей кромки |
L = 12 мм |
|
Толщин а |
s = 4,76 мм |
|
Крепление |
|
|
|
|
|
Рс. 21. Токарный сборный резец с державкой DCLNR 2525 M12
итвердосплавной пластин й CNMG 120408
Длина рабочего хода инструмента L = 210 мм; время одного прохо а Tо = 40 с.
Вид обработки – получистовая. Режимы обработки выбираем на основании плана эксперимента. Об аботка образца производится без охлаждения.
Для получения эмпирических математических мо елей взаимосвязи режимов резания и физических параметров резания – вибрации, ш ума, силы резания, шероховатости обработанной поверхности – исследование вы полняется по методике полного трехфакторного эксперимента.
Всевозможное число неповторяющихся комбинаций уровней независимых факторов N = 2³, где 2 – число уровней; 3 – число независимых факторов – скорость, подача, глубина резания.
Нахождение математической модели включает: а) планирование эксперимента; б) собственно эксп еримент;
в) проверку воспроизводимости (однородности выборочной дисперсии);
165
г) получение математической модели объекта с проверкой выборочных коэффициентов регрессии;
д) проверку адекватности математического описания. Результаты исследований и статистическую обработку данных
необходимо представить в виде таблиц. Матрица планирования 2³:
|
x1, ° |
x2, ° |
x3, ° |
1 |
– |
– |
– |
2 |
+ |
– |
– |
3 |
– |
+ |
– |
4 |
+ |
+ |
– |
5 |
– |
– |
+ |
6 |
+ |
– |
+ |
7 |
– |
+ |
+ |
8 |
+ |
+ |
+ |
Характеристика независимых переменных по плану эксперимента:
Характеристика |
x1, |
x2, |
x3, |
x0i – основной уровень |
|
|
|
i – интервал варьирования |
|
|
|
x1,max – верхний уровень |
|
|
|
x1,min – нижний уровень |
|
|
|
Характеристики плана эксперимента рассчитываем следующим образом:
1) |
х |
|
xi max xi min |
– основной уровень по соответствующему |
||
|
|
|||||
|
0i |
2 |
|
|
||
фактору; |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
2) |
j |
|
xi max xi min |
|
– интервал варьирования по соответствую- |
|
|
||||||
|
|
2 |
|
|
щему фактору;
3) хimax, хimin – максимальное и минимальное значения факторов, полученных из эксперимента.
Результаты определения и расчета параметров зависимых факторов в полном трехфакторном эксперименте приводятся следующим образом:
166
|
|
|
|
|
|
m |
2 |
Si2 |
|
|
yэ yp 2 |
Номер |
|
Параметры |
|
yij yi3 |
yp |
yэ yp |
|||||
опыта |
|
|
|
|
|
j 1 |
|
|
|
|
|
|
y1 |
y2 |
y3 |
|
yi3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Σ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходя из этого рассчитаем дисперсию воспроизводимости экспериментальных точек:
2 |
1 |
m |
yij y1 |
|
2 |
|
|
Si |
|
|
j 1 |
|
, |
||
(m 1) |
|
где m = 3 – число повторений опытов в каждой экспериментальной точке. Воспроизводимость опытов и однородность дисперсий воспроизводимости проверим, используя критерий Кохрена:
GЭ maxm S12 .
S12 i 1
Для этого сравнимаем GЭ и GT. Табличное значение критерия Кохрена GT находим для доверительной вероятности Р = 0,95, числа степеней свободы f = (m–1) и числа опытов N = 8: GT(0,95; 8; 2) = = 0,5157. Если GЭ < GТ, то опыты воспроизводимы и дисперсии воспроизводимости однородны.
Далеевычисляемрядстатистическиххарактеристикэксперимента:
1)дисперсию воспроизводимости Sу (ошибку опыта) от серии
ксерии измерений
167
Sy2 1 S12 |
1 yij y1 2 |
, |
|||
|
|
|
|
N m |
|
|
N |
|
N(m 1) |
i 1 j 1 |
|
где N(m – 1) = f` = 16 – число степеней свободы дисперсии воспроизводимости серии результатов эксперимента; N = 8 – число опытов; m = 3 – число повторностей в каждой экспериментальной точке.
2) коэффициенты уравнения регрессии вида
y p b0 b1 X1 b2 X2 b3 X3
по формулам
b0 |
1 y1, |
b1 |
1 xi yi , |
||
|
|
N |
|
|
N |
|
N |
i 1 |
|
N |
i 1 |
где хi – значения факторов («–» или «+») в матрице планирования. В результате получим уравнение линейного вида зависимости
искомого физического параметра ур от режима резания (V, S, tрез):
ур = b1 + b2x1 + b3x2 + b4x3.
Определяем наиболее значимые коэффициенты при х и выясняем адекватность полученной модели. Затем преобразуем уравнение в степенной вид, чтобы проверить достоверность опытов и построения графиков. Определяем сходимость результатов расчета и измерений и вводим корректировки. Полученное уравнение позволяет выбирать на станке наиболее рациональные режимы в процессе резания с использованием системы ЧПУ.
Пример выполнения работы
Исследование влияния режимов резания и износа инструмента на изменение физических параметров процесса резания
сцелью управления на станках с ЧПУ
ВПНИПУ совместно с фирмой ООО НПП «РОС» для решения поставленной задачи разработан комплексный компьютерный центр диагностики процесса резания, схема которого представлена на рис. 1. В состав комплексного центра входят следующие элементы:
168
Рис. 1. Стенд компьютерной диагностики процесса резания
Динамометр с тензометрическими датчиками по трем осям – обеспечивает измерение составляющих силы резания Pz, Px, Py.
Датчики вибрации ВД-03 – предназначены для измерения вибрации режущего инструмента и станка.
Пирометр (бесконтактный датчик температуры) – позволяет проводить дистанционное измерение температуры режущего инструмента.
Измеритель шума – электретный микрофон, предназначен для измерения характеристик шума резания.
Датчик стационарного контроля мощности – предназначен для измерения активной мощности работающего оборудования.
Датчик фактических оборотов шпинделя станка.
Крейт – предназначен для коммутации входных сигнальных линий, платы аналоговой фильтрации, выходных сигнальных линий, АЦП, обеспечения их электропитанием.
169
Плата аналоговой фильтрации – предназначена для выделения диапазона частот, необходимого для оцифровки сигналов вибрации.
Аналого-цифровой преобразователь – предназначен для преобразования аналоговых сигналов в цифровой вид.
Пульт управления системой регистрации и контроля параметров оборудования включает в себя персональный компьютер, который через АЦП производит регистрацию и анализ технических параметров оборудования (см. рис. 1).
Система регистрации и анализа сигналов представляет собой программу, которая выполняет регистрацию, обработку и оценку сигналов от датчиков, с отображением всех результатов на мониторе и оповещением персонала.
Поставлена задача описать зависимость физических параметров процесса резания от независимых параметров режима резания: скорости резания V, м/мин (х1), подачи S, мм/об (х2) и глубины резания t, мм (х3). у1, у2, у3 – исследуемые параметры при различных режимах резания. Исследуемыми параметрами являются: сила резания, температура резания, виброскорость, шум, мощность привода. В качестве математической модели принята неполная кубическая функция:
M y 0 1x1 2 x2 3 x3 12 x1x2
13 x1x3 23 x2 x3 123 x1x2 x3.
Для получения оценок коэффициентов этого уравнения использован полный факторный эксперимент типа 23. Выбраны основные уровни факторов, близкие к применяемым в практике, а интервалы варьирования – исходя из реальных пределов колебаний значений факторов (табл. 1).
|
|
|
Таблица 1 |
|
Кодовые обозначения переменных |
|
|||
|
|
|
|
|
Уровни |
Независимые переменные, влияющие на у |
|||
V, м/мин |
S, мм/об |
t, мм |
||
варьирования |
||||
X1 |
X2 |
X3 |
||
|
||||
Верхний +1 |
128 |
0,3 |
1,5 |
|
Нижний –1 |
16 |
0,05 |
0,5 |
|
Нулевой 0 |
72 |
0,175 |
1 |
|
Интервал варьирования |
56 |
0,125 |
0,5 |
170