ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТОРЦОВОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ

(Лабораторная работа №6)

Цель работы

1) Изучение методики математического моделирования динамики торцового фрезерования.

2) Исследование по модели влияния параметров торцовой фрезы и настройки фрезерного станка на динамическую составляющую силы резания и время обработки заданной поверхности.

Сила резания, возникающая в процессе обработки, и особенно ее динамическая составляющая, определяет, вместе с другими факторами других рабочих процессов, надежность технологической системы.

Исследования динамики процесса резания проводятся с целью оптимизации конструкции режущего инструмента, оптимизации привода главного движения (оптимизация его структуры или улучшение конструкции отдельных его элементов), оптимизации технологической операции (выбор оптимального режима резания или оптимальных параметров инструмента), оптимизации привода подач (оптимизация структуры механизма подач или улучшение конструкции отдельных его элементов).

Дисперсия силы резания связана с изменением во времени площади сечения срезаемого слоя (произведение толщины срезаемого слоя на его ширину). Торцовое фрезерование относится к технологическим операциям с ярко выраженным динамическим характером процесса стружкообразования.

Динамический характер процесса стружкообразования при торцовом фрезеровании обусловлен, во-первых, периодическим врезанием зубьев фрезы с угловым шагом a _z = 2 p/ z в заготовку.

Во-вторых, толщина срезаемого слоя непрерывно изменяется от начального значения до конечного при движении зуба фрезы в заготовке (рисунок 24).

V_S

b₁

y_Н

а_i(y) B

y V

y_К

S_z

траектории движения:

режущего зуба

предыдущего зуба

Рисунок 24 – Схема торцового фрезерования.

D – диаметр фрезы; j – главный угол в плане; t – глубина резания;

В – ширина заготовки; b ₁ – величина смещения фрезы; y – текущее

Угловое положение режущего зуба фрезы; V – скорость резания;

V_S – скорость подачи.

Начальный y_Н и конечныйy_К углы траектории движения зубьев фрезы зависят от диаметра фрезы D, ширины фрезерованияB и от установки фрезы относительно заготовкиb₁

; (55)

. (56)

Приняв за толщину срезаемого слоя кратчайшее расстояние между траекториями соседних зубьев, можно заметить, что она изменяется при изменении углового положения y режущего зуба.

Траектории зубьев фрезы представляют собой удлиненные эпициклоиды, сдвинутые друг относительно друга вдоль движения подачи на величину подачи на зуб S_z. Отличие этих траекторий от окружностей для торцового фрезерования, из-за соотношения D и S_z, настолько мало, что им можно пренебречь. Тогда мгновенное значение толщины срезаемого слоя как функции угловой координаты для каждого зуба фрезы может быть выражено через подачу на зуб

для y_Н ≤ y ≤ y_К. (57)

Кроме отмеченных особенностей фрезерования, приводящих к изменению во времени толщины срезаемого слоя, следует учесть биение зубьев фрезы, вызываемое погрешностью заточки или биением посадочного конуса в шпинделе станка. Величину биения фрезы, установленной на станке, можно задать разностью радиусов соседних зубьев:

DR_i = R_i – R_i_–1, (58)

где R_i , R_i_–1 – радиусы режущего и предыдущего зубьев.

Таким образом, мгновенная толщина срезаемого слоя для i–го зуба зависит и от биения зубьев фрезы (рисунок 25)

а_i(y) = S_Z×sin (y) + DR_i . (59)

Рисунок 25 – Диаграмма изменения толщины срезаемого слоя

Для одного зуба за один оборот фрезы

Зависимость от времени толщины срезаемого слоя, при движении зубьев фрезы в заготовке, обусловливает динамический характер возникающей силы резания. Толщина срезаемого слоя изменяется в течение одного оборота фрезы, причем это изменение – немонотонно. Следовательно, для исследований процесса резания, функцию входного воздействия необходимо линеаризовать.

Учитывая периодичность работы зубьев фрезы можно, на периоде одного оборота, осуществить гармоническую линеаризацию рассматриваемой нелинейной функции, применив преобразование Фурье.

Для того, чтобы задать изменение толщины срезаемого слоя за один оборот фрезы нужно просуммировать мгновенные значения а_i(y) для всех зубьев

. (60)

Разложив эту функцию в ряд Фурье, получим частотную характеристику толщины срезаемого слоя (функции входного воздействия)

, (61)

где а₀ – постоянная составляющая толщины срезаемого слоя;

a_j, w_j, q_j – амплитуда, круговая частота и фаза j-ой гармонической составляющей толщины срезаемого слоя;

, (j = 1,2, 3…N)

n – частота вращения фрезы в об/мин;

N – число учитываемых гармоник.

Для того чтобы учесть динамический характер преобразования толщины срезаемого слоя в силу резания необходимо задать подходящий тип динамического звена. Достаточную точность для расчетов дает апериодическое звено первого порядка с передаточной функцией (22).

Частотная характеристика процесса резания позволяет рассчитать величины всех составляющих силы резания

, (62)

где F₀ – постоянная составляющая силы резания;

F_j, w_j, q_j – амплитуда, круговая частота и фаза j-ой гармонической составляющей силы резания;

, (j = 1,2, 3…N)

n – частота вращения фрезы в об/мин;

N – число учитываемых гармоник.

Дать оценку заданному режиму обработки для его оптимизации можно, применив для исследования процесса торцового фрезерования методы спектрального анализа из теории сигналов.

С этой целью силу резания рассматривают как полигармонический сигнал и, рассчитав среднюю мощность этого сигнала и его дисперсию, определяют коэффициент динамичности для выбранного режима обработки.

Абсолютный коэффициент динамичности силы резанияК_ДАможет служить критерием выбора параметров фрезы для оптимизации работы привода главного движения. Этот показатель также может быть использован для оценки достижимого качества обработанной поверхности, связанного с возникающими во время резания вибрациями

, (63)

где Р_СР – средняя мощность силы резания

; (64)

s² – дисперсия силы резания

. (65)

Относительный коэффициент динамичности К_ДО показывает уменьшение дисперсии силы резания по сравнению с максимально возможным значением для произвольного взаимного положения выбранной фрезы и обрабатываемой заготовки

. (66)

Производительность фрезерования оценивается машинным временем обработки T_M, которое зависит от длины фрезерования L, скорости подачи V_S и числа проходов i (если диаметр фрезы меньше ширины обрабатываемой поверхности)

. (67)

Если рассматривать только случаи, когда диаметр фрезы Dбольше ширины обрабатываемой поверхностиB(т.е. i=1), то можно выделить дваварианта установки фрезы относительно заготовки для расчета длины фрезерования:

1) (рисунок 26,а);

2) (рисунок 26,б)

Для первого варианта наладки длина фрезерования зависит только от

длины обрабатываемой поверхности L_Ди от диаметра фрезы D, так как

L = L_Д + D. (68)

Второй вариант позволяет уменьшить время обработки при том же диаметре фрезы

. (69)

b₁

D L_Д

а)

b₁

L_Д

б)

Рисунок 26 – Варианты схемы установки фрезы относительно детали

Используя динамическую модель процесса фрезерования можно подобрать оптимальное сочетание параметров обработки. В зависимости от поставленной цели критерием оптимальности будем считать минимальное значение дисперсии силы резания либо минимальное время обработки.

Деталь	Ширина	В, мм	60	80	100	120	140
Деталь	Длина	L _Д ,мм	150	200	250	300	400
Фреза	Диаметр	D, мм	100	125	150	200	250
Фреза	Число зубьев^*	z	8, 10	10, 12	12, 16	16, 20	20, 24
Режим резания	Глубина резания	t, мм	0,5	1	2	4	5
	Подача на зуб	S_z, мм	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25
	Скорость резания	V, м/мин	80	100	120	150	180

^* фрезы с меньшим числом зубьев выбирают для чернового фрезерования ( t >1 мм).

Вывод: При оптимальном параметре фрезы D=200 мм.; z=20 и при выборе режима резанья t=4 мм.; S_z=0.2 мм/зуб; V=150 м/мин. При данных показателях Изменение дисперсии силы резанья минимальные.

Вывод: При оптимальном параметре фрезы D=250 мм.; z=24 и при выборе режима резанья t=5 мм.; S_z=0.25 мм/зуб; V=180 м/мин. При данных показателях минимальное время обработки T_m=0.47 .

Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 105; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 34

Мы поможем в написании ваших работ!