ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ. ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ И ВИБРАЦИЙ. НА ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ

При определении влияния параметров процессов ре­зания на формирование геометрии поверхности обраба­тываемых деталей использованы методы обработки экспериментальных данных, изложенные в гл. 3. При эксперименте шлифовали только часть поверхности об­разца (рис.:5.4), что позволило на одном образце иметь обработанную и исходную поверхности. По разности их уровней рассчитывали фактическую глубину ■ резания.

Перед обработкой каждого образца шлифовальный круг 38А25СМ15К8Б ПП подвергли правке алмазом на режимах, приведенных ниже.

Частота вращения шлифовального круга, об/мии 2240, 3150 Продольная подача алмаза, м/мин 1

Глубина резания, мм/ход 0,03—0,02

Число ходов:

с подачей 3—4

без подачи: 2

План эксперимента составляли так, чтобы диапазо­ны варьирования режимов шлифования охватили как чистовое, так и получистовое шлифование.

Скорость вращения шлифовального круга, м/с 18—30

Продольная подача, м/мин 1—5—9

Глубина шлифования, м/км 5—30—60

Затем производили одновременную запись относи­тельных колебаний гильзы и шпинделя, гильзы и стола, горизонтальной и вертикальной составляющих сил ре­зания (рис. 5.5). Профилограмму обработанной поверх­ности (рис. 5.6) образца снимали на профилографе мод. 201 при различных значениях юризонтального и вертикального увеличения с целью записи волнистости и шероховатости поверхности образца.

План проведения эксперимента в соответствии с пол­нофакторной матрицей планирования включал 56 опы­тов. В табл. 5.1, 5.2 приведены примеры соотношений режимных факторов, вибраций систем станка и колеба­ний сил резания при чистовом шлифовании.

Для вычисления колебаний места контакта шлифо­вального круга и обрабатываемой детали необходимо получить разность колебаний шпинделя относительно стола в процессе шлифования и на холостом ходу. Так

Рис. 5.4. Схема установки и обработки образца: 1 — образец; 2 устройство для измерения усилия резания

как эти два процесса невозможно синхронизировать по фазе, то, предположив, что их начальная фаза изменя­ется незначительно, разность можно вычислить по амп­литудам, полученным из спектральных плотностей, кото­рые несут информацию о дисперсии колебаний на определенной частоте. Результаты многофакторного регрессионного анализа зависимостей эксперименталь­ных характеристик процесса обработки от режимных факторов при обработке инструментальной стали У10А на частоте вращения шпинделя «=2240 об/мин пред­ставлены в табл. 5.3.

В таблицах приняты следующие обозначения: Р — статическая составляющая силы резания (результиру­ющая) ; Рв и Рг — статические составляющие силы реза­ния в вертикальном и горизонтальном направлениях соответственно; Dv — дисперсия колебаний сил резания, Н2; D — дисперсия относительных колебаний формооб­разующих узлов станка, мкм2.

Рис. 5.5. Осциллограмма колебаний шпинделя относительно гильзы (2), гильзы относительно стола (1), вертикальной Рв и горизон­тальной Рг составляющих силы резания

а Sf [Ч ч^-v—" «vAf’r о

‘•/И

*АЛ

А

7ий

Рис. 5.6. Профиллограммы прошлифованной поверхности, записан­ные при значениях соответственно горизонтального и вертикального увеличения: а — Х40 и ХЮ000; б ■— Х400 и Х20 000

Номер шлифу­ емого образца	Частота вра­щения шпин — / Деля п, об/мин-1	Диаметр шлифовального круга D, мм	Скорость шлифова­ния V, м/с	Продольная подача S, м/мин	Глубина шлифова­ния С мкм
4	2240	174	20,49	і	6
2	2240	173	20,37	5	35
17	3150	169,7	28,64	5	36
22	3150	168	28,35	1	6
8	2240	172	20,25	9	64
10	3150	169,7	28,64	5	36
18	3150	170,5	28,78	9.	64

Таблица 5.2 Номер шлифуемого образца Дисперсия относительных колебаний D, мкм2 Дисперсия коле­баний вертикаль­ной составляющей сил резания £>р, № ГИЛЬЗЫ и стола ГИЛЬЗЫ и шпинделя шпинделя н стола 4 3,28 14,57 20,51 0,05 2 3,40 11,36 18,13 0,34 17 7,79 19,06 28,25 1,77 22 16,97 13,30 32,42 0,83 8 4,92 12,28 2,47 0,03 10 7,11 14,54 23,18 1,42 18 7,79 19,06 28,25 1,77

Прочерк в графе указывает на то, что данный фактор не оказывает существенного влияния на выходной пара­метр. Для коэффициентов уравнений регрессии прочерк показывает их статистическую незначимость.

Из теории резания известно, что режимные факторы связаны, например, с силами резания уравнениями сте­пенного вида. Так как колебания формообразующих узлов станка частично также обусловлены режимными факторами, а на динамическую систему СПИД воздей­ствие их передается через процесс резания посредством сил резания, то и в нашей модели вероятной представ­ляется зависимость степенного вида. Тем не менее на­хождение параметров степенной зависимости показало, что на уровень колебаний систем станка, сил резания и волнистости подача и глубина резания влияют значи­тельно меньше скорости резания. Величины этих пара-

Аргумент	Исследуемая частота коле­баний f. Ги	Коэффициент уравнения	регрессии параметров
а0	V, м/с	S, м/мин	ty мкм
Рв	0—400	301	—15,2	2	1,59
Рг	0—400	69,6	—3,5	1,5	0,72
р	0—400	307	—15,5	2,4	1,7
Dp	0—400	45,7	—2,09	—	—
Dp	10	3,3	—	—0,18	—
Dp	65	132	—	7,1	0,008
	170—200	15	—	—	0,07
D	170—180	0,12	—0,68	—0,036	0,0021

метров оказывают влияние на среднее значение величин сил резания и деформации упругой системы станка. Превалирующее влияние на уровень вибраций в про­цессе резания, колебания сил резания и волнистость оказывает скорость резания. При этом в частотном спектре (рис. 5.7, 5.8) преобладают доминирующие час­тоты вынужденных колебаний станка. Это говорит о том, что основным источником колебаний является не процесс резания, а упругая система станка. Колебания сил резания обусловлены колебаниями упругой системы, одновременно влияя на уровень колебаний последней. Процесс резания демпфирует многие частоты в спектре колебаний системы СПИД, оставляя, как правило, не более одной-трех доминирующих частот, свойственных упругой системе станка и проявляющихся на холостом ходу. Все это позволило использовать при анализе бо­лее простые регрессионные зависимости, приведенные в табл. 5.3.

Значения коэффициента множественной корреляции R, лежащие в диапазоне 0,8—0,97, свидетельствуют о достаточно высокой статистической связи исследуемых параметров (сил резания, относительных колебаний шпинделя и стола, волнистости обработанной поверх­ности) и режимов резания. При этом высокие значения коэффициентов парной корреляции rpv между исследуе­мыми параметрами и скоростью резания, лежащие в диапазоне 0,65—0,88, подтверждают превалирующее влияние скорости шлифования, обусловленной частотой вращения шлифовального круга.

Коэффициенты парной корреляции rvs и гр[ и коэф­фициенты bK> bt, отражающие влияние подачи и глубины резания, в большинстве случаев незначимые, что свиде­тельствует об их относительно малом влиянии на коле­бания сил резания, уровень вибраций и волнистость обработки. При этом общий уровень колебаний системы СПИД в процессе резания в 1,3—2 раза меньше коле-

Рис. 5.7, Нормированные спектральные плотности колебаний на хо­лостом ходу: / — гильзы относительно стола; 2 — шпинделя отно­сительно гильзы; 3 — шпинделя относительно стола

баний холостого хода. Особенно эта разница проявляет­ся при шлифовании с увеличенными скоростями.

‘ С ростом скорости шлифования уменьшается сила резания, следовательно, снижается натяг в шпиндель­ном узле и увеличивается его демпфирующая способ­ность при одновременной выборке люфтов в системе СПИД. Кроме того, скорость резания влияет на темпе­ратуру в зоне шлифования. При повышении скорости температура растет, увеличивается пластичность обра­батываемого материала, что положительно сказывается на уровне демпфирования. В связи с этим увеличение частоты вращения шпинделя со шлифовальным кругом увеличивает уровень вибраций станка на холостом ходу в большей степени, чем при резании.

Продольная подача S и глубина резания і также влияют на силы резания и температуру, что обусловли­вает изменение спектра колебаний. При увеличении t вклад дисперсий колебаний на высоких частотах повы­шается, а на низких снижается, что способствует росту демпфирования, которое прямо пропорционально час­тоте колебаний. Увеличение S приводит к смещению

спектра в обратную сторону. В общем же вредное влия­ние сил резания с увеличением S и t, вероятно, компен­сируется увеличением температуры в зоне резания, ко­торое положительно сказывается на величине демпфи­рования процесса резания.

Характер влияния v, S, t на уровень колебаний раз­личных систем станка не одинаков. Это влияние прояв-

Рис. 5.8. Нормированные спектральные плотности ко­лебаний в процессе шлифо­вания: 1 — шпинделя отно­сительно стола; 2 — верти­кальной составляющей силы резания

ляется в изменении частотных спектров. Так, например, в спектре колебаний гильзы доминируют более низкие частоты, вызванные колебаниями электродвигателя глав­ного привода, и собственные частоты, значительно пре­вышающие частоты вращения шпинделя. В данном же случае наибольший интерес представляют колебания в зоне резания.

Вид зависимости величин колебаний вертикальной составляющей сил резания от режимных факторов ана­логичен зависимостям от них относительных колебаний шлифовального круга и обрабатываемой детали, что объясняется их взаимосвязью. Увеличение колебаний сил резания при этом связано с мгновенной скоростью изменения глубины шлифования вследствие колебаний, вызываемых вращением шпинделя.