Экспериментальное исследование процесса шлифования валов для идентификации динамической системы станка по виброакустическим колебаниям

УДК 621.923

Д.В. Козлов, М.В. Виноградов, В.А. Добряков ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ ВАЛОВ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СТАНКА ПО ВИБРОАКУСТИЧЕСКИМ КОЛЕБАНИЯМ

Приводятся результаты экспериментальных исследований с целью определения оптимального периода правки шлифовального круга по автокорреляционным функциям виброакустических колебаний.

Шлифовальный круг, виброизмерительный прибор, динамическая система, правка шлифовального круга

D.V. Kozlov, M.V. Vinogradov, V.A. Dobryakov EXPERIMENTAL RESEARCH INTO THE GRINDING PROCESS OF SHAFTS FOR IDENTIFICATION OF THE DYNAMIC SYSTEM OF A MACHINE BY THE VIBROACOUSTIC FLUCTUATIONS

The article presents the experimental data in order to identify the optimal frequency of a wheel dressing using the autocorrelation functions of vibroacoustic fluctuations.

Grinding wheel, vibro-measurement device, dynamic system, wheel dressing

Целью эксперимента являлось определение запаса устойчивости динамической системы круглошлифовального станка Weiss WKG-05 для повышения производительности шлифования путем оптимизации периода правки шлифовального круга[1]. В соответствии с выводами М.М. Аршанского, наилучшее качество обработки достигается при большем запасе устойчивости динамической системы станка (ДС). В данном случае предлагается оценка запаса устойчивости по показателю колебательности Mmax, определяемому из амплитудно-частотной характеристики ДС (для детерминированных систем Mmax = 1.1__1.5) [2, 3].

Для измерений использовались комплект виброизмерительной аппаратуры ВШВ-003М3 с датчиком ДН-3, фиксирующим виброускорение в диапазоне 1_4000 Гц, компьютер типа Notebook. Вибродатчик устанавливался с помощью магнитных опор вблизи зоны резания, т.к. именно в зоне резания вибрации имеют наиболее информативный характер (рис. 1).

Рис. 1. Вибродатчик ДН-3, установленный вблизи зоны резания

Также обработанные валы измерялись на автоматизированном вихретоковом приборе ПВК-К2М, позволяющем выявлять неоднородность структуры поверхностного слоя (прижоги и ряд других дефектов) валов [4]. Для определения микрогеометрических характеристик использовались кругло-мер Talyrong 131 и профилограф Homel tester T1000. Результаты измерений показаны в табл. 1 [1].

Измерения виброакустических колебаний выполнялись при постоянных значениях режима резания: скорость вращения шпинделя детали 600 об/мин, скорость вращения шпинделя шлифовального круга 2000 об/мин, припуск на шлифование 0,1 мм, подача круга при окончательном шлифовании - 0,2 мм/мин.

До эксперимента правка шлифовального круга выполнялась через каждые 30 обработанных валов. Таким образом, необходимо было определить целесообразность периодичности правки с точки зрения запаса устойчивости. На рис. 3 показаны автокорреляционные функции (АКФ), полученные по вибрационным характеристикам шлифовального станка Weiss WKG-005 с помощью программы Matlab.

Для аппроксимации АКФ используется формула [5]

K

где А - постоянный коэффициент, а - коэффициент затухания, ^ - частота огибающей АКФ, С00 -

основная частота АКФ, m - коэффициент модуляции, т - время.

Таблица 1

Результаты измерений микрогеометрических характеристик валов

№ обработанного вала Допуск по некруглости, мкм Фактический результат по некруглости, мкм Допуск по шероховатости, 1^, мкм Фактический результат по шероховатости Як, мкм

1 5 1,07 4,5 1,53

2 5 1,09 4,5 1,59

3 5 1,08 4,5 1,65

17 5 1,21 4,5 1,72

18 5 1,2 4,5 1,74

19 5 1,24 4,5 1,79

35 5 1,15 4,5 1,85

36 5 1,23 4,5 1,87

37 5 1,22 4,5 1,88

50 5 2,71 4,5 3,42

51 5 2,79 4,5 3,46

52 5 2,87 4,5 3,5

76 5 2,95 4,5 3,71

77 5 3,11 4,5 3,84

78 5 3,16 4,5 3,97

85 5 3,32 4,5 4,51

86 5 3,52 4,5 4,64

87 5 3,65 4,5 4,77

X 10

а

X 10

б

48484823485348485323912348775353232325484823489023484801535300001323484823

"1 Г

ІІІШ имЛііШі..„І,™, ,І1І, І, І

і г

- ДиІосоггеіаНоп

МнМммммммЯШ

4 5

время

8 9

Рис. 2. Автокорреляционные функции обработанных валов: а - вал №30, б - вал №62, в - вал № 76

Из АКФ рассчитываются соответствующие передаточные функции ДС для различных деталей. Затем из передаточных функций вычисляются амплитудно-частотные характеристики (АЧХ). На рис. 4 представлены АЧХ, полученные на основе АКФ:

Рис. 3. Амплитудно-частотные характеристики ДС при шлифовании валов: а - вал №30, б - вал №62, в - вал № 76

0.01

0.006

0.004

0.002

-0.002

-0.004

-0.006

-0

-0.01

X 10

в

б

а

в

Далее вычисляется показатель колебательности Мтах, характеризующий запас устойчивости ДС при шлифовании. Для вала №30 показатель колебательности составляет 2,6, для вала №62 - 2,5, для вала №76 - 3. Таким образом, видна тенденция к увеличению показателя колебательности с каждым последующим обработанным валом. На рис. 4 представлен алгоритм обработки информации для определения периодичности правки шлифовального круга.

После определения оптимальной периодичности правки данные, параллельно с корректировкой программы станка, поступают в систему мониторинга технологического процесса (СМТП).

Анализ полученных результатов показал, что имеется тенденция к неустойчивому состоянию системы, начиная с вала, обработанного 76-м по счету после первичной правки шлифовального круга.

По полученным экспериментальным данным можно сделать вывод, что с точки зрения запаса устойчивости нет смысла делать правку шлифовального круга через каждые 30 обработанных валов (как это заложено в существующем техпроцессе). Исходя из полученных значений показателей колебательности, рациональнее осуществлять правку через каждые 76 обработанных валов, основываясь также на результатах измерений микрогеометрических параметров и состояния поверхностного слоя валов, экономя таким образом дорогостоящий алмазный инструмент и увеличивая производительность за счет сокращения временных затрат на правку шлифовального круга.

Измерение В А-колебаний

Данные по качеству обработки валов

Рис. 4. Алгоритм обработки информации для определения периодичности правки шлифовального круга

ЛИТЕРАТУРА

1. Козлов Д.В. Экспериментальное исследование частоты правки шлифовального круга / Д.В. Козлов, А.А. Игнатьев // Вестник СГТУ. 2011. №2 (56). С. 80-84.

2. Аршанский М.М Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках / М.М. Аршанский, В.П. Щербаков. М.: Машиностроение, 1988. 136 с.

3. Каракозова В.А. Выбор подачи круга для обеспечения качества обработки колец подшипников на основе идентификации динамической системы шлифовального станка / В. А. Каракозова // Вестник СГТУ. 2011. №2(56). С. 69-73.

4. Козлов Д.В. Экспериментальное исследование шлифованных валов вихретоковым методом/ Д.В. Козлов, А.А. Игнатьев // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2012. №3 (58). С. 65-67.

5. Игнатьев А. А. Экспериментально-аналитическое определение передаточной функции динамической системы токарного станка при резании / А.А. Игнатьев, В.В. Коновалов, Т.В. Соколова // Вестник СГТУ. 2011. №2 (58). С. 53-57.

164

Козлов Дмитрий Викторович -

аспирант кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Виноградов Михаил Владимирович -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами»

Саратовского государственного

технического университета имени Гагарина Ю.А.

Добряков Владимир Анатольевич -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами»

Саратовского государственного

технического университета имени Гагарина Ю.А.

Dmitry V. Kozlov -

Postgraduate

Department of Automation and Technological Processes Management,

Gagarin Saratov State Technical University

Michael V. Vinogradov -

Ph.D., Associate Professor Department of Automation and Technological Processes Management,

Gagarin Saratov State Technical University

Vladimir A. Dobryakov -

Ph.D., Associate Professor Department of Automation and Technological Processes Management, Gagarin Saratov State Technical University

Статья проступила в редакцию 04.09.12, принята к опубликованию 20.02.13