Зависимость параметра виброскорости от режимных факторов процесса фрезерования деталей мебели

ЗАВИСИМОСТЬ ПАРАМЕТРА ВИБРОСКОРОСТИ ОТ РЕЖИМНЫХ ФАКТОРОВ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ МЕБЕЛИ

Воробьев А.А., Филиппов Ю.А.

Results of research of dependence of parametre vibration speed are presented at cylindrical milling of woodfrom cutting modes.

В современных условиях проектирования средств технологического оснащения на первое место ставят способность дереворежущего станка обеспечивать заданное качество получаемой продукции, которое в первую очередь зависит от точности самого станка, а также режимов обработки.

Одним из определяющих факторов при обеспечении требуемого качества получаемых деталей, шероховатость получаемой поверхности, регламентируемой ГОСТ 7016. Вибрация механизма резания станка, в частности ножевого вала или шпинделя по уровню виброактивности станка является доминирующим (порядка 90%) по сравнению с механизмами подачи, настройки и другими механизмами станка [1].

Целью исследования является получение квадратичной математической модели управления виброактивностью механизма резания станка по методу полных факторных планов [2].

Измерения проводились на экспериментальной установке СТИ 08 00 000 представленной на рисунке 1, созданной на базе горизонтального консольно -фрезерного станка модели 6Т82-Г, который отвечает требованиям норм точности и жесткости согласно ГОСТ 17734. Измерение амплитуды виброскорости производилось стандартным виброметром модели ВВМ-201, оснащенного пьезоэлектрическим датчиком типа ДН-3-М1 с точностью измерения величины амплитуды виброскорости до 0,001 мм/с. Фрезерование осуществлялось цилиндрической сборной фрезой, статически отбалансированной с двумя ножами из быстрорежущей стали HSS 18 по 4 классу точности балансировки по ГОСТ 22061-76. Обрабатываемым материалом являлись образцы сосновых заготовок при резании вдоль волокон одинаковой влажности.

Варьируемыми факторами в эксперименте являлись основные режимы обработки: частота вращения шпинделя, скорость подачи и глубина фрезерования. Варьирование факторов производилось на нижнем, основном и верхнем уровнях.

Результаты предварительно проведенных экспериментов позволили принять гипотезу о нормальном распределении выходной величины - проверка проводилась по критерию Пирсона. На основе этих данных было рассчитано необходимое число «n» дублированных опытов, которое оказалось равным десяти.

Обозначения факторов и уровней их варьирования представлены в таблице 1. Основные показатели проведенного эксперимента представлены в таблице 2.

1 - пьезоэлектрический датчик ДН-3-М1; 2 - цилиндрическая фреза; 3 - заготовка; 4 -виброметр ВВМ-201; 5 - механизмы регулировки вертикальных и горизонтальных подач

Рисунок 1 - Экспериментальная установка СТИ 08 00 000

Таблица 1 - Обозначения факторов и уровня их варьирования

Наименование Обозначение Интервал Уровень варьирования фактора

фактора Натуральное Нормализованное варьирования фактора нижний

Частота вращения шпинделя, -1 мин п *1 600 400 1000 1600

Скорость подачи, мм/мин Х2 30 20 50 80

Глубина фрезерования, мм t Х3 0,95 0,1 1,05 2,0

Таблица 2 - Значения среднего арифметического и дисперсии опытов

№ опыта Варьируемые факторы Среднее арифметическое Дисперсия

п, мин-1 Уз, мм/мин 1 мм Л

1 400 20 0,1 0,336 0,0012

2 1600 20 0,1 0,74 0,0012

3 400 80 0,1 0,283 0,0001

4 1600 80 0,1 0,598 0,0013

5 400 20 2,0 0,28 0,0002

6 1600 20 2,0 0,63 0,0006

7 400 80 2,0 0,274 0,0002

8 1600 80 2,0 0,598 0,0013

9 400 50 1,05 0,276 0,0001

10 1600 50 1,05 0,581 0,0003

11 1000 20 1,05 0,408 0,0003

12 1000 80 1,05 0,396 0,0002

13 1000 50 0,1 0,418 0,0005

14 1000 50 2,0 0,409 0,0011

Поиск уравнения регрессии осуществлялся по методу наименьших квадратов с использованием разработанной авторской программы в среде Mathcad.

После проверки однородности дисперсий опытов по критерию Кохрена, адекватности математической модели по критерию Фишера получено уравнение регрессии (1) в нормализованных обозначениях факторов вида

y = 0,388+0,17 • x - 0,025 • x2 - 0,018 • x3 + 0,04 • x* + 0,014 • x\ + 0,025 • x32 - 0,014 • x12 + 0,02 • x23 - 0,0056 • x13

для которого все коэффициенты оказались значимыми.

Анализ полученного уравнения (1) по условию оптимизации показателя виброскорости (его минимизация) по условию

Vv

осуществлялся с использованием диссоциативно - шагового метода [2] для чего уравнения регрессии (1) было разложено на систему квазиоднофакторных моделей вида

y = 0,17 • ^ + 0,04 • xl - 0,014 • ^ • x2 - 0,0056 • ^ • x3

y2 = -0,025 • x2 + 0,014 • x2 - 0,014 • xx • x2 + 0,02 • x2 • x3

y3 = -0,018 • x3 + 0,025 • x2 + 0,02 • x2 • x3 - 0,0056 • xx • x3

На основе анализа моделей (3), (4) и (5) было установлено, что оптимальными значениями нормализованных факторов (согласно условия (2)) являются значения нормализованных факторов

x1 = x2 = -1, (6) x = +1,

для которых наблюдается минимизация величины виброскорости, при подстановке значений (6) в уравнение (1) получаем y = 0,276. Это означает, что при минимальных значениях частоты вращения шпинделя (фактор ^), скорости подачи (фактор х2) и максимальном значении глубины фрезерования (фактор х3) наблюдается минимизация параметра виброскорости.

После проведенных преобразований уравнения (1) получаем уравнение для расчета и анализа амплитуды виброскорости с учетом параметров процесса резания: частоты вращения, скорости подачи и глубины фрезерования.

Vv

+ 27,7 • t2 - 0,0007 • n -Vs + 0,7 V • t - 0,0098 • n • t

Литература

1. Филиппов, Ю.А. Синтез виброактивности деревообрабатывающих машин: Монография [Текст]/ Ю.А. Филиппов. - Красноярск: КГТА, 1996. - 261с.

2 Пижурин, А.А. Исследования процессов деревообработки [Текст]/ А.А. Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесная промышленность, 1984. - 232 с.