Повышение виброустойчивости процесса токарной обработки на основе управляемых колебаний скорости резания

• Автор: Афонина, Наталья Александровна
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 182 с. : ил.

ГЛАВА 1 Современное состояние вопроса повышения виброустойчивости процесса резания

1.1. Механизмы возникновения автоколебаний в упругой системе токарного станка

1.2. Анализ способов повышения виброустойчивости процесса резания на основе адаптивного управления
1.3. Выбор способов аппаратно-программной реализации автоматизированной системы повышения виброустойчивости металлообрабатывающего оборудования

1.4. Цели и задачи исследования

ГЛАВА 2 Разработка алгоритмов управления колебаниями скорости резания целью повышения виброустойчивости процесса обработки
2.1. Постановка задачи подавления автоколебаний в процессе токарной обработки на основе управления частотой вращения привода
2.2.Разработка модели процесса резания в условиях управляемых колебаний скорости резания
2.3. Анализ алгоритмов идентификации и прогнозирования вибрационных процессов для организации адаптивного управления колебаниями скорости резания

2.4. Разработка алгоритмов программного управления колебаниями скорости резания

2.5. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3 Экспериментальное исследование алгоритмов подавления автоколебаний в процессе токарной обработки

3.1. Описание экспериментальной установки
3.2. Экспериментальная оценка эффективности разработанных алгоритмов подавления автоколебаний на основе адаптивного управления
3.3. Экспериментальная оценка эффективности адаптивного способа снижения уровня автоколебаний
3.4. Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4 Техническая реализация адаптивной системы подавления автоколебаний на основе управления колебаниями скорости
резания
4.1. Программное обеспечение для управления частотой
вращения привода
4.2. Вариант реализации адаптивной системы подавления автоколебаний для СЧПУ типа РС1ЧС
4.3. Вариант реализации адаптивной системы подавления автоколебаний на основе микроконтроллера Р1С16С745
4.4. Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность работы обусловлена тем, что возникновение автоколебаний в упругих системах металлорежущих станков возможно при всех видах обработки материалов резанием. При интенсивных режимах обработки амплитуда автоколебаний может достигать значений, при которых существенно снижается точность и качество обработанной поверхности, увеличиваются волнистость, наклеп, остаточные напряжения в детали, а также повышается износ режущего инструмента и станка. Это явление весьма характерно и для токарной обработки, которой подвергается значительная часть деталей, изготавливаемых резанием.
Существует ряд способов борьбы с вибрациями при точении, основанных на соответствующем подборе режимов резания, увеличении жесткости элементов систем, демпфировании колебаний и др. Однако в современных условиях постоянного расширения и изменения номенклатуры производства при широком использовании станков с ЧПУ способы, основанные на экспериментальном подборе оптимальных режимов резания, становятся неэффективными вследствие увеличения затрат времени на технологическую подготовку производства. Вместе с тем существуют способы гашения автоколебаний, основанные на адаптивном управлении режимами резания непосредственно в процессе обработки. Ряд подобных способов основан на управлении скоростью резания, которое достаточно просто реализуется технически и обеспечивает эффективное воздействие на процесс резания. Однако в настоящее время такие способы применяются также в виде регулирования на основе предварительных расчетов, что ограничивает их применение, поскольку не позволяет учитывать многообразие причин и изменчивость условий возникновения автоколебаний при обработке резанием на токарных станках с ЧПУ. При использовании таких способов в переменных условиях резания возникает необходимость соответствующего периодического измеР,, Р-. Соответственно увеличение Vо приведет к снижению влияния заготовки на составляющую Р.. Также очевидно, что изменение Уп приведет к изменению влияния неравномерности припуска. В виду того, что увеличение припуска ведет к увеличению силы резания, а увеличение скорости резания происходит вследствие увеличения частоты вращения заготовки, то соответственно и увеличение скорости резания Уп приведет к увеличению частоты изменения силы резания. При этом ее влияние на след обрабатываемой поверхности является косвенным через изменение силы резания.
Таким образом, функциональная схема эквивалентной процесса резания претерпевает некоторые изменения (рис. 2.8). В таком виде функциональная схема динамической системы резец - заготовка напоминает схему системы автоматического регулирования, отличаясь от нее тем, что связи не создаются искусственно, а являются следствием особенностей взаимодействия УС и рабочих процессов. Поэтому для дальнейшего исследования воспользуемся терминологией и методами теории автоматического управления.
Рассмотрим подробнее влияние различных факторов на параметры процесса резания и на интенсивность автоколебаний. Несмотря на то, что физическая природа возникновения автоколебаний изучена не полностью, в настоящее время накоплен достаточно большой экспериментальный материал о внешних условиях появления и прекращения колебаний и о влиянии важнейших факторов процесса резания на интенсивность вибраций.
В работах Л.К.Кучмы, И.С. Штейнберга, Г.А. Манжос и др. изучено влияние обрабатываемого материала, геометрических параметров инструмента, режимов резания, состояния станка на частоту и амплитуду колебаний. Эти исследования показали, что частота колебаний практически не зависит от режимов резания и геометрических параметров инструмента.
Частота колебаний определяется жесткостью и массами элементов системы: станок-инструмент-деталь, возрастая при увеличении жесткости и уменьшении массы.