Повышение эффективности высокоскоростной механической обработки при фрезеровании

• Автор: Саблин, Павел Алексеевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ. ПОСТАНОВКА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современное состояние вопроса в области высокоскоростного

ФРЕЗЕРОВАНИЯ

1.2. УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВИБРАЦИЙ ПРИ РЕЗАНИИ

1.3. СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ТРАДИЦИОННОМ И ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

1.4. Теплофизика процесса высокоскоростного резания

1.4.1. Эффекты, протекающие в зоне резания (распределение температуры и т.д.)

1.4.2. Методы исследования температурных процессов в зоне резания;

1.5. Методы обеспечения эффективности высокоскоростного ФРЕЗЕРОВАНИЯ

1.6. Выводы и постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Описание экспериментальной установки для исследования сил РЕЗАНИЯ ПРИ высокоскоростной обработке
2.1.1. Четырехкоординатный динамометр марки СУР600
2.2. Методика эксперимента и описание экспериментальной установки для определения ТЕМПЕРАТУРЫ СТРУЖКИ ПРИ высокоскоростном фрезеровании
2.3. Методы устранения шумов в измеряемых сигналах
2.3.1. Экранирование
2.3.2. Заземление
2.3.3. Устранение кабельного эффекта

2.4. Выводы
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Исследование зависимостей сил резания от условий обработки ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ТОЧЕНИИ и высокоскоростном фрезеровании
3.2. Исследование теплофизических процессов при высокоскоростном фрезеровании методом оптической пирометрии
3.3. Моделирование тепловых процессов при высокоскоростном фрезеровании, расчет температур и сопоставление полученных значений с результатами эксперимента
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ И ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ИССЛЕДУЕМЫХ ПРОЦЕССОВ
4.1. Динамика сил резания при высокоскоростном фрезеровании и
силовая модель процесса прерывистого резания
4.2 Математическая модель устойчивости процесса фрезерования в
виде нелинейного осциллятора с разрывными характеристиками
4.3. Выводы
ГЛАВА 5 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ И НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
5.1. Оптимизация траектории движения инструмента на станках с ЧПУ
НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ
5.2. Динамический паспорт станка для операций высокоскоростного
ФРЕЗЕРОВАНИЯ
5.3. ВЫВОДЫ
6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Повышение эффективности высокоскоростной обработки (ВСО) требует углубленного изучения физических явлений, сопровождающих процесс резания. Основными отличиями ВСО от традиционной механической обработки с физической точки зрения, являются — преобладание быстротекущих динамических процессов, как в зоне резания, так и в упругой системе станка (УСС) и ярко выраженная нелинейность законов развития этих процессов.
Для условий.ВСО перестают быть адекватными линейные, либо слабонелинейные математические модели, хорошо зарекомендовавшие себя на малых и средних скоростях резания, и становятся неэффективными большое количество методов оценки состояния динамической системы станка.
Кроме того, высокая скорость процессов пластической деформации и тепловых процессов при ВСО в совокупности с существенной нелинейностью зависимости силы резания от толщины среза и скорости резания приводят к возникновению хаотического состояния динамической системы, вследствие чего динамическая система станка становится очень чувствительной даже к незначительным внешним возмущениям. Например, небольшие колебания припуска заготовки в процессе резания приводят к значительным искажениям траектории формообразования и как следствие снижению качества обрабатываемой поверхности.
В этой связи, исследование физических явлений, сопровождающих процесс ВСО, и установление их взаимосвязи с устойчивостью процесса резания и качеством обработанной поверхности является актуальной задачей современного машиностроения.
Цель и задачи работы является повышение эффективности высокоскоростного фрезерования на основе исследования динамических, силовых и тепловых процессов при ВСО.
Для реализации цели работы поставлены следующие задачи:
- исследовать динамику процесса высокоскоростного фрезерования на ос-
•50
определялись средние яркости красной ЬК], синей Ъс^ и зеленой- Ь3у- составляющих светового излучения образца, нагретого до температуры: 3}-. На основе полученных данных методом обратного распространения: ошибки: /10/ проводилось обучение единственного экземпляра нейронной сети. Полученные значения весов гг,- сохранялись для дальнейшего использования:
В; целях повышения точности обучение производилось отдельно» для . каждого типа исследуемого материала — стали, титана, и алюминиевого сплава: Вьгаисляемые при этом синаптические веса.сохранялись в три отдельных массива, каждый из которых используется для» определения- температуры* стружки, получаемой» из: определенного типа металла. Такое разделение не создает каких-либо неудобств для процесса диагностики, так как при высокоскоростном фрезеровании в- промышленных условиях,, как правило, заранее известен тип обрабатываемого материала и; следовательно, можно заблаговременно загрузить в нейронную сеть соответствующие синаптические массивы.: Используя полученные на стадии обучения синаптические веса массив» нейронных сетей; сформированных программой «ЕпоНБМ»,. преобразует КА>У-изображение в тепловую картину исследуемого процесса: Примеры,таких картин для» процессов высокоскоростного фрезерования закаленной» стали и титана показаны на рис. 2.7-2.10. Анализ теплоснимка,-представленного на рисунке 2.86, показывает, что температура стружки» при высокоскоростном фрезеровании закаленной стали 40Х достигает 813 °С, средняя температура поверхности стружки составляет 678 °С. Для титанового сплава. ВТЗ (рис. 2.76) максимальная температура стружки равна 1041 °С, а средняя - 917 °С. Скорость получения тепловых картин в нашем случае составила 1,5 кадра в секунду, но может быть существенно повышена при использовании более современных ПЗС-матриц.