Повышение качества обработки колец подшипников

1.

Каракозова Вера Алексеевна
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ КОЛЕЦ
ПОДШИПНИКОВ
НА ОСНОВЕ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДИНАМИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ ШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА
ПО АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫМ ФУНКЦИЯМ
ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование
механической и физико-технической обработки
Научный руководитель:
доктор технических наук,
профессор А.А.Игнатьев
Саратов 2011

2.

2
Цель работы: повышение качества обработки поверхностей качения колец подшипников –
однородности физико-механических свойств поверхностного слоя на основе идентификации
динамической системы шлифовального станка по автокорреляционным функциям виброакустических
колебаний и определении рациональной подачи абразивного круга по запасу устойчивости
динамической системы
В работе решаются следующие задачи:
1.Обоснование и построение модели динамической системы шлифовального станка в
виде передаточной функции
2.Обоснование экспериментально – аналитического метода получения передаточной
функции динамической системы шлифовального станка по автокорреляционным
функциям виброакустических колебаний технологической системы.
3.Экспериментальные исследования динамических характеристик шлифовальных станков
для обработки колец подшипников на различных режимах (подачи круга).
4. Разработка методических рекомендаций управления процессом шлифования на основе
оценки динамического состояния станка по стохастическим характеристикам и контроля
качества обработки колец для реализации в конкретных производственных условиях

3.

3
Научная новизна работы:
1. Разработан и обоснован метод идентификации динамической системы шлифовального
станка при обработке колец подшипников по автокорреляционной функции стохастических
виброакустических колебаний основных узлов формообразующей подсистемы при
воздействии на динамическую систему сигнала типа «белый шум», и обеспечивающий
вычисление передаточной функции замкнутой динамической системы при различных подачах
круга.
2. Разработана модель динамической системы шлифовального станка в виде передаточной
функции, связывающей силу резания с подачей круга, с использованием уточненной модели
съема припуска по кривой, близкой к спирали Архимеда, на основе которой получена
частотная функция, позволяющая осуществить компьютерное моделирование спектров
регистрируемых колебательных процессов на выходе системы при воздействии на входе силы
резания со стохастической компонентой типа «белый шум».
3. Разработано методическое обеспечение для определения рационального режима
шлифования колец подшипников по максимальному запасу устойчивости динамической
системы при различных подачах круга, на основе выявленной экспериментально связи
качества поверхностного слоя с запасом устойчивости ДС, определенным из
идентифицированной передаточной функции по критерию Михайлова, и целеориентированное
на получение заданной однородности физико–механических свойств поверхностного слоя
дорожек качения колец подшипников, определяемой вихретоковым методом.

4.

Положения, выносимые на защиту
4
1. Обоснован метод идентификации замкнутой динамической системы шлифовального
станка в виде
передаточной функции по автокорреляционным функциям
виброакустических колебаний технологической системы при подаче на вход сигнала
типа «белый шум».
2. Обоснована технология построения модели динамической системы шлифовального
станка в виде передаточной функции с уточненной моделью съема припуска по кривой,
близкой к спирали Архимеда .
3. Методика для определения рациональной подачи круга при предварительном
шлифовании колец подшипников по максимальному запасу устойчивости динамической
системы, целеориентированная на получение заданной однородности физико–
механических свойств поверхностного слоя дорожек качения, определяемой
вихретоковым методом.
4. Результаты экспериментальных исследований динамических характеристик
шлифовальных станков для обработки колец подшипников и связи запаса устойчивости
ДС и качества обработки поверхностного слоя определяемых при различных подачах.
5. Практическая реализация методики выбора рациональной подачи круга при
шлифовании колец подшипников по идентифицированной модели ДС, обеспечивающей
заданное качество поверхностного слоя и высокую производительность.

5.

Показатели качества поверхностного слоя деталей
в зависимости от условий шлифования
5
Показатели качества поверхностного слоя детали
Геометрические спектр неровностей поверхности и ее профилей
Шероховатость
Волнистость
Отклонения формы
Физико-механические
Прижоги
Трещины
Микроструктура
Внутренние напряжения
Конструкция деталей
Шлифовальная бабка
Состав
Скорость круга
Материал зерна
Материал деталей
Бабка детали
Метод подачи
Скорость детали
Зернистость
Заготовки
Устройство
крепления детали
Поперечная подача
Твердость
Продольная подача
или число двойных
Пористость
Термообработка
Испытания и условия
работы
Технологическая
дисциплина
Алмазное
приспособление
ходов в минуту
Структура
Время
выхаживания
Скорость правки
Подача правки
Неоднородность
качества
Связка

6.

Детерминированные и стохастические методы
обработки результатов измерения
виброакустических колебаний технологической
системы
6

7.

7
Методы оптимизации процессов резания

8.

П
Пример оптимизации на токарных станках
р
Схема решения системной задачи
Оптимизация процесса токарной обработки
и
ы
8
Зависимость интегральных оценок АКФ виброакустических колебаний
резцовой головки модуля ТПАРМ – 100М и шероховатости поверхности
(Rа) обработанных деталей от скорости вращения шпинделя
(подача 10 мкм/об, глубина резания 30 мкм,
резец АСПК с радиусом по вершине 0,3 мм),
где: 1- интегральные оценки АКФ,
2 – шероховатость поверхности.

9.

Методы идентификации динамического состояния станков
№
п/
п
Вид входного
воздействия
Реализация
на станках
Основные
свойства
Выходные
характеристики
1
Гармоническое
Возбуждение колебаний
от вибраторов
Большие затраты
времени, точен
2
Импульсное
Возбуждение колебаний
ударом специальным
молотком
Возбуждение колебаний
от математического
маятника
Электромагнитный
возбудитель с обратной
связью
Сложность задания
параметров
импульса, легок
в интерпретации
Выполнено только
на лабораторной
установке.
На станке
не опробовано
АФЧХ, ИПФ,
передаточная
функция
АЧХ
при различных
углах удара
3
3.1
3.2
Ступенчатое
Без резания
При резании
Переходной процесс
при нагружении через
батавскую слезку
Переходной процесс
при врезании
инструмента
Не соответствует
реальным условиям,
легок
в интерпретации
Чувствителен
к возмущениям,
легок
в интерпретации
Переходная
и передаточная
функции
Переходная
и передаточная
функции, запас
устойчивости
4
4.1
4.2
Стохастическое
Без резания
При резании
Возбуждение колебаний
от специального
вибратора
Возбуждение колебаний
силой резания с
регистрацией спектра
и автокорреляционной
функции (АКФ)
Не соответствует
реальным условиям,
сложен в
применении,
нечувствителен к
возмущениям
Прост в
применении,
нечувствителен к
возмущениям,
приближен
к реальным
условиям
АФЧХ, АЧХ,
передаточная
функция
Спектр и АКФ
при резании,
интегральная
оценка
спектра и АКФ,
передаточная
функция, степень
устойчивости
АФЧХ, АЧХ, ФЧХ
9

10.

Управление качеством шлифования колец подшипников
Выбор режима
10

11.

Схема влияния параметров технологического режима
на качество и долговечность колец подшипников
St
Vд
Q=kPzvk/427,
Подача
Процесс шлифования
скорость
вращения детали
где k- коэффициент, показывающий какая
доля механической энергии переходит в
тепло (k=0,80 0,95), Pz-тангенциальная
составляющая силы резания, vk-скорость
круга.
Vк
скорость
вращения круга
Снимается припуск
модель динамического
процесса
модель изменения
температуры
Уровень и частота
вибраций, скорость
съёма припуска
Неравномерность
температуры в зоне
контакта
11
Детерминированная
и стохастическая
составляющие
вибраций
Неоднородность
физико-механических
свойств
поверхностного слоя
Количество и долговечность колец подшипников
max
52 1 b*
0.05 P
m
z k F , y
b 0.4
s
где - b * - коэффициент, характеризующий
распределение теплоты между кругом и деталью,
, - коэффициенты теплопроводности,
Pz- тангенциальная сила шлифования,
k , s- скорости круга и детали,
b- ширина площадки контакта,
F , y - безразмерная функция распределения от
x / , y m 2 0 x , координата по высоте
круга, m =0.01
0.03 – темп снижения интенсивности
теплообразования, зависящий от свойств материалов
круга и детали.

12.

12
Основные подсистемы шлифовального автомата и
их взаимосвязь
Подсистема
процесса
резания
Подсистема
привода
вращения
инструмента
Подсистема
привода
вращения
детали
Вспомогательн
ая подсистема
Подсистема
привода
подачи бабки
инструмента
Подсистема
управления
Несущие элементы
конструкции
Sуд – упругая деформация системы,
Д, к – время оборота детали и круга
аД– снимаемый припуск, Fy радиальная составляющая силы
резания, vc, - скорость суппорта
поперечной подачи шлифовального
круга, jy – жесткость упругой
системы по координате y
Модель процесса врезного внутреннего
шлифования:
1- шлифовальный круг,
2- обрабатываемая деталь,
3- суппорт подачи

13.

Функциональная схема динамической системы шлифовального станка
13
Fд(t)
Шпиндельный
узел
детали
vп(p)
Процесс
шлифования
FP*(t)
xд(t)
FP(t)
Шпиндельный
узел
инструмента
xи(t)
FД(р), FИ(р) – возмущающие
воздействия; vП(р) – скорость
подачи круга; FР(р) – сила
резания;; хД(р), хИ(р) –
приведенные к плоскости
резания смещения ШУ детали
и ШУ инструмента.
Fи(t)
Обобщенная структурная схема процесса врезного шлифования (по В. Н. Михелькевичу)
vc
1
(1 e p д )
p
a0
ад
Fр
Kрез
(1 e p д )
sуд
Wус(p)

14.

Уточненная математическая модель динамической системы
Уточненная модель съема припуска
C r h
S l b r H arcsin 1
r C1 2h
2
X
l r arcsin
r
r
C1 r h
C
C r h
r arcsin 1
r C1 2h
2
N V FY K шл r0 Vc nt
FY
2
t
V r r0 Vc nt
2
где
д
угловая скорость вращения детали
r r0 Vc nt К сп r0 Vc nt
Vc
r0 Vc nt
2
2
Где: r0 –радиус отверстия в заготовке (в момент начального соприкосновения круга и шлифуемой детали);
a – шаг спирали Архимеда, принятый равным величине расчетной подачи суппорта Vc шлифовального
станка за один оборот детали , nt - количество оборотов, сделанное деталью с момента начального
соприкосновения круга и шлифуемой детали до момента измерения радиуса отверстия.
14

15.

Структурная схема динамической системы
a 0 p a Д p a ИК p aУД p
а0 р
1
Vc р 1 e Д
р
1
аИК р К ИК 1 e Д FY p
р
аУД р КУС 1 e
К рез
p
VC p (1 e
F p
W p Y
Vc p
F p
W p Y
Vc p
p Д
Д
F p
Y
) [1
К рез
р
K рез
p
1 e
p Д
p Д
1 К рез [ К УС 1 e
K рез
p
1
К рез
р
1 e
1 e
1 e
p Д
(К
УС
p Д
p Д
(К
ИК
КУС р)] FY p
Кр 1 e ]
ИК
р К ИК )
pt Д
Структурная схема
15

16.

16
Математическое преобразование формулы передаточной функции
F p
W p Y
Vc p
K рез
p
1
К рез
р
1 e
1 e
p Д
p Д
(К
УС
р К ИК )
Разложим в ряд Пада выражение
е
p Д
с точностью до (2/2
p Д
Д р 2 6 Д р 12
е
Выполним преобразование (1) и получим:
2 2
Д р 6 Д р 12
2
е
Д
1 е
Д
Д2 р 2 6 Д р 12 Д2 р 2 6 Д р 12 Д2 р 2 6 Д р 12
1 2
Д р 6 Д р 12
Д2 р 2 6 Д р 12
K рез
12 Д p
Д2 р 2 6 Д р 12
12 K рез
W p
Д2 р 2 6 Д р 12
K рез
12 Д p
1
K УС р К ИК
p Д2 р 2 6 Д р 12
W p
КС
р 2 Т1 р Т 2
p
12 Д р
KC
Д
6 Д 12 Д K рез K УС
р2
Д2
12 K рез К реж
Д
Т1
12 12 Д K рез K ИК
р
Д2
6 Д 12 Д K реж К рез K УС
Д2
Т2
2
12 12 Д K рез K реж
а2
При введении дополнительного звена запаздывания передаточная
p
КС 1 e
W p 2
функция примет вид
Д
р Т1 р Т 2
W p
a 3 p 3 a2 p 2 a1 p a0
b4 p 4 b3 p 3 b2 p 2 b1 p b0
где ai -bj постоянные коэффициенты.
Д2

17.

Структурная схема динамической системы шлифовального станка
17
WД(р), WИ(р) – передаточные функции шпиндельных узлов детали и инструмента;
FД(р), FИ(р) – возмущающие воздействия; vП – скорость подачи круга;
а(р), аД(р) – припуски заданный и снимаемый; Крез, Креж, Кус – коэффициенты, определяющие процесс резания;
Д – время оборота детали; FР(р) – сила резания; SД, vД – снимаемый припуск и скорость съема припуска;
хД(р), хИ(р) – приведенные к плоскости резания смещения шпиндельных узлов детали и инструмента

18.

Моделирование спектров вибраций динамической системы
WДС (p)
WД (p) WИ (p)
1 Wp (p) WД (p) WИ (p)
W ( j )
2
WДС (р)
h Д Т 2И р 2 2h Д И Т И р h Д h И
Т р 2 Т И р 1
2
И
(h Д h И h Д Т 2И 2 ) 2 4h 2Д 2И Т 2И 2
(1 Т 2И 2 ) 2 4 2 Т 2И 2
2
x 0 ( p)
1
где И 0,5К РЕЗ Д (h Д h И )Т И
W (p) W (p) F (p)
1 W (p) W (p) W (p)
Д
p
Спектр выходного процесса ДС при учете по
одной существенной частоте ШУ инструмента и
ШУ детали и возмущения от дисбаланса круга
(W –круговая частота)
.
18
И
Д
p
И
Спектр выходного процесса ДС при учете по одной
существенной частоте ШУ инструмента и ШУ
детали (W-круговая частота)

19.

Аналитическая оценка передаточной функции по АКФ
19
Для определения передаточной функции ДС W(p) предложен экспериментально-аналитический
метод, сущность которого заключается, во-первых, в определении автокорреляционной функции
(АКФ) Ky(τ) виброакустических колебаний формообразующих узлов станка при обработке при
условии, что ДС возбуждается силой резания, имеющей спектр типа «белый шум» во-вторых, в
построении аналитической модели АКФ путем аппроксимации экспериментальных данных, втретьих, в вычислении передаточной функции из формулы, полученной в работе.
W ( p) W ( p)[ Х ( p) X ( p)] K y ( p) K y( p)
(1)
Для нашего случая, когда входной сигнал ДС есть «белый шум» со спектральной
плотностью Sx(ω)=So=1.
получено выражение для АКФ в виде
n
K y ( )
i 1
n r
B( pi )
Q( p )
pi | |
W
(
p
)[
X
(
p
)
X
(
p
)]
e
W ( pi )W ( pi ) ' i e pi | |
i
i
i
'
A ( pi )
R ( pi )
i n 1
Это выражение определяет установившуюся АКФ выходной величины
n
K y ( )
i 1
B( pi ) B( pi ) pi | |
e
A' ( pi ) A( pi )
путем преобразований, получаем
n
K y ( p)
i 1
Ai
W ( pi )
p pi
n
K y ( p)
i 1
Ai
W ( pi )
p pi
K y ( p) K y ( p) W ( pi )W ( pi )
(2)

20.

определения
запаса
устойчивости
Надежно функционирующаяМетоды
система должна
держаться
от границы
устойчивости на определенном
20
стоянии,
т. е.обладать некоторым запасом устойчивости, необходимым для гарантированного обеспечения
ойчивой
работы системы управления.
Определение «запаса устойчивости» для токарного станка методом D - разбиения
Построение D – кривой и определение «запаса устойчивости»
системы по одному из параметров: А – параметр, влияние которого
на устойчивость определяется; ω – частота
Степень близости замкнутой системы к границе устойчивости измеряется:
в критерии Рауса - Гурвица применительно к характеристическому полиному C 3 s — отличием левых частей
неравенств sgn cn i M i i 1, n от нуля;
в критерии Найквиста — минимальным расстоянием между контурным годографом Wk j и точкой Найквиста (1,j0).
в критерии Михайлова — минимальным расстоянием от годографа
до начала координат (0, j0);
M j
Для определения запаса устойчивости ДС станка при различных режимах обработки, например, подачу круга,
используем критерий Михайлова, достаточно удобный для рассматриваемой замкнутой системы .

21.

Алгоритм идентификации ДС системы шлифовального станка при
21
резании и выборе режима обработки по запасу устойчивости
Измерение
ВА-колебаний
Математическая обработка
Графическая форма АКФ
Аппроксимация АКФ
аналитическими функциями
Аналитическая форма АКФ
Определение передаточной
функции
ДС
Вычисление запаса
устойчивости по критерию
Михайлова
Определение
целесообразности
режима
Корректировка режима
обработки
Контроль качества
обработки колец
в СМТП

22.

22
Идентификация передаточной функции по АКФ
1
0.5
K( )
0
0.5
,
1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
К De cos 0
, где D – дисперсия ССП; 1 – круговая
причем K yy (0) D
частота.
(1)
K yy ( p)
После проведения соответствующих алгебраических операций получим
D ( p )
( p ) 2 12
W ( p)
k
(2)
2
2
р р 0

23.

Аппаратурное обеспечение измерений
Виброизмерительная аппаратура
a
а
Автоматизированная система
вихретокового контроля ПВК-К2М
бб
Размещение вибродатчиков на ШУ станка и узле крепления кольца:
а - бабка изделия, б - шпиндель инструмента
23

24.

Анализ вибраций и качества поверхностного слоя колец при обработке на станке SIW-4
24
Сопоставительный анализ вибрации шпинделя
круга с качеством поверхностей колец.
Сопоставительный анализ вибрации шпинделя
детали с качеством поверхностей колец.
Сопоставительный анализ вибрации шпинделя круга
с качеством поверхностей колец.
Сопоставительный анализ вибрации шпинделя детали
с качеством поверхностей колец.
Тип кольца - 256907; Марка круга – 24A250M1K; СОТС – водный раствор триэтаноламина (1%) и нитрата
натрия (1%); Материал детали ШХ-15; Подача круга -0,6мм/мин, 0,1мм/мин ;
Скорость вращения шпинделя круга – 4500-8000 об/мин; Скорость вращения шпинделя детали – 300 об/мин.
;

25.

Анализ вибраций и качества поверхностного слоя колец при обработке на станке SIW-5
Запись вибраций шлифовального станка SIW-5 с четко
выраженными переходами внутри цикла обработки детали:
черновое шлифование – правка круга - чистовое шлифование выхаживание
25
Запись вибраций шлифовального станка SIW-5
без ярко выраженных переходов
внутри цикла обработки детали
0,35
0,45
0,3
Амплитуда вибраций, мкм
Амплитуда вибраций, мкм
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0,05
0
0
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
Черновая обработка
Правка
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
Частота, Гц
Частота, Гц
Чистовая обработка
Вибрации при шлифовании дорожек качения наружных
колец подшипников 232726Е2М/01 на станке SIW-5 № 332
Качество поверхности-4 балла, Волнистость-1,6 мк
Черновая обработка
Правка
Чистовая обработка
Вибрации при шлифовании дорожек качения наружных колец
подшипников 232726Е2М/01 на станке SIW-5 № 331
Качество поверхности-5 баллов, Волнистость-1,1 мк
Тип кольца – 232736Е2М/01; Марка круга – 25А10НСМ2 ; СОТС - водный раствор триэтаноламина (1%) и нитрата натрия
(1%); Материал детали ШХ-15; Подача круга – черновая 0,4-0,6 мм/мин, чистовая 0,2-0,4 мм/мин;
Скорость вращения шпинделя круга – 4500 – 8000 (об/мин); Скорость вращения шпинделя детали – 150 об/мин;

26.

26
Данные об исследованных станках SIW-5
Номер станка
Тип кольца
Вид обработки
Скорость вращения, об/мин
круга
№ 331
№ 332
№ 322
№ 302
№ 333
№ 395
232726/01
232726/01
32413/01
12318/01
12318/01
2222/01
предварительная
окончательная
предварительная
предварительная
окончательная
окончательная
детали
4500
4500
8000
8000
8000
8000
140
150
Сравнительный анализ динамических характеристик станков SIW-5
Номер станка
Тип кольца
Вид обработки
ОУВ для ШУ круга
(усл.ед.)
ОУВ
для
ШУ
кольца (усл.ед.)
331
232726/01
предварительная
9000
332
232726/01
окончательная
22000
302
12318/01
предварительная
29000
1500
333
12318/01
окончательная
60000
2500
332
32413/01
предварительная
30000
2000
395
2222/01
окончательная
7500
180

27.

Автокорреляционные функции при обработке на шлифовальном станке SIW-5
а – черновой проход; б – чистовой проход
Автокорреляционные функции при обработке на шлифовальном станке SIW-5
а – черновой проход; б – чистовой проход
27

28.

Типичные виды спектра и автокорреляционной функции
отфильтрованных виброакустических колебаний
Подача 0,3 мм/мин
Подача 0,4 мм/мин
28

29.

Типичные виды спектра и автокорреляционной функции
отфильтрованных виброакустических колебаний
Подача 0,5 мм/мин
Подача 0,6 мм/мин
29

30.

Аппроксимация экспериментально полученной АКФ
и вычисление передаточной функции
30
С достаточной для практики точностью автокорреляционная функция была аппроксимирована формулой
(1)
0
где А К 0 , - коэффициент затухания экспоненты, - круговая
частота низкочастотной составляющей АКФ (огибающей), 0
1
1
K A e cos 0 e cos 0 e cos 0
2
2
К Аe
1 cos cos
p
p
p
1
1
K p A
2
2
2
2
2
2
p 0 2 p 0 2 p 0
К р
р
2
2 р р 0
2
0
2
р
2
2
0
2
После алгебраических преобразований формулы с учетом формулы
К К W W
получаем для передаточной функции замкнутой ДС шлифовального станка выражение
W3 p A
p
2
p
p 0 p 2 0 2
0
Или в форме многочлена:
где ai – bj постоянные коэффициенты.
2
0
2
0 0
2
a 3 p 3 a2 p 2 a1 p a0
W p
b4 p 4 b3 p 3 b2 p 2 b1 p b0
(2)

31.

Оценка запаса устойчивости по годографу Михайлова
для различных подач на станке SIW-5
M ( j ) j 0 j 0
2
2
2
2
31
Или в форме многочлена:
a 3 p 3 a2 p 2 a1 p a0
W p
b4 p 4 b3 p 3 b2 p 2 b1 p b0
ω0=900 сек -1
R( )
X ( ) 2 Y ( ) 2
- Качество поверхности, в баллах
- Запас устойчивости, в усл. ед.
R(ω)*10^-10
= 67 сек -1
8
7
6
5
4
3
2
1
0
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,3
0,4
0,5
Подача, мм/мин
0,6

32.

Контроль динамического состояния станков как элемент системы
мониторинга
Контроль динамического состояния станков
по уровню вибраций в условиях производства
Обучающий эксперимент
Контроль состояния
Измерение уровня и спектра вибраций
узлов станков обучающей выборки
Измерение уровня
и спектра вибраций
станков
Математическая обработка и
формирование оценок динамического
состояния
Математическая обработка и
вычисление оценок
динамического
состояния
Определение эталонного по
динамическому состоянию каждой
модели динамическому состоянию
станка
Сравнение реальных
оценок с эталонными
для каждой модели станка
В базу данных СМТП
Информация
о качестве
обработки
колец
Лицо,
принимающее
решение
Формирование сообщения о
динамическом состоянии станков с
балльной оценкой
В базу данных СМТП
Принятие
решения
о ремонтнопрофилактических
работах
Информация
о качестве
обработки
колец
32

33.

33
Применение ВА контроля в системе мониторинга для
определения рациональных режимов шлифования.

34.

Связь скорости съёма припуска с качеством обработки поверхности для станка SIW-4
34
Запас устойчивости
ω0=1000 с-1;
Ω= 120 с-1
8
7
6
5
4
3
2
1
0
18
- Запас устойчивости, в усл. ед.
76
113
170
Скорость съёма припуска, мкм/с
- Оценка качества, в баллах
8
0,4
6
0,3
4
0,2
2
0,1
0
- Шероховатость

35.

Корректировка периодичности правки шлифовального круга на станке SIW-3
Обобщенная структурная схема процесса врезного
внутреннего шлифования
k ðåç
p
W p ( p)
1 k ðåç(1 e
p g
(1 e
p g
)
Изменение величины силы
резания в процессе шлифования
1 – с затуплением круга; 2 – с самозатачиванием круга.
h
Wè ( p) 2 2 u
, Wg ( p) hg
Tu p 2 uTu P 1
k
) Wóñ( p) èê2 (1 e p ê )
ð
W p ( p)
W ус ( p) Wu ( p) Wg ( p)
k *ðåç S
T p 2 Tp 1
2
2
x 0 ( p)
,
Запас устойчивоти
7
6
5
4
3
2
1
6
5
4
3
2
1
0
0
2
9
10
Номер кольца
W (p) W (p) F (p)
1 W (p) W (p) W (p)
Д
p
7
1
35
12
13
И
Д
p
И
- Качество поверхности,
в баллах
- Запас устойчивости, в
усл. ед.

36.

Временная реализация вибрации (а), спектр вибрации (б),и результаты вихретокового контроля (в),
при обработке первого, девятого и тринадцатого после правки круга кольца на станке SIW-3
Черновая
подача
Чистовая
подача
1 кольцо
1 кольцо,
чистовая подача
Загрузка
детали
Правка
круга
2 кольцо
Черновая
подача
Чистовая
подача
9 кольцо
9 кольцо,
чистовая подача
Загрузка
детали
Правка круга
10 кольцо
36
а)
12 кольцо
13 кольцо,
чистовая подача
13 кольцо
б)
в)

37.

Результаты теоретических исследований и компьютерного моделирования, представленные в данной 37
работе, позволяют сделать следующие выводы:
1.Анализ научно-технической информации по вопросу обеспечения качества шлифовальной
обработки колец подшипников показал недостаточную эффективность существующих методов
управления технологическим процессом и позволил обосновать целесообразность контроля ВА
характеристик станка для обоснования выбора режима шлифования, в частности подачи круга, что
способствует повышению качества обработки и производительности технологического оборудования.
2. Разработан и обоснован метод идентификации замкнутой динамической системы шлифовального
станка при обработке колец подшипников по автокорреляционной функции виброакустических
колебаний формообразующей подсистемы при воздействии на сигнала типа «белый шум », что
позволяет определить передаточную функцию системы при различных подачах круга.
3. Разработана технология построения модели динамической системы шлифовального станка в виде
передаточной функции, связывающей силу резания с подачей круга, с использованием уточненной
модели съема припуска по кривой, близкой к спирали Архимеда, на основе которой моделированием
получены спектры регистрируемых колебательных процессов на выходе системы при воздействии на
входе силы резания со стохастической составляющей типа «белый шум».
4. Разработана методика для определения рационального режима предварительного шлифования
колец подшипников по максимальному запасу устойчивости динамической системы при изменении
подачи круга, что позволяет получить заданную однородность физико–механических свойств
поверхностного слоя дорожек качения колец подшипников, определяемую вихретоковым методом.
5. Результаты экспериментальных исследований, проведенных на шлифовальных станках SIW-3, SIW4 и SIW-5 в условиях эксплуатации, установили связь между запасом устойчивости и качеством
обработки поверхностного слоя (в баллах), определяемых при различных подачах, что позволило
определить рациональную подачу, при которой ДС имеет наибольший запас устойчивости, заданное
качество и наибольшую производительность.

38.

38
6 Практическая реализация метода идентификации ДС в производственных условиях
. позволила обосновать, во-первых, допустимую скорость съема припуска при шлифовании
колец, обеспечивающую заданные качества поверхностного слоя, во-вторых, увеличить
вдвое период правки. Полученные результаты позволяют определить максимальное
значение подачи круга для каждого станка и внести эти значения в систему мониторинга, а
также повысить стабильность параметров качества поверхностного слоя колец на 15-20%,
сократить брак и предотвратить образование прижогов в поверхностном слое.