eng
Выпуск #1/2017
А. Борисов, А. Маслов
Контроль шероховатости поверхности деталей методом виброакустического диагностирования
Контроль шероховатости поверхности деталей методом виброакустического диагностирования
Просмотры: 2438
Приведены результаты экспериментальной проверки возможности контроля параметров шероховатости обрабатываемой поверхности методами виброакустического диагностирования.
Теги: control parameter roughness surface turning vasignal васигнал контроль параметр поверхность точение шероховатость
В работе [1] показана возможность диагностирования и контроля процесса резания по предельному параметру шероховатости обработанной поверхности. Для реализации такого метода был проведен цикл экспериментальных работ.
Исследовалась взаимосвязь показателей виброакустических (ВА) сигналов управляемых параметров шероховатости и управляющих факторов процесса точения жаропрочного сплава ХН77ТЮР (ЭИ437Б): скорость резания v, глубина t (толщина среза по торцу) и подача s на один оборот заготовки.
Эксперименты проводили на токарном станке с ЧПУ модели МК7601 Ф3 класса точности В. Обрабатывали торцы заготовок диаметром 55 мм и длиной 95 мм на следующих режимах резания: n = 300 мин–1, v = 10…58 м/мин, t = 0,5…1,5 мм, s = 0,4…0,16 мм/об. Точение торцовых поверхностей с постоянной частотой вращения дает возможность за один проход получать обработанные поверхности с различными параметрами шероховатости для их последующего измерения по радиусу заготовки.
Для обработки использовали проходные резцы с ромбической пластиной CNMG120404 с углом при вершине e = 93° из твердого сплава КС5010 с покрытием TiAlN для точения труднообрабатываемых сплавов.
Измерения параметров ВА-сигналов выполняли при помощи мобильного диагностического комплекса [2, 3]. Запись параметров ВА-сигналов в те-
чение каждого прохода торцевого точения велась с разбивкой на участки по 7,5 с, во время которых измеряли эффективное (среднеквадратическое − СКЗ) значение амплитуды.
Визуально в спектрах ВА-сигналов выделялись октавные полосы со среднегеометрической частотой 1 и 4 кГц. Для этих октавных полос в исследовании определялись СКЗ амплитуд ВА-сигналов.
На рис. 1 и 2 представлены полученные в ходе исследований зависимости отношения эффективных СКЗ амплитуд в октавах с частотой 1 и 4 кГц от скорости резания и количества проходов торцового точения. Из этих рисунков следует, что отношение амплитуд А = А4 / А1 имеет тенденцию к росту, по мере увеличения количества N проходов (пути резания) и уменьшения скорости резания.
Одновременно с измерением параметров ВА-сигналов измеряли параметры шероховатости обработанной торцовой поверхности. Измерение шероховатости осуществляли сканированием обработанной поверхности на конфокальном микроскопе модели µ-Surf фирмы Nanofocus с бесконтактным способом определения шероховатости и разрешающей способностью 2 нм [4, 5].
Результаты сканирования поверхности оцифровывались в системе координат XYZ и визуализировались в виде 3D-объекта с выводом его на экран монитора. Результаты измерений представлены на рис. 3.
В качестве характеристики шероховатости обработанной поверхности принято среднеарифметическое отклонение неровностей от средней линии профиля Ra на обработанной торцовой поверхности детали из сплава ХН77ТЮР, которая оценивалась по многофакторным статистическим моделям.
Полученные модели представляют собой регрессионные уравнения связи в виде логарифмического полинома первой степени:
ln Ra = 3,32 − 0,241 ´ ln v + 0,637 ´ ln s +
+0,356 ´ ln t − 0,663 ´ ln r, (1)
где r – радиус округления режущей кромки.
Уравнение (1) справедливо для диапазонов входящих аргументов: v = 10…100 м/мин; s = 0,02…0,22 мм/об.; t = 0,05…2 мм; r = 0,4…1,2 мм. Анализ полученной модели позволяет сделать вывод о том, что на формирование микрорельефа обработанной поверхности в процессе точения наибольшее влияние оказывают параметры геометрии резца (r) и режима обработки (v, s, t).
Максимальная ошибка при использовании расчетных моделей не превышает 15%. Область применения уравнения (1) для расчетов Ra лежит в диапазоне 0,63…6,3 мкм.
Для автоматического управления качеством обработки необходимо прогнозирование недопустимого возрастания шероховатости обработанной поверхности.
Методика прогнозирования основана на зависимости отношения амплитуд ВА-сигнала от количества проходов (пути резания). При обработке с переменной скоростью, характерной для обработки торцовых поверхностей, зависимость отношения амплитуд А = А1 / А4 наиболее информативна при диапазоне скоростей резания v = 48…52 м/мин.
В качестве косвенной меры шероховатости поверхности обрабатываемой детали принимали предельное значение отношения амплитуд [А] для диапазона оптимизированных по производительности обработки режимов ре-
зания.
Использовали полученную [1] математическую модель изменения отношения амплитуд А ВА-сигнала от пути резания (LРез) А = 0,587 + 1,067 ´ LРез0,198
для определения количественного критерия отказа по параметру шероховатости информативного диагностического признака.
Для решения задачи предупреждения параметрического отказа при обработке каждой последующей детали в данной партии разработан алгоритм контроля и прогнозирования возможного оставшегося пути резания LОст [4].
ВЫВОД
На основании выполненных исследований и производственных испытаний подготовлены рекомендации по аппаратной части и программному обеспечению устройств системы диагностирования для их встраивания в системы ЧПУ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Маслов А.Р. Диагностирование и контроль процесса резания по предельному параметру шероховатости обработанной поверхности // Контроль. Диагностика. 2011. № 9. С. 49–51.
2. Завгородний В.И., Козочкин М.П., Маслов А.Р., Сабиров Ф.С. Влияние динамических характеристик инструмента и заготовки на результаты виброакустического контроля процесса резания // СТИН. 2010. № 6. С. 13–17.
3. Григорьев С.Н., Козочкин М.П., Сабиров Ф.С., Синопальников В.А. Проблемы технической диагностики станочного оборудования на современном этапе развития // Вестник МГТУ «СТАНКИН». 2010. № 4 (12). С. 27–36.
4. Маслов А.Р. Процессы резания: диагностирование и контроль по состоянию качества обработанной поверхности // Вестник МГТУ «СТАНКИН». 2010. № 4 (12). С. 105–109.
5. Борисов А.А., Маслов А.Р. Влияние сборки инструмента на качество обработанных поверхностей // Надежность технологических систем в машиностроении : Сб. трудов / Под общ. ред. С.Н. Григорьева. — М.: Издательский центр МГТУ «СТАНКИН», 2011. С. 224–228.
БОРИСОВ Александр Александрович –
аспирант кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» МГТУ «СТАНКИН»
МАСЛОВ Андрей Руффович –
доктор технических наук, профессор кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» МГТУ «СТАНКИН»
Исследовалась взаимосвязь показателей виброакустических (ВА) сигналов управляемых параметров шероховатости и управляющих факторов процесса точения жаропрочного сплава ХН77ТЮР (ЭИ437Б): скорость резания v, глубина t (толщина среза по торцу) и подача s на один оборот заготовки.
Эксперименты проводили на токарном станке с ЧПУ модели МК7601 Ф3 класса точности В. Обрабатывали торцы заготовок диаметром 55 мм и длиной 95 мм на следующих режимах резания: n = 300 мин–1, v = 10…58 м/мин, t = 0,5…1,5 мм, s = 0,4…0,16 мм/об. Точение торцовых поверхностей с постоянной частотой вращения дает возможность за один проход получать обработанные поверхности с различными параметрами шероховатости для их последующего измерения по радиусу заготовки.
Для обработки использовали проходные резцы с ромбической пластиной CNMG120404 с углом при вершине e = 93° из твердого сплава КС5010 с покрытием TiAlN для точения труднообрабатываемых сплавов.
Измерения параметров ВА-сигналов выполняли при помощи мобильного диагностического комплекса [2, 3]. Запись параметров ВА-сигналов в те-
чение каждого прохода торцевого точения велась с разбивкой на участки по 7,5 с, во время которых измеряли эффективное (среднеквадратическое − СКЗ) значение амплитуды.
Визуально в спектрах ВА-сигналов выделялись октавные полосы со среднегеометрической частотой 1 и 4 кГц. Для этих октавных полос в исследовании определялись СКЗ амплитуд ВА-сигналов.
На рис. 1 и 2 представлены полученные в ходе исследований зависимости отношения эффективных СКЗ амплитуд в октавах с частотой 1 и 4 кГц от скорости резания и количества проходов торцового точения. Из этих рисунков следует, что отношение амплитуд А = А4 / А1 имеет тенденцию к росту, по мере увеличения количества N проходов (пути резания) и уменьшения скорости резания.
Одновременно с измерением параметров ВА-сигналов измеряли параметры шероховатости обработанной торцовой поверхности. Измерение шероховатости осуществляли сканированием обработанной поверхности на конфокальном микроскопе модели µ-Surf фирмы Nanofocus с бесконтактным способом определения шероховатости и разрешающей способностью 2 нм [4, 5].
Результаты сканирования поверхности оцифровывались в системе координат XYZ и визуализировались в виде 3D-объекта с выводом его на экран монитора. Результаты измерений представлены на рис. 3.
В качестве характеристики шероховатости обработанной поверхности принято среднеарифметическое отклонение неровностей от средней линии профиля Ra на обработанной торцовой поверхности детали из сплава ХН77ТЮР, которая оценивалась по многофакторным статистическим моделям.
Полученные модели представляют собой регрессионные уравнения связи в виде логарифмического полинома первой степени:
ln Ra = 3,32 − 0,241 ´ ln v + 0,637 ´ ln s +
+0,356 ´ ln t − 0,663 ´ ln r, (1)
где r – радиус округления режущей кромки.
Уравнение (1) справедливо для диапазонов входящих аргументов: v = 10…100 м/мин; s = 0,02…0,22 мм/об.; t = 0,05…2 мм; r = 0,4…1,2 мм. Анализ полученной модели позволяет сделать вывод о том, что на формирование микрорельефа обработанной поверхности в процессе точения наибольшее влияние оказывают параметры геометрии резца (r) и режима обработки (v, s, t).
Максимальная ошибка при использовании расчетных моделей не превышает 15%. Область применения уравнения (1) для расчетов Ra лежит в диапазоне 0,63…6,3 мкм.
Для автоматического управления качеством обработки необходимо прогнозирование недопустимого возрастания шероховатости обработанной поверхности.
Методика прогнозирования основана на зависимости отношения амплитуд ВА-сигнала от количества проходов (пути резания). При обработке с переменной скоростью, характерной для обработки торцовых поверхностей, зависимость отношения амплитуд А = А1 / А4 наиболее информативна при диапазоне скоростей резания v = 48…52 м/мин.
В качестве косвенной меры шероховатости поверхности обрабатываемой детали принимали предельное значение отношения амплитуд [А] для диапазона оптимизированных по производительности обработки режимов ре-
зания.
Использовали полученную [1] математическую модель изменения отношения амплитуд А ВА-сигнала от пути резания (LРез) А = 0,587 + 1,067 ´ LРез0,198
для определения количественного критерия отказа по параметру шероховатости информативного диагностического признака.
Для решения задачи предупреждения параметрического отказа при обработке каждой последующей детали в данной партии разработан алгоритм контроля и прогнозирования возможного оставшегося пути резания LОст [4].
ВЫВОД
На основании выполненных исследований и производственных испытаний подготовлены рекомендации по аппаратной части и программному обеспечению устройств системы диагностирования для их встраивания в системы ЧПУ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Маслов А.Р. Диагностирование и контроль процесса резания по предельному параметру шероховатости обработанной поверхности // Контроль. Диагностика. 2011. № 9. С. 49–51.
2. Завгородний В.И., Козочкин М.П., Маслов А.Р., Сабиров Ф.С. Влияние динамических характеристик инструмента и заготовки на результаты виброакустического контроля процесса резания // СТИН. 2010. № 6. С. 13–17.
3. Григорьев С.Н., Козочкин М.П., Сабиров Ф.С., Синопальников В.А. Проблемы технической диагностики станочного оборудования на современном этапе развития // Вестник МГТУ «СТАНКИН». 2010. № 4 (12). С. 27–36.
4. Маслов А.Р. Процессы резания: диагностирование и контроль по состоянию качества обработанной поверхности // Вестник МГТУ «СТАНКИН». 2010. № 4 (12). С. 105–109.
5. Борисов А.А., Маслов А.Р. Влияние сборки инструмента на качество обработанных поверхностей // Надежность технологических систем в машиностроении : Сб. трудов / Под общ. ред. С.Н. Григорьева. — М.: Издательский центр МГТУ «СТАНКИН», 2011. С. 224–228.
БОРИСОВ Александр Александрович –
аспирант кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» МГТУ «СТАНКИН»
МАСЛОВ Андрей Руффович –
доктор технических наук, профессор кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» МГТУ «СТАНКИН»
Отзывы читателей
