Спосіб визначення коефіцієнта усадки стружки при точінні в умовах виникнення автоколивань

Реферат: Спосіб визначення коефіцієнта усадки стружки при точінні в умовах виникнення автоколивань включає отримання стружки при заданій подачі та глибині різання і визначення коефіцієнта усадки стружки. Вимірюють довжину хвиль на поверхні різання оброблюваної деталі і довжину хвиль на вільній поверхні стружки та визначають коефіцієнт усадки стружки за формулою: l .  lстр UA 114007 U (12) UA 114007 U UA 114007 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до галузі операцій обробки металів різанням, конкретно стосується способу визначення коефіцієнта усадки стружки при точінні з метою оптимізації режимів обробки в умовах виникнення автоколивань. Відомий спосіб визначення коефіцієнта усадки стружки [1], що полягає у його розрахунку на основі вимірювання геометричних параметрів структурних елементів стружки та переднього кута різання. Недоліками даного способу є великі затрати часу на проведення вимірювань геометричних параметрів структурних елементів стружки, що мають малі розміри та обумовлює використання мікроскопічного та мікрометричного обладнання. Прототипом вибраний відомий спосіб визначення коефіцієнта усадки стружки [2], що розраховується за фактичними значеннями габаритних розмірів поперечного перерізу стружки, а також значеннями наступних режимів обробки: глибина різання t та подача на оберт So. Такий підхід дозволяє без використання складного високоточного обладнання за короткий час отримати значення коефіцієнта усадки стружки з високою точністю. Недоліком даного способу є неможливість його використання в умовах виникнення автоколивань, оскільки стружка має хвилясті вільну та контактну поверхні у відповідності до вібраційних переміщень різця при різанні, що обумовлює змінну фактичну товщину стружки. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки способу визначення коефіцієнта усадки стружки в умовах точіння, що супроводжується виникненням автоколивань за мінімальний час без використання мікроскопічного та мікрометричного обладнання. Вирішення поставленої задачі досягається тим, що коефіцієнт усадки стружки при точінні в умовах виникнення автоколивань визначається за відношенням довжини хвиль на поверхні різання оброблюваної деталі до довжини хвиль на вільній поверхні стружки. Використання довжини хвиль на поверхні різання оброблюваної деталі як характеристики довжини зрізаного шару метала дозволяє з високою точністю визначати коефіцієнт усадки стружки шляхом аналізу фактичної траєкторії руху різця в умовах виникнення автоколивань без безпосереднього застосування мікроскопічних та мікрометричних засобів вимірювання. Хвилі на вільній поверхні стружки мають значні габаритні розміри, що суттєво спрощує процес вимірювання їх довжини на відповідному оптичному обладнанні. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей - застосування довжини хвиль вібраційних переміщень різця дозволяє з високою точністю та мінімальними затратами часу визначити фактичну величину коефіцієнта усадки стружки при точінні в умовах виникнення автоколивань. Це забезпечує усій заявленій сукупності ознак відповідність критерію "новизна" та приводить до нових технічних результатів. Аналоги, які містять ознаки, що відрізняються від прототипу, не знайдені, рішення явним чином не випливає з рівня техніки. Ідея корисної моделі пояснюється на кресленнях, де зображена схема поздовжнього точіння в умовах виникнення автоколивань (Фіг. 1) та схема поздовжнього перерізу стружки (Фіг. 2), яка утворюється в даних умовах обробки. Відомо [3], що коефіцієнт усадки стружки характеризує зміну геометричних розмірів зрізаного шару матеріалу при перетворенні у стружку. При точінні (Фіг. 1) в умовах виникнення автоколивань, основною причиною яких є регенеративне збудження, на поверхні різання утворюється хвилястий профіль. Довжина цих хвиль l залежить від швидкості обертання деталі n та періоду автоколивань Т різця в горизонтальному напрямку перпендикулярно поверхні різання (в площині XY). Оскільки регенеративний ефект обумовлює зрізання шару матеріалу товщиною, що постійно змінюється відповідно до закону коливального руху різця, при перетворенні у стружку остання також має змінну товщину (Фіг. 2) в діапазоні від amin до amax . За рахунок пластичної деформації металу в зоні різання (усадки стружки), стр стр довжина частини зрізаного шару матеріалу в межах довжини однієї хвилі на поверхні різання l зменшується до відповідної довжини частини стружки lстр . Отже, коефіцієнт усадки стружки визначається наступним відношенням: l , (1)  lстр де l - довжина хвиль на поверхні різання оброблюваної деталі; lстр - довжина хвиль на поверхні стружки. 55 В прикладі реалізації наведено визначення коефіцієнта усадки стружки при точінні на токарному верстаті 16К20 в умовах виникнення автоколивань. Для цього на різцетримачі встановлювали пристрій для дослідження фізики явища автоколивань при токарній обробці [4], 1 UA 114007 U 5 10 15 20 25 30 35 40 що дозволяє записувати фактичну траєкторію руху різця. В патроні закріплювали циліндричну заготовку розмірами L=130 мм, D=100 мм, що виконано з матеріалу Сталь 45 (НВ170). Різання проведено в умовах виникнення автоколивань: глибина різання t=2 мм, подача на оберт S0=0,15 мм/об, діаметр обробки D=68 мм, частота обертання шпинделя з заготовкою n=656 об/хв, швидкість різання V=140 м/хв. При виконанні досліджень використовували різальну пластину з наступною геометрією: передній кут γ=0°, головний задній кут α=8°, головний кут в плані φ=90°, допоміжний кут в плані φ1=7°, радіус при вершині r=0,2 мм, кут нахилу різальної кромки λ=0°, величина фаски зносу по задній поверхні f=0,2 мм, матеріал пластини Т5К10. Датчики пристрою було підключено до персональної ЕОМ через аналого-цифровий перетворювач мод. Е-140. На персональній ЕОМ завантажували програму Lgraph2.34, що дозволяє працювати із зазначеним АЦП. Після включення режиму запису верстат включали на обробку і проводили повздовжнє точіння заготовки, по закінченні якого в даній програмі зберігали записані осцилограми у бінарному файлі, який далі піддавався математичній обробці за допомогою відповідного програмного забезпечення (наприклад: GNU Octave, MathLAB). З цією метою складали програму обробки на відповідній мові програмування, що виконувала завантаження бінарного файлу, перегляд записаних осцилограм, їх масштабування, виділення фрагментів у часі, обчислення параметрів коливань різця в горизонтальному напрямку (періоду коливань Т та амплітуди А). За отриманими даними обчислювали довжину хвиль на поверхні різання оброблюваної деталі за формулою: l=T·V·1000/60=0,001023·140·1000/60=2,39 мм, (2) де Т = 0,001023 с - період коливань різця в горизонтальному напрямку для даних умов обробки; V=140м/хв - швидкість різання. Довжину хвиль на вільній поверхні стружки вимірювали на оптичному мікроскопі МБС-9, яка становила lстр =1,02 мм. Величина коефіцієнта усадки стружки становила: l 2,39    2,34 . lстр 102 , Виходячи з вищесказаного можна зробити висновок, що технічне рішення, яке заявляється, задовольняє критерію "Промислове застосування". Джерела інформації: 1. Патент № 1673273 СССР, МКВ В 23В 1/00. Способ определения коэффициента усадки стружки /Е.В. Бояринцев, О.Г. Моисеенко; заявл. -28.03.1988, опубл. - 30.08.1991, Бюл. № 32, 1991 -3 с. 2. Патент № 3444 Україна, МКВ В 23В 1/00. Спосіб визначення коефіцієнта усадки стружки /П.А. Усачов, О.В. Засименко; заявл. -03.03.2004, опубл. - 15.11.2004, Бюл. № 11, 2004 -2 с. 3. Мазур Н.П. Основы теории резания материалов /Мазур Н.П., Внуков Ю.Н., Грабченко А.И., Доброскок В.Л., Залога В.А., Новоселов Ю.К., Якубов Ф.Я. //Учебные пособия: Учебник НТУ "ХПИ", 2013. 4. Внуков Ю.Н. Устройство для исследования физики явления автоколебаний при токарной обработке /Ю.Н. Внуков, С.И. Дядя, М.В. Кучугуров, Э.В. Кондратюк //Інформаційні технології в освіті, науці та виробництві: збірник наукових праць - Одеса: Наука і техніка. - 2014. - Вип. 2(7). с. 38-48. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб визначення коефіцієнта усадки стружки при точінні в умовах виникнення автоколивань, що включає отримання стружки при заданій подачі та глибині різання і визначення коефіцієнта усадки стружки, який відрізняється тим, що вимірюють довжину хвиль на поверхні різання оброблюваної деталі і довжину хвиль на вільній поверхні стружки та визначають коефіцієнт усадки стружки за формулою: l ,  lстр де l - довжина хвиль на поверхні різання оброблюваної деталі; lстр - довжина хвиль на поверхні стружки. 2 UA 114007 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3