УДК 621.6.09

УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ НА ВЗАИМНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ЗАГОТОВКИ И ИНСТРУМЕНТА

Хафизова Резеда Анваровна
Набережночелнинский филиал «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ»
студент

Аннотация
Современные реалии производства требуют эффективности автоматизированного управления точностью формообразования деталей на этапах технологического проектирования. Это возможно лишь с использованием имитационного математического моделирования. Само моделирование процессов формообразования базируется на более мелких моделях процессов, протекающих при снятии части материала. В данной статье предлагается подход учета влияния температурных деформаций при моделировании взаимного положения заготовки и инструмента, при моделировании лезвийной обработки.

Ключевые слова: моделирование процесса формообразования, сила резания, СПИД, температурные диформации


ACCOUNTING FOR THE EFFECT OF THE STIFFNESS OF THE MACHINE SYSTEM ON THE MUTUAL POSITION OF THE WORKPIECE AND TOOL

Hafizova Rezeda Anvarovna
Naberezhnye Chelny branch «Kazan National Research Technical University named after A.N.Tupolev- KAI»
student

Abstract
Modern realities of production require the effectiveness of automated control of the accuracy of the shaping of parts at the stages of technological design. This is possible only with the use of simulation mathematical modeling. The very modeling of the processes of formation is based on smaller models of processes that take place when removing a part of the material. In this paper, we propose an approach for taking into account the influence of temperature deformations in the simulation of the mutual position of the workpiece and the tool, in the modeling of blade machining.

Keywords: cutting force, simulation of the process of formation, temperature deformation


Библиографическая ссылка на статью:
Хафизова Р.А. Учет влияния температурных деформаций на взаимное положение заготовки и инструмента // Современная техника и технологии. 2017. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2017/04/13151 (дата обращения: 29.05.2017).

Руководитель: к.т.н., доцент, доцент каф. естественно-научных дисциплин (ЕНД) Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева (Набережные Челны) Балабанов И.П.

Практически все действующие предприятия машиностроения были созданы в условиях государственной собственности. Государство обеспечивало плановые заказы на выпускаемую продукцию по утверждённым планам, но оно же создавало условия для их выполнения по части обеспечения ресурсами. В стабильных условиях деятельности основной задачей производства был выпуск продукции требуемого качества в заданные сроки. Для этого было достаточно иметь утверждённые стандартизованные формы технологической документации, и поддерживать требуемую технологическую точность оборудования по типовым методикам. Вся система управления, включая информационную базу и подготовку специалистов, создавалась для решения задач обеспечения требуемой точности [1].
По мере развития рыночных отношений и внедрения на предприятиях систем менеджмента качества, требования к управлению существенно изменились:
– требуется оптимизировать не только загрузку рабочих мест в каждом плановом периоде, но и непосредственно режимы обработки;
– требуется обеспечить дополнительные гарантии исключения брака;
– требуется максимально снижать себестоимость выпускаемой продукции;
– требуется вести учёт расхода ресурсов и трудозатрат по рабочим местам.
Таким образом, сими задачи управления становятся значительно более сложными. Кроме того, требуется принимать решения максимально оперативно, при этом с минимальными затратами. Чтобы обеспечить это, требуется не только повысить качество проектирования, но и наладить новый уровень управления в действующих технологических процессах, а также организовать постоянную подготовку и передачу технологической информации для автоматизированного планирования. Исходя из того, что результативность управления определяется глубиной моделирования содержания отдельных процессов деятельности, предложено в качестве базового объекта управления выбрать каждую отдельную операцию, выполняемую в режимах производственного задания на отдельном рабочем месте. В связи с этим типовыеe. задачи информационного обеспечения на рабочих местах предлагается сформулировать в следующем виде: прогнозирование комплекса показателей точности производительности и экономичности обработки с учётом действительного текущего состояния технологических систем на рабочих местах [1].
В данной статье предлагается рассмотреть учет влияния температурных деформаций на взаимное положение заготовки и инструмента. Изменения температуры ТС порождают дополнительные пространственные относительные перемещения ее исполнительных поверхностей и, как следствие, добавочные слагаемые погрешности динамической настройки [5].
Основным источником образования тепла в ТС является механическая работа, затрачиваемая на резане [4], и работа, на преодоление сил трения, возникающих в стыках движущихся деталей станка. К этому добавляется тепло, образующееся в гидравлических и электрических системах станка и поступающее из окружающей среды, воздуха, расположенных поблизости других станков, нагревательных устройств, фундамента и т.д.

Перечисленные источники тепла оказывают различное влияние на точность обрабатываемых деталей. Тепло, образующееся в зоне резания в значительной степени уходит в стружку. Часть его уходит через режущий инструмент, меняя его температуру, а следовательно, размеры. Часть тепла удаляется в окружающую среду через обрабатываемую деталь. Тепло, образующееся от трения в станке, изменяет температуру его деталей и тем самым их относительное движение и положение при работе в станке. Все вместе взятое порождает температурные деформации ТС.

Для определения средней избыточной температуры корпуса или его отдельных стенок с учетом теплоотвода в сопрягаемые детали можно рассчитать по формуле:

где Vср – средняя избыточная температура корпуса; Q – количество тепла, образующегося в корпусе, Вт; F – площадь нагруженной поверхности корпуса, м2; α1 и α2 – коэффициенты теплопередачи, Вт/(м2.К); f – площадь соприкосновения с сопрягаемыми деталями, м2; u – периметр теплопроводящей поверхности сопряженных деталей, м; λ- коэффициент теплопроводности, Вт/(м.К).

Деформация корпуса на участке, входящем в надлежащую размерную цепь ТС

где h – расчетный размер, мм; α – коэффициент линейного расширения, 1/оС; Vср – средневзвешенная температура стенки на расчетном участке, оС.

Для подсчета линейных деформаций валов и ходовых винтов может быть использована формула:

где i – текущая координата измеряемой длины вала.

Все приведенные формулы пригодны для условий свободного расширения тел, и подсчитанные по ним величины температурных деформаций практически получаются отличными как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения.

Приведенные выше цифры показывают, что температурные деформации станков оказываются во многих случаях соизмеримыми с допусками на обрабатываемые детали. Температурные деформации режущих инструментов оказывают в ряде случаев существенное влияние на точность обрабатываемых деталей.

Опыты показали, что влияние переднего и заднего углов резца и радиуса скругления r значительно меньше, чем влияние режимов резания (V, s, t). Существенное влияние на удлинение резца оказывают величина его вылета, поперечное сечение и толщина пластинки твердого сплава. Сокращение вылета, увеличение сечения пластинки твердого сплава способствует сокращению удлинения. Это объясняется тем, что первые два мероприятия способствуют ускоренному отводу тепла, получаемое резцом, а последнее – сокращения количества тепла, отводимого в резец из-за меньшей теплопроводимости твердого сплава по сравнению с теплопроводностью материала резца.

Температурные деформации обрабатываемых деталей оказывают во многих случаях решающее значение на получение требуемой точности. Количество тепла, переходящего в обрабатываемую деталь, зависит главным образом от режимов резания. У большинства обрабатываемых деталей производится постепенная обработка отдельных участков одной поверхности или одновременно нескольких поверхностей. Благодаря этому источник тепла, образующийся в зоне резания, непрерывно или с прерывами перемещается по обрабатываемой поверхности детали. Это обстоятельство вызывает неравномерный нагрев обрабатываемой детали и, как правило, изменение не только ее размеров, но и геометрической формы.

Происходит это оттого, что деталь, нагреваясь в процессе обработки, искажает свою форму из-за невозможности свободного расширения вследствие ее закрепления. Поэтому деталь обрабатывается в деформированном состоянии, приобретает погрешность вследствие деформаций во время охлаждения.

В результате рассмотренного явления получается искажение формы обрабатываемой детали, установленной между неподвижными центрами станка, либо закрепленной консольно, вызывает дополнительные деформации и также приводит к образованию погрешностей формы. Расчеты показывают, что температурные деформации деталей соизмеримы в ряде случаев с допусками на их обработку.


Библиографический список
  1. Балабанов Игорь Петрович. Автоматизированная система управления формообразованием на основе моделирования процесса формирования отклонений комплекса показателей точности: На примере токарных операций: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 05.13.06, 05.03.01.– Набережные Челны, 2006.– 181 с.: ил. РГБ ОД, 61 06–5/3325
  2. Балабанов И.П., Зиянгирова Л.Ф., Сафаров Д. Т. Моделирование процесса растачивания отверстия // Информационные технологии. Автоматизация. Актуализация и решение проблем подготовки высококвалифицированных кадров (итап-2012): сб. статей. – Набережные челны, 2012 –  С. 9-16.
  3. Balabanov I P, Balabanova O N, Groshev A V, Formation of initial data of the workpiece batch in simulation modeling precision forming, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 86, Issue 1, 26 June 2015
  4. Савин И.А. Формирование базы данных вариантов материала режущей части инструмента и метода его поверхностного упрочнения/И.А. Савин//Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева/НГТУ им. Р.Е. Алексеева. -Нижний Новгород, 2012. №3. -С. 97-105
  5. Касьянов С.В., Кондрашов А.Г. Результативный и экономичный мониторинг показателей точности автокомпонентов//Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии: сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн. конф., посвященной 50-летию кафедры технологи машиностроения ЛГТУ, 17 -19 мая 2012 г./под общ. ред. проф. А.М. Козлова. Ч. 2. Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012. С. 246 -249.
  6. Балабанов И.П., Симонова Л.А., Зиятдинов Р.Р., Романовский Э.А., Браун В.С., Заморский В.В. Актуальные вопросы математического моделирования: Идеи. Методы. Решения, 2016.


Все статьи автора «Хафизова Резеда Анваровна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: