Исследование процесса обработки специальными шлифовальными кругами

Внедрение: 2016 г.

Модули LTR22, LTR212 в составе Установки измерительной LTR были применены [1] при исследовании способа управления силой резания при шлифовании специальными прерывистыми шлифовальными кругами. Данная технология применяется при шлифовании труднообрабатываемых материалов.

Прерывистый шлифовальный круг с упругодемпфирующими элементами (УДЭ) схематично показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Прерывистый шлифовальный круг с УДЭ: 1 – заготовка, 2 – корпус, 3 – УДЭ, 4 – режущий сегмент.

Исследовалось влияние наличия подвижных режущих сегментов и УДЭ на динамику процесса обработки. Измерительный комплекс был построен на базе крейта LTR‑U‑8‑1. Комплекс состоит из динамометра и вибродатчиков. Для измерения силы резания использовался тензометрический датчик ЛХ‑143, позволяющий измерять не только среднее значение, но и колебания силы резания. Для измерения виброускорений использовали виброакселерометры Д16, которые крепились к основанию динамометра с помощью магнитных прижимов. Сигнал с тензометрических датчиков поступал в АЦП LTR212, сигнал с виброакселерометров - в АЦП LTR22.

Обеспечивалось одновременное измерение силы резания и параметров вибраций. Измерения производились в режиме реального времени, результаты измерений передавались на персональный компьютер через USB‑порт, после чего производилась обработка и визуализация данных эксперимента в системе послесеансовой обработки данных ACTest.

В ходе проведения экспериментов замеряли виброускорение, на основании которого двойным интегрированием рассчитывали виброперемещение. Затем производилось преобразования Фурье с целью выявления амплитуд и частот доминирующих гармоник. Аналогично находился спектр переменной составляющей тангенциальной силы резания P_z. Далее полученные спектры сравнивались. На рисунке 2 приведён пример полученных результатов при обработке титанового сплава ВТ6. 

Рисунок 2. Спектры радиальных виброперемещений шлифовального круга относительно заготовки (слева) и переменной составляющей силы P_z.(справа).

Эксперименты показывают, что колебания силы P_z весьма значительны. Наблюдается совпадение доминирующих частот в спектрах виброперемещений и силы P_z, что подтверждает взаимосвязь исследуемых величин. При износе шлифовального круга спектры меняются – амплитуда колебаний на каждой из доминирующих частот увеличивается и появляются дополнительные колебания на частотах 400‑500 Гц, что связано с износом шлифовального круга.

Аналогичные исследования были проведены для прерывистого шлифовального круга с УДЭ. На рисунке 3 представлен полученный спектр силы резания P_z. Амплитуды колебаний силы резания на доминирующих частотах уменьшились. По всей видимости, это объясняется возникновением эффекта демпфирования. 

Рисунок 3. Спектр переменной составляющей силы P_z при использовании УДЭ.

Использование прерывистых кругов с УДЭ открывает новые возможности по управлению процессом шлифования: пиковые величины силы резания демпфируются, амплитуды колебаний переменной составляющей силы резания снижаются, это предотвращает повышенное силовое и тепловое воздействие шлифовального круга на обрабатываемую заготовку, что позволяет повысить эффективность шлифования труднообрабатываемых материалов.

Источник:

Смирнов В.А. Управление силой резания при шлифовании труднообрабатываемых материалов специальными шлифовальными кругами // Современные материалы, техника и технологии. – 2016. – № 2 (5). – С. 181‑186.

Разработчик: Смирнов Виталий Алексеевич (Воткинский филиал Ижевского государственного технического университета имени М.Т.Калашникова)