Уменьшение волнистости поверхности при точении за счет прогнозирования и снижения уровня автоколебаний тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Белов, Евгений Борисович

• Белов, Евгений Борисович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Белов, Евгений Борисович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОПИСАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ТОЧЕНИИ МЕТАЛЛОВ

1.1 Влияние геометрических параметров качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин

1.2 Колебания в технологической системе как источник появления волнистости на обработанной поверхности

1.3 Классификация колебаний в технологической системе

1.4 Вынужденные колебания

1.5 Причины возникновения автоколебаний

1.5.1 Регенеративный эффект

1.5.2 Координатная связь

1.5.3 Нелинейность системы

1.6 Выводы. Цель и задачи исследований

ГЛАВА 2 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА АВТОКОЛЕБАНИЙ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ

2.1 Структура и состав модели для описания колебаний

2.1.1 Математическая модель колебаний с учетом координатной связи

2.1.2 Математические модели нелинейной системы

2.1.3 Учет вынужденных колебаний

2.2 Математические модели для расчета силы резания

2.2.1 Общие положения

2.2.2 Обзор экспериментальных моделей силы резания

2.2.3 Аналитические модели силы резания

2.2.4 Эмпирические модели силы резания

2.3 Определение параметров технологической системы при расчете автоколебаний

2.4. Анализ факторов, влияющих на автоколебания в системе

2.4.1. Влияние режимов резания на колебания

2.4.2. Влияние геометрии режущего инструмента на колебания

2.4.3. Влияние характеристик технологической системы

2.4.4. Влияние вынужденных колебаний

2.4.5. Учет нормальной силы резания

2.5 Выводы

ГЛАВА 3 РАСЧЕТ УСТАНОВИВШИХСЯ АВТОКОЛЕБАНИИ МЕТОДОМ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ЛИНЕАРИЗАЦИИ (МГЛ)

3.1 Краткое описание метода

3.2 Анализ автоколебаний в одномассовой системе с одной степенью свободы. Первая гармоника

3.3 Анализ автоколебаний в одномассовой системе с одной степенью свободы. Вторая гармоника

3.4 Анализ автоколебаний в одномассовой системе с двумя степенями свободы. Моногармонические колебания

3.5 Анализ автоколебаний в одномассовой системе с двумя степенями свободы. Две гармоники колебаний

3.6 Выводы

ГЛАВА 4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ГАРМОНИЧЕСКОЙ ЛИНЕАРИЗАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОПЕРАЦИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

4.1 Области использования

4.2 Устранение колебаний при точении вала

4.3 Снижение амплитуды автоколебаний при обработке вагонной оси

4.4 Управление параметрами волнистости при обработке штока

4.5 Алгоритм управления автоколебаниями и волнистостью обработанной поверхности

4.6. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акт внедрения результатов научно-технических и

технологических работ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Патент на полезную модель

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Свидетельство об официальной регистрации программы для

ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Дипломы участника конференций

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Уменьшение волнистости поверхности при точении за счет прогнозирования и снижения уровня автоколебаний»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Аналитический обзор литературных данных показывает, что основными операциями обработки наружных поверхностей деталей являются точение, фрезерование и абразивная обработка. Полученные с использованием этих методов обработки детали, применяются во все возможных узлах и деталях механизмов и машин.

Геометрические параметры качества обработанных поверхностей оказывают значительное влияние на служебное назначение детали и ее жизненный цикл. При этом волнистость обработанной поверхности, как переходной элемент между точностью и шероховатостью, является одним из важнейших критериев качества детали. На операциях механической обработки, формирование макроотклоненй и шероховатости достаточно хорошо изучено и представлено в работах многих отечественных и зарубежных ученых. Что же касается волнистости обработанных поверхностей, то вопросы ее прогнозирования исследованы достаточно хуже. Это связано с тем, что на параметры волнистости нет ГОСТа и обычно на чертежах деталей не нормируются. В то же время доказано, что степень их влияния на эксплуатационные свойства деталей достаточно высока и для некоторых деталей имеет превалирующее значение. В связи с этим прогнозирование высотных и шаговых параметров волнистости поверхностей на операциях механической обработки имеет огромное практическое значение.

Основной причиной появления волнистости являются колебания в технологической системе, которые подразделяются на вынужденные и автоколебания. Источниками возмущающих сил вынужденных колебаний являются: неравномерный припуск на обработку, неуравновешенность вращающихся частей технологической системы, прерывистый характер процесса резания и др. Эти колебания наиболее изучены и достаточно легко устранимы. К автоколебаниям относятся такие вибрации, у которых переменная сила,

поддерживающая колебательный процесс, создается и управляется самими колебаниями. То есть появление автоколебаний не связано с какой-либо внешней периодической возмущающей силой, они являются самовозбуждающимися.

Основными источниками возникновения автоколебаний являются, регенеративный эффект при резании по следу обработки, координатная связь, вызываемая взаимным влиянием колебаний по различным координатам и нелинейность зависимости силы резания от параметров режима резания, и параметров технологической системы. Вынужденные колебания оказывают влияние на автоколебания, приводя к их генерации или наоборот - к их гашению.

Для прогнозирования автоколебаний и волнистости обработанной поверхности необходимо численное решение дифференциальных уравнений, что требует значительных вычислительных ресурсов. Имеющиеся методы решения дифференциальных уравнений требуют продолжительного времени даже на современной вычислительной техники в связи с расчетом переходного процесса.

В связи с этим эффективно использование специальных подходов, таких как метод гармонической линеаризации. Позволяющий значительно сократить время расчета автоколебаний и параметров волнистости обработанной поверхности.

Для прогнозирования автоколебаний так же необходим расчет динамической составляющей силы резания. Однако существующие модели для ее расчета либо слишком сложны (теоретические модели), либо обладают низкой точностью и ограниченным диапазоном применимости (эмпирические модели).

Все это свидетельствует о том, что экспериментальное определение геометрических параметров качества обработанных поверхностей и, в том числе, параметров волнистости не решает всех проблем с возможностью обеспечения заданных эксплуатационных параметров деталей. В то же время одной из основных причин нестабильности эксплуатационных свойств деталей машин является наличие волнистости на их поверхностях. Именно волнистость вызывает неоднозначность влияния шероховатости на процессы контактирования тел, изменяя триботехнические свойства, величину натяга при сборке и т.п. Поэтому

управление процессом возникновения волнистости, прогнозирование ее параметров при механической обработке является достаточно актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является: снижение волнистости обработанной поверхности, за счет моделирования автоколебаний при наружном точении и разработки комплекса технических и программных средств для прогнозирования их параметров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выявить основные факторы, влияющие на возникновение автоколебаний, а также на образование волнистости обработанной поверхности при наружном точении.

2. Разработать имитационную динамическую модель для прогнозирования автоколебаний и волнистости обработанной поверхности при точении, с учетом режима резания и параметров технологической системы.

3. Создать методику расчета установившихся автоколебаний и формирования волнистости обработанной поверхности на основе метода гармонической линеаризации.

4. Произвести экспериментальную проверку математических моделей и методик расчета вибраций и волнистости обработанной поверхности при обработке деталей на токарных обрабатывающих центрах.

5. Разработать алгоритм для снижения амплитуды автоколебаний на операциях наружного точения и внедрить результаты исследований на производстве.

Научная новизна

1. Разработана математическая модель для расчета нелинейных автоколебаний в нормальном и тангенциальном направлении с учетом координатной связи и вынужденных колебаний.

2. На основе метода гармонической линеаризации предложены способы расчета автоколебательных явлений и волнистости обработанной поверхности, позволяющие прогнозировать параметры процесса установившихся колебаний.

3. Создан алгоритм снижения амплитуды колебательных явлений и волнистости обработанной поверхности при наружном точении.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Разработано программное обеспечение, позволяющее прогнозировать волнистость обработанной поверхности еще на этапе проектирования технологической операции точения, за счет параметров, имеющихся в распоряжении технолога. (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015616943).

2. Предложены практические рекомендации, позволяющие снижать амплитуду вибраций, возникающих в процессе механической обработки деталей на токарных обрабатывающих центрах.

Методология и методы исследования

Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории резания, теории автоматического управления и математического моделирования. Экспериментальные результаты получены с использованием современного аналитического оборудования. Достоверность результатов расчетов проверялась экспериментально в производственных и лабораторных условиях с использованием современной измерительной техники (сертифицированной и поверенной).

Степень достоверности и апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на совместных научных семинарах кафедр «Технология автоматизированных производств» и «Общая технология машиностроения» АлтГТУ им. И.И. Ползунова с 2006 по 2015 год, на Международной научно-технической конференции «Современные технологические системы в машиностроении» (Барнаул - 2006), на У1-й Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука и молодежь» (Барнаул - 2009), на У11-й Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов

и молодых учёных «Наука и молодёжь» (Барнаул - 2010), на VIII-й Всероссийской научно-технической конференции «Наука и молодёжь» (Барнаул - 2011), на XIII-й Международной научно-практической конференции «Modern Technologies of Engineering», выпуск 6 (Харьков - 2011), 3-й Международной молодежной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» (Барнаул - 2012), 4-й Международной молодежной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» (Новосибирск - 2013), на II-й Международной научно-практическая конференция «Актуальные проблемы в машиностроении» (Новосибирск - 2015), на VII-й Научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» (Кемерово - 2015), на Международной научно-технической конференции «Современный направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении. Механообработка. (Севастополь - 2015), XII Международной научной конференции «Applied Mechanics and Materials» (Switzerland, 2015).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в 17-ти печатных работах, из них две - в журналах, входящих в перечень ВАК, две в зарубежных изданиях, в том числе одна в издательстве Scopus, получен один патента РФ на полезную модель и одно свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 104 наименований и 4 приложений. Объем диссертации 157 страниц, в том числе 88 рисунка и 5 таблиц.

ГЛАВА 1 ОПИСАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ТОЧЕНИИ

МЕТАЛЛОВ

1.1 Влияние геометрических параметров качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин

Эксплуатационные свойства деталей машин на протяжении всего их жизненного цикла в значительной мере определяются качеством поверхностного слоя этих деталей. По мнению А.Г. Суслова и А.А. Маталина [65, 87] именно геометрические параметры качества поверхности детали определяют ее служебное назначение. Значительное влияние качества поверхности детали на ее эксплуатационные свойства отмечается многими исследователями в области технологии машиностроения [65, 87, 89]. Так, например, А.М. Дальским [23] отмечается, что на эксплуатационные свойства деталей влияют на только высотные параметры шероховатости, но и особенности ее строения. И это влияние является существенным, несмотря на малые значения высотных параметров шероховатости и волнистости.

Для количественной оценки трения и износа поверхностей, а также и определения контактной жесткости при их сопряжении многие авторы [46, 63] моделируют эти поверхности набором стержней, пирамид, сфер, конусов и т.п. Так, например, в работах С.Ю. Илюхина [37] отмечается, что профилограмма поверхности не отражает ее истинного рельефа. Для решения задач трения и износа необходимо иметь данные о площади контакта поверхностей, которые невозможно получить только из анализа их сечений.

Влияние геометрических параметров поверхностного слоя детали на ее эксплуатационные свойства достаточно подробно проанализировано в работах Ю.Р. Витенберга [13], И.В. Дунина-Барковского [28] и А.Г. Суслова [87, 88]. На рисунке 1.1 приведена классификация основных эксплуатационных свойств деталей. Степень влияния на них геометрических параметров качества и, в том

числе, волнистости обработанной поверхности, может значительно отличаться и связана со служебным назначением детали и ее поверхностей.

□ Контактные деформации

□ Трение и износ

□ Герметичность соединений

□ Усталостная прочность

□ Коррозионная стойкость

□ Прочность посадок с натягом

□ Прочность сцепления с покрытием

□ Отражательная способность и т.п.

Рисунок 1.1 - Эксплуатационные свойства детали, на которые оказывают влияние параметры ее поверхностного слоя

Волнистость обработанной поверхности и ее шероховатость оказывают превалирующее влияние на контактные деформации и жесткость при их соединении. Неровности поверхностей определяют дискретный характер их контакта. По мнению А. Г. Суслова [87], площадь соприкосновения поверхностей не превышает 1%—10% от номинальной их площади. Поэтому геометрические параметры поверхностного слоя - макроотклонения Н^^Ир, волнистость Wz, Wp, Smw; шероховатость Ra, Sm, ^ - являются наиболее важными при определении контактных деформаций. Кроме того, на контактные деформации деталей также значительное влияние оказывает взаимное расположением следов обработки. Им получено аналитическое выражение для средней площади выступа:

1 Я I Я

' 1 И —+—

у Ппоп Ппр у

д _ _ т т тп тп _ Д поп "пр у

440ХП"'"С*У (1Л)

где ^ - относительная опорная длина профиля на уровне средней линии в поперечном направлении, Sm-средний шаг неровностей в поперечном направлении, Rp - высота сглаживания в поперечном и продольном направлениях в поперечном направлении, Цп, Smn, Rpmn - аналогичные параметры в продольном направлении, ппоп и ппр - эмпирические коэффициенты.

На основе экспериментальных исследований получены оценки коэффициентов этой зависимости для различных методов обработки. Так, например, для точения, фрезерования, строгания в поперечном направлении характерны п < 1, в продольном направлении п = 4, для шлифования в поперечном и продольном направлениях — п < 2.

Модель может применяться для различных методов обработки. Полученные аналитические зависимости позволяют оценить влияние различных технологических факторов на контактные явления. Недостатками модели является наличие эмпирических коэффициентов, я также невысокая точность полученных моделей.

Оценка контактных явлений с помощью классических параметров шероховатости не всегда является достаточно эффективным подходом. Некоторые исследователи предлагают более развитые алгоритмы. Так, например, в работе [10] предлагают использовать функции распределения ординат профиля (шаблоны функций распределения). Однако такой подход еще более усложняет моделирование контактных явлений.

Значительный рост возможностей вычислительной техники и программного обеспечения в настоящее время создает предпосылки для построения новых, в том числе и имитационных алгоритмов оценки контактных явлений на основе геометрических параметров поверхностного слоя деталей. А это требует, в свою очередь, создание методик прогнозирования волнистости и шероховатости обработанной поверхности.

Аналогичные тенденции можно выявить и при анализе триботехнических характеристик при взаимодействии нескольких поверхностей. При этом геометрические характеристики поверхностей - волнистость и шероховатость -

обусловливают практически все аспекты и характеристики явлений трения и износа.

В уплотнительных узлах трение и износ в значительной мере определяются, наряду с материалами контактирующих поверхностей, их микрогеометрией [37, 46,66]. При увеличении высоты волнистости и шероховатости силы трения также значительно возрастают. Эта зависимость наиболее ярко выражена при повышении рабочего давления. Удержание смазки на трущихся поверхностях и характер ее работы также сильно зависит от геометрии поверхности. Использование регулярного рельефа для удержания смазки поверхностей трения [80] требует введения дополнительных операций механической обработки, что удорожает технологический процесс изготовления изделия. Кроме того, при формировании регулярного рельефа волнистость поверхности заготовки может свести на нет все преимущества этого подхода. Поэтому прогнозирование волнистости поверхности необходимо для решения задач трения и износа и в этом случае.

В процессе трения и износа микрогеометрия контактирующих поверхностей может изменяться. По литературным данным [91] изменение шероховатости может составлять до 65-75%. Если же на исходной поверхности имеется волнистость, то процесс приработки будет иметь неоднородный характер, что может значительно повлиять на работоспособность конструкции. Аналогичным образом к нестационарности явлений трения и износа могут привести и изменения остаточных напряжений и других физико-механических свойств поверхности [40] при наличии на ней волнистости.

На формирование волнистости оказывают значительное влияние изменения сил резания в процессе обработки, которые в значительной мере определяются износом инструмента [46]. А сам износ инструмента также зависит от геометрических характеристик его поверхности.

Наиболее подробно геометрические параметры качества поверхностей можно описать ее топографией [90]. Однако сложность ее использования и, в том числе, измерения существенно осложняют практическое использование данного подхода.

Кроме влияния на процесс контактирования, геометрические параметры качества поверхности могут являться концентраторами напряжений и снижать усталостную прочность деталей. В таблице 1.1 приведено сравнение пределов выносливости стальных деталей в зависимости от качества ее поверхности. Процесс еще более усложняется, если на поверхности имеется волнистость. Экспериментальные данные показывают, что усталостная прочность зависит не только от высоты, но и шаговых параметров волнистости. Относительная длина профиля на уровне средней линии также является показателем, оказывающим существенное влияние на предел выносливости [40].

Таблица 1.1 - Шероховатость поверхности и усталостная прочность стальных деталей [82]

Вид шероховатой поверхности Предел выносливости, %

Тонко полированная 100

Грубо полированная 90

Тонко шлифованная 88

Грубо шлифованная 70

После прокатки 35

Для более точной оценки работы деталей при знакопеременных нагрузках (циклическая прочность) используют метод конечных элементов. При этом для численного моделирования необходимо задавать значения геометрических параметров качества поверхности детали.

На коррозионную стойкость деталей в большей мере влияет шероховатость поверхности детали [87]. Традиционным способом повышения этой стойкости является нанесение защитных покрытий. Повышенная волнистость на поверхности детали может затруднить процесс нанесения таких покрытий, повысить их расход, а также сохранность деталей в процессе эксплуатации.

Геометрические параметры качества поверхностного слоя деталей оказывают

значительное влияние на напряжения при сборке посадок с натягом. Связано это с тем, что гребешки шероховатости сминаются и снижение натяга можно определить по формуле: 5 см = + Яг2) [42]. Эффект особенно существенен

при сборке цилиндрических и конических поверхностей. На процесс смятия значительное влияние оказывает волнистость и отклонения формы поверхности. Именно эти параметры вызывают нестационарность процессов сборки и в дальнейшем могут повлиять на процесс эксплуатации узла в целом.

В таблице 1.2 показана тенденция снижения натяга в зависимости от параметров шероховатости сопрягаемых поверхностей. Анализ цифровых данных показывает, что снижение натяга при шероховатости Яа= 1,25...2,5 мкм составляет 5см=15...24 мкм, что может существенно отражаться на прочности соединения. Волнистость поверхности и отклонения формы дополнительно снижают ее несущие свойства.

Таблица 1.2 - Параметры снижения натяга сопрягаемых поверхностей [38]

Яа 5, см Яа 5, см

Мкм Мкм

2,5 10 24 0,63 3,2 7,7

1,25 6,3 15 0,32 1,6 3,8

Многие авторы отмечают, что влияние шероховатости поверхности детали на ее эксплуатационные свойства невозможно оценить только по классическим параметрам шероховатости. Поэтому и вводятся комплексные и комбинированные параметры, критерии и рекомендации, включающие в себя множество параметров. В качестве примера в таблице 1.3 приведены рекомендации по качественному влиянию различных характеристик поверхностного слоя детали на ее эксплуатационные свойства.

По мнению И.В. Дунина-Барковского [28] для решения эксплуатационных задач необходимы зависимости, связывающие параметры: - эксплуатационные показатели с рельефом поверхности или его профилем;

- рельеф поверхности с технологическими факторами;

- влияние технологического наследования с рельефом поверхности;

- профильную информацию о неровностях поверхности с пространственной системой неровностей.

- параметры, характеризующие неровности поверхности.

Проблема использования обычных профилограмм для построения зависимостей, связывающих геометрические параметры качества с эксплуатационными свойствами деталей, осложняется еще и тем, что экспериментальное определение этих параметров с помощью обработки профилограмм может вносить значительные погрешности [12, 28]. Эти погрешности вызываются следующими причинами:

- Щуп профилографа имеет определенную геометрию, которая может искажать измеряемый профиль: радиус при вершине щупа сглаживает мелкие неровности профиля, а его конусная часть искажает резкие перепады.

- Щуп профилографа имеет определенные динамические свойства: масса, момент инерции, жесткость датчика, скорость его движения и т.п. Это создает при измерении динамические погрешности, определяемые частотными характеристиками щупа.

- Аппаратура для измерения и фиксации профилограмм также обладает определенными частотными свойствами и погрешностями. Оснащение промышленных профилогафов аналоговыми фильтрами низких или высоких частот часто не улучшает, а усложняет процесс измерений, создавая дополнительные погрешности.

- Время измерения параметров профилограмм весьма значительно и требует использования специальных дорогостоящих и сложных приборов в сочетании со специальной подготовкой поверхностей для измерения.

- Ограниченность базовой длины вызывает значительный разброс при повторных измерениях параметров профиля даже в пределах одного участка поверхности.

Таблица 1.3. Влияние параметров поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей машин [87]

Эксплуатационное свойство Геометрические параметры Физико-механические свойства

Макроотклонение Волнистость Шероховатость Микротвердость Остаточные напряжения

Hmax Wz Wp 8,^ Ra (Ъ) Rmax Rp Sm S ^0 00

Контактная жесткость: первое нагружение - - - - - +* + 0 +* 0 +* 0

Повторные нагружения - - - - - +* + * 0 - 0 - 0

Коэффициент трения + +* + +* - + + +* - - + 0 - 0

Износостойкость - - + - - +* + * + +* 0 +* 0

Герметичность соединений - - - - - + - - 0 - 0

Прочность посадок - - - - - +* - 0 0 - 0

Усталостная прочность 0 0 0 0 0 - + - + * 0 +* +* +* +*

Коррозионная стойкость 0 0 - - + - - 0 + * +* - -

+/- - увеличивающее ими уменьшающее влияние; * - основное влияние; 0 - не оказывает влияния.

Все это свидетельствует о том, что экспериментальное определение геометрических параметров качества обработанных поверхностей и, в том числе, параметров волнистости не решает всех проблем с возможностью обеспечения заданных эксплуатационных параметров деталей. В то же время одной из основных причин нестабильности эксплуатационных свойств деталей машин является наличие волнистости на их поверхностях. Именно волнистость вызывает неоднозначность влияния шероховатости на процессы контактирования тел, изменяя триботехнические свойства, величину натяга при сборке и т.п [75,99,100]. Поэтому управление процессом возникновения волнистости, прогнозирование ее параметров при механической обработке является достаточно актуальной задачей.

1.2 Колебания в технологической системе как источник появления волнистости на обработанной поверхности

Под волнистостью поверхности понимают совокупность периодически повторяющихся неровностей, у которых расстояния между смежными возвышенностями или впадинами превышают базовую длину I.

Волнистость характеризуется высотой и шагом волны (рисунок 1.2), профиль волны поверхности близок к синусоидальному. Высота волны Wz наиболее существенно влияет на эксплуатационные свойства деталей, поэтому она оценивается при большом увеличении (более 1000-3000 раз). Для измерения высоты Wz и шага волны Sw, используют профилографы со специальной пластинкой вместо опорного шарика и с удлиненной трассой (до 125 мм), а также интерференционные приборы.

В настоящее время не имеется ГОСТа, описывающего параметры волнистости. Основные параметры волнистости Sw, Wz, Wmax указаны в стандарте ISO 4287:1997 «Геометрические характеристики изделий» [88], где: Wmax - максимальная высота волнистости Wz - средняя высота волнистости по десяти точкам Sw - средний шаг волнистости

Рисунок 1.2 - Параметры волнистости

Направление неровностей после обработки резанием: высота, форма и угол наклона неровностей не определяют полностью геометрию поверхности. Важной геометрической характеристикой является направление неровностей после обработки резанием, она по-разному влияет на изнашивание при одних и тех же параметрах шероховатости поверхности [93,94,95]. Волны могут образовываться на детали в двух взаимно перпендикулярных направлениях, в связи с чем рекомендуется различать продольную и поперечную волнистость (рисунок 1.3)

[23].

Продольная волна

Рисунок 1.3 - Образование волнистости на поверхности детали при токарной обработке

Продольная волнистость возникает в результате вибрации технологической системы, а поперечная волнистость вызывается неравномерностью подачи, неправильной заточкой режущего инструмента, неравномерностью его износа. В любом случае волнистость определяется условиями выполнения технологического процесса и метода обработки.

В процессе механической обработки заготовок наряду с необходимыми движениями, обеспечивающими скорость резания и подачу, непременно происходят нежелательные взаимные перемещения инструмента и заготовки, приводящие к образованию волнистости поверхности [88]. Например, при точении наружной поверхности помимо главного вращательного движения и поступательного движения подачи инструмента имеют место линейные гармонические колебания последнего в радиальном направлении, на поверхности детали будут образованы продольные (совпадающие с направлением главного движения) и поперечные (перпендикулярные ему) волны (рисунок 1.3). Обозначив циклическую частоту главного движения ю=пп/30 (п - частота вращения заготовки, об/мин) и циклическую частоту колебаний v=2пf (£ частота колебаний инструмента, Гц), можно представить отношение этих частот в виде

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Белов, Евгений Борисович, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акоф, Р. Основы исследования операций / Р. Акоф, М. Сасиени - М.: Мир, 1971. -534 с.

2. Аршинов, В. А. Резание металлов и режущий инструмент / В. А. Аршинов, Г. А. Алексеев - М.: Машиностроение, 1967. - 500 с.

3. Безъязычный, В. Ф. Назначение режимов резания по заданным параметрам качества поверхностного слоя / В. Ф. Безъязычный — Ярославль: 1978. - 86 с.

4. Беляев, Н. М. Сопротивление материалов / Н. М. Беляев - М.: Наука, 1976. -608 с.

5. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. — СПб.: Профессия, 2003. - 744 с.

6. Бесекерский В. А. Теория систем автоматического регулирования. / В. А. Бесекерский, Е. В. Попов - М.: Наука, 1992. - 768 с.

7. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. - М.: Машиностроение, 1972. -344 с.

8. Бублик, Б. Н. Основы теории управления. / Б. Н. Бублик, Н. Ф. Кириченко -Киев: Вища школа, 1985. - 328 с.

9. Бусленко, Н. П. Моделирование сложных систем / Н. П. Бусленко - М.: Наука, 1978. - 399 с.

10. Валетов, В. А. Микрогеометрия поверхности и ее эксплуатационные свойства / В. А. Валетов // Вестник машиностроения. 2006. - №4. - С. 39-41.

11. Венцель, Е. С. Исследование операций: задачи, принципы, методология / Е. С. Венцель - М.: Наука, 1988. - 208 с.

12. Верещака, А. С. Анализ некоторых тенденций развития производственных технологических сред / А. С. Верещака // Резание и инструмент в технологических системах: Межд. нучн.техн. сборник. Харьков: НТУ "ХПИ", 2005. - Вып. 68. - С.58-83.

13. Витенберг, Ю. Р. Шероховатость поверхности и методы ее оценки / Ю. Р. Витенберг Л. - М.: Наука, 1971. - 98 с.

14. Вишнякова, О. В. Оптимальные режимы высокоскоростной обработки материалов точением / О. В. Вишнякова // Вестник машиностроения. - 2005, №5. - С. 46-50.

15. Внуков Ю.Н. Определение динамических характеристик нежестких деталей типа защемленных пластин / Запорожье, Украина/ СУЧАСН1 ТЕХНОЛОГИ В МАШИНОБОРУДОВАНН1, - 2011., выпуск 6, - С.6-12.

16. Вовк, Л. П. Компьютерное моделирование контроля качества приповерхностных слоев деталей машин / Л. П. Вовк, А. А. Писанец // Технология машиностроения - 2004. №5. - С. 52-56.

17. Воронцов А.Л, Султан-Заде Н.М. Разработка новой теории резания УДК 621.9.01 /Серия статей "Проблема теории и практики резания" 2003.

18. Горленко, О. А. Технологическое обеспечение стабильных параметров при механической обработке / О. А. Горленко, Е. Н. Фролов // Вестник машиностроения. - 1995. - №1. - С. 32-34.

19. Грубый, С. В. Имитационное моделирование процессов резания и изнашивания инструмента / С. В. Грубый // Вестник машиностроения. 2007. -№7. - С. 38-42.

20. Грубый, С. В. Многофакторная аппроксимация полиномиальными моделями экспериментальных зависимостей резания металлов / С. В. Грубый // Вестник машиностроения. - 2000. - №9. - С. 29-35.

21. Грубый, С. В. Теоретические исследования процесса изнашивания лезвийных инструментов / С. В. Грубый // Вестник машиностроения. - 2006. - №2. - С. 44-50.

22. Давыдов, Э. Г. Исследование операций / Э. Г. Давыдов - М.: Высшая школа, 1990. - 383 с.

23. Дальский, А. М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин / А. М. Дальский — М.: Машиностроение, 1975. - 224 с.

24. Демидович, Б. П. Численные методы анализа / Б. П. Демидович, И. А. Марон - М.: Наука, 1977. - 368 с.

25. Дерябин, В. П. Проектирование, отладка и диагностика технологических процессов в АСТПП / В. П. Дерябин // Вестник машиностроения. — 2008. -№1. - С. 43-45.

26. Древаль, А. Е. Совместное влияние параметров механической обработки на величину составляющих силы резания / А. Е. Древаль, Л. Д. Малькова // Известия вузов. Машиностроение. — 2007. №8. - С. 53-61.

27. Дроздов, Н. А. К вопросу о вибрациях станка при токарной обработке. / Н. А. Дроздов // Станки и инструмент. - 1937. - №22.

28. Дунин-Барковский, И. В. Измерение и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности / И. В. Дунин-Барковский, А. Н. Карташова - М.: Машиностроение, 1978. - 231 с.

29. Дьяченко, П. Е. Исследование зависимости микрогеометрии поверхности от условий механической обработки / П. Е. Дьяченко - М.; 1949. - 126 с.

30. Зайцев, Г. Ф. Основы автоматического управления и регулирования / Г. Ф. Зайцев, В. И. Костук, П. И. Чинаев - Киев: Техника, 1975. - 496 с.

31. Зайченко, И. 3. Автоколебания в гидропередачах металлорежущих станков / И. 3. Зайченко - М.: Машгиз, 1958.

32. Зорев Н.Н. Расчет проекций силы резания. - М.: Машгиз, 1957. -50 с.

33. Зорев, Н. Н. Вопросы механики процесса резания металлов / Н. Н. Зорев - М.: Машгиз, 1956. - 348 с.

34. Зорев, Н. Н. О влиянии свойства материала инструмента на процесс резания / Н. Н. Зорев // Вестник машиностроения, 1953, - № 7.

35. Иващенко, Н. Н. Автоматическое регулирование / Н. Н. Иващенко - М.: Машиностроение, 1973. - 606 с.

36. Ильницкий, И. И. Колебания в металлорежущих станках и пути их устранения / И. И. Ильницкий - Свердловск: Машгиз, 1958. - 105 с.

37. Илюхин, С. Ю. Математические основы моделирования процесса формообразования поверхностей режущим инструментом / С. Ю. Илюхин // СТИН. 2006. - №12. - С. 23-25.

38. Исаев, А. И. Микрогеометрия поверхности при токарной обработке / А. И. Исаев - М.; - Л.: 1950. - 106 с.

39. Кабалдин, Ю. Г. Моделирование динамики процесса резания на основе фрактального и вэйвлет-анализа / Ю. Г. Кабалдин, С. В. Серый, Е. Н. Бур-дасов // Вестник машиностроения. 2006. - №11. - С. 37-44.

40. Кабалдин, Ю. Г. Физические основы высокоскоростного резания / Ю. Г. Кабалдин, С. В. Биленко // СТИН. 2004. - №10. - С. 23-29.

41. Кабалдин, Ю. Г. Синергетика. Нелинейная динамика в технологических системах обработки резанием / Ю. Г. Кабалдин // Вестник машиностроения. 2001. - №12. - С. 49-58.

42. Карпунин, М. Г. Жизненный цикл и эффективность машин / М. Г. Карпу -нин, Я. Г. Любинецкий, Б. И. Майданчик - М.: Машиностроение, 1989. -312 с.

43. Каталог Seco Tools, 2014 - 612 c.

44. Каталог Сандвик Коромант CoroKey, 2013 - 514 c.

45. Каширин, А. И. Исследование вибраций при резании металлов / А. И. Ка-ширин - М.: Изд-во АН СССР, 1964. - 372 с.

46. Козлов, В. И. Анализ влияния относительных колебаний на износ лезвийного инструмента / В. И. Козлов // СТИН. 2008. - №1. - С. 6-14.

47. Козочкин, М. П. Динамика финишной обработки [Электронный ресурс] / М. П. Козочкин. / - 2006. Режим доступа: //www.stankoinform.ru (дата обращения: 28.11.2016).

48. Козочкин, М.П. - Виброакустическая диагностика технологических процессов. - М.: ИКФ «Каталог», 2005. - 196 с.

49. Корчак, С. Н. Производительность процесса точения стальных деталей / С. Н. Корчак - М.: Машиностроение, 1974. - 279 с.

50. Криворучко Д.В., Залога В.А. Моделирование процессов резания методом конечных элементов: методологические основы. - Сумы: Университетская книга, 2012. - 435 с.

51. Кувшинский, В. В. Фрезерование. / В. В. Кувшинский — М., Машиностроение, 1977. - 240 с.

52. Кудинов, В. А. Динамика станков / В. А. Кудинов - М.: Машиностроение, 1967. - 360 с.

53. Кудинов, В. А. Автоколебания на низких и высоких частотах (устойчивость движений) при резании / В. А. Кудинов // СТИН. 1997. - №2. - С. 16-21.

54. Кумабэ Д. Вибрационное резание: Перевод с японского С.Л. Масленникова -М. Машиностроение, 1985. - 424 с.

55. Кушнир В.С. Термомеханическая теория процесса непрерывного резания пластических материалов. - Иркутск: Изд-во Иркутского ун-та, 1982. - 125 с.

56. Кушнир В.С., Бургонова О.Ю. Теория стружкообразования. - Омск: ОмГТУ, - 2011. - 176 с.

57. Лазарев, Г. С. Автоколебания при резании металлов / Г. С. Лазарев — М.: Высшая школа, 1981. - 243 с.

58. Леонов, С. Л. Обработка резанием: учебное пособие / С. Л. Леонов, Е. Ю. Татаркин, Ю. В. Федоров - Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2003. - 104 с.

59. Леонов, С. Л. Основы создания имитационных технологий прецизионного формообразования / С. Л. Леонов, А. Т. Зиновьев — Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006. - 198 с.

60. Леонов, С. Л. Резание металлов [Электронный ресурс] / С. Л. Леонов, Е. Ю. Татаркин, Ю. В. Федоров // Горизонты образования.- 2003. - Вып. 10. -Режим доступа: http://edu. secna.ru/publish/gorizontyobrazovania/ (дата обращения: 15.05.2009)

61. Малкин, А. Я. Скоростное точение закаленных сталей / А. Я. Малкин // - М.: Оборонгиз, 1951. - 185 с.

62. Мальцев, В. Г. Расчет точности точения гладких валов / В. Г. Мальцев // СТИН. -2007. №3. - С. 24-25.

63. Марецкая, В. В. Моделирование технологических процессов механической обработки с использованием программного комплекса "Моделирование в технических устройствах" ("МВТУ") / В. В. Марецкая /Известия вузов. Машиностроение. 2004. - №4. - С. 39-52.

64. Мартин, Ф. Моделирование на вычислительных машинах / Ф. Мартин - М.: Сов.Радио, 1972. - 237 с.

65. Маталин, А. А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин / А. А. Маталин - М.: Мир, 1966. - 252 с.

66. Матвеев, В. В. Проектирование экономичных технологических процессов в машиностроении / В. В. Матвеев, Ф. И. Бойков, Ю. Н. Свиридов — Челябинск: Юж. Урал. кн. изд-во. 1979. - 111 с.

67. Математическое моделирование. / под ред. Дж.Эндрюс, Р.Мак-Лоун. - М.: Мир, 1979. - 277 с.

68. Мир металлообработки. // SANDVIK Coromant. 1997. - № 2. - 44 с.

69. Обухов, A. H. Возбуждение резонансных автоколебаний с использованием параметрического и силового воздействия / А. Н. Обухов /Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. - № 5. - С. 28-29.

70. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Справочник: в 2 т.: Т1 / А. Д. Локтев, И. Ф. Гущин, В. А. Батуев - М.: Машиностроение, 1991. -640 с.

71. Павлов Ю.М., Недашковский В.М., Тихомирова Е.А., Шавырин И.Б. Метод гармонической линеаризации в задаче идентификации нелинейных динамических систем. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, Выпуск № 4 - 2014. С. 382-394.

72. Пановко, Я. Г. Основы прикладной теории колебаний и удара / Я. Г. Па-новко - Львов.: Машиностроение, 1976. - 320 с.

73. Патент Белов Е.Б., Маркова М.И. Сборная фреза со сменными многогранными пластинами: патент на полез. мод. № 74840 МПК В23 С5/00 Российская Федерация, опубл. 20.07.2008, Бюл. № 20.

74. Попов Е.Н. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. - М.: Главная редакция физико-математической литературы, 1973. - 584 с.

75. Прилуцкий, В. А. Технологические методы снижения волнистости поверхностей / В. А. Прилуцкий — М.: Машиностроение, 1982 - 136 с.

76. Розенберг, А. М. Элементы теории процесса резания металлов / А. М. Ро-зенберг, А. Н. Еремин - М.: Машгиз, 1956. - 361 с.

77. Розенберг, Ю. А. Создание нормативов по определению сил резания с использованием теоретических зависимостей процесса резания / Ю. А. Розенберг // Вестник машиностроения. 2000. - №9. - С. 35-40.

78. Сагарда А.А., Ильицкий В.Б., Чеповецкий И.Х., - Киев: Наук, думка, 1979. -244 с.

79. Санкин, Ю. Н. Устойчивость процесса резания на токарных станках / Ю. Н. Санкин, В. И. Жиганов, Н. Ю. Санкин // СТИН. 2006. - №8. - С. 20-24.

80. Сахаров, Б. И. Применение регулярного субмикрорельефа для повышения долговечности твердых смазочных покрытий / Б. И. Сахаров, А. П. Семенов, Н. А. Воронин // Вестник машиностроения. 1988. - №1. - С. 17-20.

81. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ. Леонов СЛ., Белов Е.Б. Расчет автоколебаний при резании металлов: свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 201561943, заявка № 2015613494; зарег. 29.04.2015.

82. Свинин, В. М. Исследование условий возбуждения и гашения регенеративных колебаний в процессе резания / В. М. Свинин // Обработка металлов. 2005. -№ 1. - С. 29-31.

83. Силин С.С. Метод подобия при резании материалов. - М.: машиностроение, 1979. - 152 с.

84. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова - М.: Машиностроение, 1985. - 656с.

85. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

86. Старков, В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве / В. К. Старков — М.: Машиностроение, 1989. - 296 с.

87. Суслов, А. Г. Научные основы технологии машиностроения / А. Г. Суслов, А. М. Дальский - М.: Машиностроение, 2002. - 684 с.

88. Суслов, А. Г. Экспериментально-статистический метод обеспечения качества поверхности деталей машин / А. Г. Суслов, О. А. Горленко - М.: Машиностроение 1, 2003. - 303 с.

89. Чижов, В. Н. Влияние скругления режущих кромок резцов на качество обработанных поверхностей / В. Н. Чижов //Вестник машиностроения. — 1977. - №3. - С. 29-30.

90. Шашок, А. В. Прогнозирование надежности операций токарной обработки по показателям качества изготовляемой продукции / А. В. Шашок // Вестник машиностроения. - 2008. - №3. - С. 41-46.

91. Швец, С. В. Определение параметров шероховатости при точении. / С. В. Швец, М. Б. Яненко //Bicmnc СумДУ. - 2006. - №12. - С. 116-124.

92. Энциклопедия по машиностроению XXL [Электронный ресурс] - Режим доступа: http : //mash-xxl .info/info/421144/ (дата обращения: 22.10.2016).

93. Юркевич В. В. Экспертная система для токарной обработки / Юркевич В. В., Климанов М. М. //Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал. - М.: МГТУ «Станкин», 2009 - №1 (5) - С. 117-123.

94. Ящерицын, П. И. Основы резания материалов и режущий инструмент / П. И. Ящерицын, М. Л. Еременко, Н. И. Жигалко. - Минск : Высшая школа, 1981. - 560 с.

95. Ящерицын, П. И. Основы технологии механической обработки и сборки в машиностроении / П. И. Ящерицын. - Минск : Высшая школа, 1974. - 210 с.

96. Andralojc P., Chajda J., Rucki M. Surface nanotopography measurement. // Висок! технологи в машинобудувании: 36ipHHK наукових праць. — Харьюв, НТУ "ХПГ, 2008. - Вип.2. С. 6-11.

97. Axinte D. A., Belluco W., De Chiffre L., Evalua-tion of cutting force uncertainty components in turning (Анализ самовозбуждающихся автоколебаний при точении), Int. J. Mach. Tools Manuf., 41, 2001 p.719-730

98. Benes J. Инструменты с демпфированием вибрации. // American Machinist. 2007. N1. p. 34 - 36.

99. Field R. Развитие высокоскоростной обработки за последние 5 лет. // Modern Machine Shop. 2002 V. 75. Nr. 4. p. 94 - 98.

100. Mason F. Современные тенденции в измерении геометрических параметров деталей. // Tooling & Production. 2003. V. 69. Nr. 4. p. 24 - 26.

101. Rashid M. et al. Динамическое моделирование жёсткого резцедержателя. // Journal of Engineering Manufacture. N. B8, Vol. 219, 2005. p. 611 -621.

102. Uddin M. et al. Расчёт траектории инструмента.// JSME International Journal. Серия С. 2006. V. 49. Nr. 1. p. 43-49

103. Webzell S. Анализ факторов, влияющих на стойкость инструмента. // Metalworking Production. 2006. V. 150. Nr. 8. p. 65 -66.

104. Wu Petal. Генерирование траектории инструмента по трем осям на станке с ЧПУ. // JSME Int. .J. серия С, 2005. 48. № 1. р. 757-762.