Вернуться в список работ

Разработка программы для определения частоты вращения шпинделя, общей для наладки инструментов с различными характеристиками инструментального материала

Коваленко В.И. Лобко А.А. (ДонГТУ, г. Донецк, Украина)

Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ, 2001, Вып. 16. С. 253-258.

In activity the calculation of rotational speed of a mandrel is executed at processing of parts such as body of revolutions with simultaneous usage of many tools on a lathe at the identical and different characteristics of a instruments stuffs

Одним из наиболее производительных методов обработки является использование многоинструментальных наладок, что сокращает время на изготовление детали. Особенностью указанного метода применительно к токарной обработке является необходимость определения общей для всей наладки частоты вращения шпинделя. Ввиду актуальности указанного вопроса расчетом многоинструментальных наладок исследователи занимаются в течение длительного времени [1 - 4].
Для определения частоты вращения шпинделя, общей для наладки инструментов, используются различные методики, например [3 - 4]. В соответствии с методикой [3] частота вращения шпинделя определяется из условия обеспечения наибольшей производительности с использованием аналитических зависимостей; подразумевается, что все инструменты, входящие в наладку, имеют одинаковую характеристику инструментального материала (в аналитической зависимости «стойкость T - скорость резания V» Формула1 показатель степени мю = conct).
По методике [4] вычисляется экономически обоснованная, общая для наладки, частота вращения шпинделя. Основные положения этой методики даны также для случая мю = conct; для наладок с различными характеристиками инструментального материала (мю = var, например, мю1 , мю2 ) методом подбора определяется единая для наладки значение ?общ . В настоящей работе разработана программа для определения частоты вращения шпинделя, общей для наладки инструментов с различными характеристиками инструментального материала; при этом количество групп инструментов с одинаковым показателем мю, входящих в общую наладку, практически не ограничено.
Рассмотрим последовательность определения экономически обоснованной (общей для наладки) частоты вращения шпинделя вначале для случая мю = conct, а затем рассмотрим особенности расчета для случая мю = var.
Для выполнения расчета необходимо иметь схему обработки детали с использованием многоинструментальной наладки, а также конструктивно-технологические характеристики обрабатываемых поверхностей: диаметры и длины поверхностей, значения глубин резания, характеристики инструментального материала (значения ?), нормативные стойкости режущих инструментов и т.п.
Расчет общей для наладки частоты вращения шпинделя для случая мю = conct выполняется в следующей последовательности (пункты 1 – 5 выполняют для каждого i-го инструмента наладки; остальные пункты расчета относятся к наладке в целом).
1) Определяют частоту вращения шпинделя, соответствующую скорости V100 (V100 – скорость резания, которая соответствует стойкости инструмента, равной 100 мин.):

формула2

где Di – диаметр обрабатываемой поверхности.
2) Пропорциональный износу инструмента (при V100i) расчетный коэффициент:

формула2

3) Коэффициент резания:

формула2

где Lrezi – длина резания i – го инструмента;

Lсуп –ход суппорта.
4) Фактическое время обработки каждой из поверхностей:

формула2

где Тнi – нормативная стойкость.
5) Фактическое значение коэффициента, пропорционального износу инструмента:

формула2

6) После вычисления вышеприведенных параметров определяют коэффициент, пропорциональный суммарному износу всех инструментов наладки:

формула2

где n – количество инструментов в наладке.
7) Вычисляют общую для наладки частоту вращения шпинделя:

формула2

Расчет общей для наладки частоты вращения шпинделя для случая мю = var выполняется в следующей последовательности. Все инструменты, входящие в наладку, подразделяются на группы таким образом, чтобы в каждой группе находились инструменты с одинаковым значением показателя степени мю. Далее, для групп инструментов с одинаковым мю, таким же образом, как и для случая с мю = conct, находится общее для данной группы расчетное значение частоты вращения шпинделя n1, n2, … nj . Затем определяют общую для инструментальной наладки (то есть для всех групп инструментов) частоту вращения шпинделя nобщ , используя нижеследующую аналитическую зависимость:

формула2

где n1, n2,… nj – частота вращения j-й группы инструментов с постоянным мю . Разработанная программа (на языке программирования Turbo Pascal) компоновка которой приведена на рис. 1, позволяет выполнять расчет общей для инструментальной наладки частоты вращения шпинделя nобщ для любого из возможного вариантов: с одинаковыми и различными характеристиками инструментального материала. В последнем случае (то есть для мю = var) частота вращения шпинделя nобщ определяется по выражению (8) методом подбора. Запуск программы осуществляется файлом andr.exe. После ввода исходных данных (количество резцов, диаметры обрабатываемых поверхностей, скорости резания V100) производится определение частоты вращения шпинделя, фактическое время обработки каждой из поверхностей, фактическое значение пропорционального износу инструмента коэффициента и другое. После анализа частот вращения шпинделя n1, n2,… nj производится автоматическое определение предельных (минимальной nmin и максимальной nmax) частот. С определенным шагом (в цикле) выполняются вычисления до тех пор, пока не будет получена заданная точность получаемого результата. Для этого вычисляется безразмерная величена А:

формула2

где к – количество групп инструментов с различными мю ; ni – частота вращения шпинделя при данном мю. На каждом шаге вычислений определяется отклонение (по модулю) величины А от 1:

формула2

Величина отклонения Y сравнивается с допустимой погрешностью вычислений эпсела :

формула2

В качестве окончательного значения принимается частота вращения шпинделя, для которой вычисленная погрешность Y минимальна и меньше заданной погрешности эпслела .
Работу программы проиллюстрируем на примерах расчета многоинтрументальной наладки, схема которой приведена на рис. 2, при обработке поверхностей вала на токарном многорезцовом полуавтомате.

формула2
Рис. 2. Схема обработки вала с использованием многоинструментальной наладки

Пример расчета 1. Используются инструменты с одинаковым значением показателя степени мю . В табл. 1 для каждого из четырех резцов приведены исходные данные для расчета: соответствующая стойкости Т = 100 мин скорость резания V100 , диаметр обрабатываемой поверхности Di, показатель степени мю , нормативная стойкость Тнi
Таблица 1. Исходные данные

Резец №V100iDiмюТнiLreziLсуп
144.590.4.60.15.58.
248.832.54.60.50.58.
348.832.54.60.50.58.
448.832.54.60.50.58.

Результаты обработки программой исходных данных приведены в табл. 2.

Таблица 2. Результаты вычислений

Резец №n100W100iTrezWi
1157.3871629.7820.25915.517252.897
2477.95519.1630.86251.7249.912
3477.95519.1630.86251.7249.912
4477.95519.1630.86251.7249.912

В результате расчета получено: nэк = 243.980 => 244 об/мин.

Пример расчета 2. Используются инструменты с различными значениями показателя степени при других (по сравнению с примером 1) условиях обработки. В табл. 3 приведены соответствующие исходные данные, а в табл. 4 – результаты расчета программой. Таблица 3. Исходные данные

Резец №V100iDiмю ТнiLreziLсуп
144.590.3.60.15.58.
248.832.53.60.50.58.
348.832.54.60.50.58.
448.832.54.60.50.58.

Результаты обработки программой исходных данных приведены в табл. 2.

Таблица 2. Результаты вычислений

Резец №n100W100iTrezWi
1664,9145,1160.2615.370,786
21488,7110,2040.8551.2330,104
3477.95519.1630.86251.7249.912
4477.95519.1630.86251.7249.912

В результате расчета получены значения частот вращения шпинделя для каждой из групп инструментов с постоянными значениями показателя мю : n3 = 702 об/мин и n?4 = 474 об/мин. Общие для всей многоинструментальной наладки частоты вращения шпинделя (и соответствующие значения погрешностей вычислений) равны: n = 441 об/мин (Y = 0,00281) и n = 442 об/мин (Y = 0,00570). Окончательно принимаем частоту вращения шпинделя n = 441 об/мин, для которой погрешность вычисления минимальна и меньше заданной предельной величины (эпсела = 0,005).
Список литературы: 1.. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник/ В.И. Баранчиков, А.В. Жаринов, Н.Д. Юдина и др.; Под общ. ред. В.И. Баранчикова. – М.: Машиностроение, 1990. – 400 с. 2. Справочник технологамашиностроителя. В 2-х т. Т. 2. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985. 496 с. 3. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М.: Машиностроение, 1973. 640 с. 4. Темчин Г.И. Многоинструментные наладки. Теория и расчет. Машгиз. М.: 1963 – 544с.