Способ управления процессом ультразвукового резания

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС3) Приоритет - Опубликовано 23.11.82. Бюллете делам лэебретеннй43 ДК 621.9.048088,8) еткрмт Дата опубликования описания 28.11.8;1,;(г 111141 ОРд,; 72) Авторы изобретени И. Марков и П. А. Ерма Октябрьскорго Орджоникидзе сковский ордена .Ленина и орден авиационный институт им. С Заявител(54) СПОСОБ УПРАВ,ЛЕНИЯ ПРОЦЕСС У,ЛЬТРАЗВУКОВОГО РЕЗАНИЯ Изобретение относится к машиностроению, и может быть использовано при ультразвуковом резании, особенно при суперфинишировании, хонинговании и шлифовании.Известен способ управления процессом ультразвукового резания, при котором измеряется текущее значение резонансной частоты ультразвукового преобразователя и в соответствии с .ним подстраивается частота напряжения генератора, т. е. осуществляется автоподстройка частоты АПЧ. При этом стремятся обеспечить постоянную амплитуду колебаний инструмента в процессе работы 1.Однако при таком способе управления процессом резания не обеспечивается высокая точность деталей. 15Известен также способ обработки, при котором для автоматического поддержания резонанса в качестве критерия расстройки по частоте выбирается изменение параметра расстройки угла сдвига фаз между ского ростью колебательного движения ультразвуковой системы и возмущающей силой преобразователя 2 .Однако эта система сложна и имеет значительное время переходного процесса. Для управления процессом ультразвукового резания применяют также измерение величины сопротивления нагрузки, основанное на изменении режима колебаний системы путем моделирования активной и реактивной составляющих 3.Однако этот метод весьма трудоемок и применим лишь в лабораторных условиях.Все перечисленные способы не обеспечивают высокой точности геометрической формы детали, которая может быть получена только при наличии функциональной связи величины амплитуды колебаний инструмента с погрешностью геометрической формы детали,Целью изобретения является повышение точности ультразвуковой механической обработки лезвийным и абразивным инструментами путем регулировки амплитуды колебаний инструмента в зависимости от погрешности геометрической формы детали.Эта цель достигается тем, что определяют экспериментально или рассчитывают наибольшее значение радиальной силы прижима за один оборот заготовки или двойной ход инструмента, определяют резонансную частоту колебательной системы с за 975338готовкой, соответствующую наибольшей силе прижима 1 ри устанавливают частоту генератора 1 ч равной 1 рмаксНа фиг. 1 показано изменение радиальной силы прижима Рк, приложенной к преобразователю хонинговальной головки 5 для наружного хонингования за один оборот заготовки, в зависимости от величины биения поверхности заготовки радиусом К;на фиг. 2 - зависимость резонансной частоты колебательной системы с заготовкой 1 р от силы прижима Р,; на фиг. 3 - амплиГ10 тудно-частотные характеристики (АЧХ) колебательной системы при различных силах прижима (кривая 1 соответствует Р=О, кривая 2 - Рп Ркривая 3 показывает изменение амплитуды от частоты при силе прижима Рп = Рп макс, на фиг, 4 - копии осциллограм записи радиуса заготовки К и амплитуды колебаний алмазного бруска.С увеличением биения заготовки, т. е, с увеличением Л Й (Л К = Кмакс - К мин )20 возрастает разница между Рп макс (сила прижима при К макс) и Рп мин (и ла прижима при К ), а с увеличением силы прижима Ррастет резонансная частота 1 р (фиг. 2), При увеличении силы прижима АЧХ смещается в сторону увеличения частоты (фиг. 3). За один оборот заготс)вки при суперфинишировании, или за один двойной ход инструмента при хонинговании, из-за изменения силы прижима от и мин до Рн макс (фиг. 1) резонансная ЗО частота колебательной системы синхронно изменяется от 1 рдо 1 риакс , а АЧХ перемещается из положения 2 в положение 3. Если частота генератора 1 установлена равной 1 рк то в момент нахождения под инструментом наибольшего припуска амплитуда колебаний инструмента равна смаке .Уменьшение припуска сопровождается понижением силы прижима до Рсмещением АЧХ в положение 2 и понижением амплитуды до м, При этом регулиров ка амплитуды колебаний инструмента в зависимости от погрешности геометрической формы заготовки осуществляется без применения специальных регулирующих устройств.Значение резонансной частоты колеба тельной системы с обрабатываемой заготовкой 1 р к при максимальной силе прижима заготовки можно определить по предварительно снятой зависимости 1 р от Р, (фиг, 2).50Сила Р,может быть рассчитана. Она зависит от величины биения детали ЛК, жесткости крепления преобразователя Ср, жесткости центров станка Сц и других факторов.В первом приближении можно принять, 55Ьчто Рк маркс = Рп + ---- ц --- , гдез 2 К+сцГ коэффициент К = 1 - 1,3 учитывает массу преобразователя, заготовки и частоту ее вращения, а Рд - сила прижима, заданная в соответствии с техпроцессом. Для заготовок диаметром менее 100 мм и стержневого преобразователя коэффициент К равен 1,3,Настройку ультразвуковой колебательной системы при использовании способа осуществляют в следующей последовательности: измеряют погрешность геометрической формы заготовки или партии заготовок ЛК; измеряют или рассчитывают Рп,к, по зависимости 1 р от Рп определяют 1 р макс устанавливают частоту напряжения генератора 1 равной 1 р максНапример, если жесткость крепления преобразователя Сд -- 2 10 н/мм, жесткость центров станка Сц -- 1 1 Офн/мм, заданная по технологическому процессу сила прижима Рк = 560 н, ЛК = 0,08 мм,907 Н. По графику фиг. 2 определяем что при Рд ак -- 907 н, 1 р макс составляет 17,24 кГц.При 1 г -- 1 рмкс -- 17,24 кГц за Олин оборот детали при ультразвуковом наружном хонинговании биение заготовки ЛК составляют 0,08 мм (фиг, 4). Увеличение радиуса заготовки сопровождается ростом . Максимальная амплитудамакс = 4,6 мкм и соответствует нахождению под бруском Кмак, . Минимальная амплитударавна 3,4 мкм и соответствует нахождению под бруском КиинСпособ управления процессом улыразвукового резания позволяет в 1,5 - 2,0 раза повысить точность геометрической формы детали при съеме минимальногоприпуска.Формула изобретенияСпособ управления процессом ультразвукового резания, при котором измеряют усилие резания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки заготовок, имеющих отклонения геометрической формы, определяют наибольшее значение радиальной силы прижима за один оборот заготовки или двойной ход инструмента, соответствующую этой радиальной силе резонансную частоту колебательной системы с обрабатываемой заготовкой и устанавливают рабочую частоту генератора равной выбранной резонансной частоте.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Келлер О. К. Ультразвуковые генераторы на транзисторах и тиристорах. М., Машиностроение, 1977, с. 24 - 26.2, Марков А. И, Ультразвуковая обработка материалов М., Машиностроение, 1980, с. 38 - 41.3, Ультразвуковые колебательные системы технологического назначения, М., НТО Машпром, 1976, с. 63 - 68.Король Редак Заказ орректор одписноССР 4/5тиая, 4 Сост Техр Тира Государст елам изобр сква, Ж - 3 Патент, гН.,Лазаренко2/20ВНИИПпо113035, Мфилиал ППП авитель В. Дрожаловаед И Верес Кж 886 Пвенного комитета Сетеннй и открытий5, Раушская наб.,Ужгород, ул, Про