Основи раціональної експлуатації різального інструменту на важких верстатах

використанням теорії кваліметрії, а також методики експертної оцінки якості експлуатації інструменту.

Для вибору конструкції інструменту з інформаційного банку конструкцій запропоновано використовувати методику кластерного аналізу, яка розроблена на базі прикладної математичної статистики з використанням ЕОМ (пакет програм Statistica 05). Проблема аналізу областей експлуатації збірних різців полягає в тому, щоб всю аналізовану сукупність збірних різців (i = 1, n), статистично подану у виді матриці Х, розбити на порівняно невелике число однорідних класів. Область раціональної експлуатації збірних різців інтерпретована у виді точок у просторі подача S- глибина різання t. Якщо вихідні дані уявити у виді матриці (Х), то ці точки будуть бути безпосереднім геометричним зображенням двомірних спостережень,... у просторі з координатними вісями. При конструюванні кластер-процедури вимірюються близькості двох груп областей, а також відстані між цілими групами об'єктів. Узагальнена (по Колмогорову) К-відстань між класами обчислюється за формулою.

При формуванні кластерів використана агломеративна ієрархічна кластер-процедура. Конструкції інструментів із банку об'єднуються в класи, які характеризуються областю регламентів їх раціональної експлуатації.

Експлуатаційні і лабораторні випробування проводилися твердосплавними інструментами марок ВК8, Т5К10, Т15К6 із зносостійкими покриттями, із вібраційною обробкою й іонною імплантацією. Для контролю якості покриттів використовувався метод акустичної емісії. Використовувалися оброблювані матеріали, що частіше зустрічаються у важкому машинобудуванні: сталі 45, 40Х, ШХ15СГ, 12Х18Н9Т, 9ХС. Всі матеріали були виготовлені у відповідності зі стандартними технологіями заготівельного виробництва і порошкової металургії.

Для оцінки механічних властивостей досліджуваних сталей проводилися механічні випробування зразків у відповідності зі стандартами TGL0-50125 при статичному навантаженні за методикою, регламентованою стандартами (ДСТУ 1497-73). Дослідження експлуатаційної міцності конструкцій із метою визначення поправочних коефіцієнтів на подачу, що залежать від типу конструкції, проводилися відповідно методиці східчасто -зростаючої подачі.

У третьому розділі наведені дослідження з вибору конструктивних параметрів і контролю якості різального інструменту для важких верстатів. Принциповою відміною запропонованого методу визначення конструктивних параметрів інструменту є урахування стохастичного характеру навантаження інструменту та його навантажувальної спроможності. Запропоновано імовірнісний підхід до визначення товщини різальної пластини, реалізація якого на базі теорії надійності дозволила встановити, що товщина пластини може змінюватися до 5 раз в залежності від потрібного рівня надійності інструменту.

У основу розрахунків конструкцій, як правило, закладаються середні значення навантажень на інструмент без урахування ступеня їх розсіювання. Особливістю експлуатації твердосплавного інструменту на важких верстатах є велика частка руйнацій різальної частини (до 75%).

Розподіл фактичних режимів різання на важких верстатах наведено на рис. 4. Встановлено, що коефіцієнти варіації параметрів експлуатації інструментів, коливаються в широких межах (0, 32-1, 2). Статистична обробка даних сил різання при точінні твердосплавним інструментом показала, що їх розподіл підлягає логарифмічно нормальному закону.

Розрахунок напруженого стану пластини твердого сплаву різця важкого токарного верстату методом кінцевих елементів показав, що еквівалентні напруги в пластині, що виникають від дії стохастичних сил різання, значно відрізняються (до 10 раз) від їх середніх значень. У роботі доведено, що стохастичний характер має не тільки зовнішнє навантаження на інструмент, а і його навантажувальної спроможності, яка оцінювалась за допомогою випробувань методом східчасто – зростаючої подачі визначалися розподіли сил різання і руйнувальної подачі. Встановлено, що для найбільш поширено використовуваних конструкцій різців закони розподілу сил різання, відповідних руйнувальним поачам, не заперечують нормальному, логнормальному та закону Вейбула-Гнеденко. У зв'язку з цим, для підвищення стабільності властивостей інструменту, зменшення руйнацій при обробці деталей на важких верстатах виникає необхідність урахування розсіювання як зовнішніх навантажень, так і властивостей самого інструменту при виборі його конструктивних параметрів, зокрема, розмірів різальної пластини, збільшення яких істотно підвищує міцність інструменту.

Запропонована методика для урахування випадкового характеру навантажень та умов експлуатації, згідно з якою різець розглядається як пружна система. Залежність максимальних напруг S від навантаження q: S=Kq, де K – коефіцієнт, що залежить від розмірів поперечних перетинів різця або різальної пластини та способу її закріплення. Під мірою надійності розуміється імовірність того, що максимальна напруга, що виникає під дією навантаження, не перевищує навантажувальної спроможності: H=P (R>S), де Н – надійність (імовірність безвідмовної роботи інструменту), Р- імовірність події, R – навантажувальна спроможність конструкції, S – чинна максимальна напруга.

Закон розподілу максимальних напруг, що діють у конструкції різця -, закон розподілу випадкового навантаження q – відомі, навантажувальна спроможність конструкції різця має закон розподілу. Розміри поперечного перетину конструкції визначаються для заданого рівня її надійності (імовірності безвідмовної роботи) : =. Підставляючи відомі й, проінтегрувавши з урахуванням заданого рівня надійності Нзад, одержимо залежність: К= (а1, а2,..., аn, Нзад), де а1, а2,..., аn- відомі заздалегідь параметри законів розподілу навантаження і вантажної спроможності. Знаючи К, легко виявити розміри поперечного перетину різця або різальної пластини. Такий підхід застосовується при проектуванні конструкції заданої надійності по жорсткості. У цьому випадку під мірою надійності розуміється імовірність того, що максимальне переміщення W не перевищить заданого,, W=K*q. Узявши інтеграл з урахуванням рівності Н=Нзад, одержимо залежність для визначення К*=f (a1*, a2*,... an*, Нзад), де a1*, a2*,... an* – параметри законів розподілу навантаження. Якщо розподіл навантаження і вантажної спроможністі підпорядковується нормальному закону, щільність розподілів визначається:,. Розподіл напруги в різальній пластині визначається по правилах знаходження законів розподілу функції випадкового аргументу. Рівень надійності визначається:, де – табульована нормальна функція розподілу. Для заданого рівня Н знаходимо відповідне