Вступ.
В сучасному прецизійному приладобудувані основним способом виготовлення малогабаритних деталей приладів є лезвійна механообробка заготовок деталей на верстатах з ЧПК. Серед всіх способів обробки найбільш поширена є токарна обробка асиметричних деталей і поверхонь у вигляді тіл обертання. Такі деталі мають самі високі вимоги до точності геометричних розмірів і форми поверхонь, тому що у більшості випадків після технологічних процесів складання вони утворюють механічні пари. Вони повинні мати необхідні довговічність використання, точність роботи при експлуатації в різних кліматичних умовах, особливо приладів військового призначення. А тому матеріали з яких виготовляють такі деталі мають високу твердість, потребують спеціального обладнання, інструментів і режимів обробки. Вони повинні в першу чергу забезпечити високу точність обробки і отримання геометричних розмірів і форми поверхні деталі після виготовлення[1,2].
При токарній металообробці точність геометричних розмірів і форми поверхні у вигляді тіла обертання в першу чергу забезпечують початкове виявлення інструмента в системі координат верстата, розмірний знос різального інструмента, а також його теплові деформації які впливають на довжину вильоту інструмента в процесі його роботи на верстаті. Тому для вимірювання цих параметрів є актуальним створення відповідних інформаційно-вимірювальних систем і аналітичних моделей оцінювання і прогнозування можливих змін параметрів інструмента.
Такі системи і моделі мають бути основою для створення відповідного програмного забезпечення систем ЧПК верстата і виконувати необхідні корекції траєкторії руху інструменту відносно поверхні заготовки в системі координат верстата. Це дозволяє компенсувати можливі пружні деформації заготовки і теплові деформації геометричних розмірів інструмента, що в свою чергу забезпечує необхідну ефективність виробництва[3].
А тому такі дослідження і розробки є актуальними і мають ознаки науково-практичної задачі в сучасному приладобудуванні і пов'язані з виробництвом приладів в першу чергу спеціального призначення.
Експериментальна перевірка методів контролю інструмента.
Досліджувалися вихідні характеристики розроблених методів вимірювання ширини щілини та вплив форми профілю вершини інструмента на метрологічні характеристики системи, що реалізує перший метод вимірювання — за періодом дифракційного зображення вимірювальної щілини[4,5].
Для дослідження вихідних характеристик на оптичній лаві ОСК-2 збиралася система, що реалізує досліджувані методи аналізу дифракційного зображення. Ширина вимірювальної щілини задавалася за допомогою індикатора годинникового типу з ціною поділки 1 мкм. Під час моделювання першого методу фіксувалася кількість К1 фотоелементів ПЗЗ, розташованих між двома сусідніми мінімумами. Для другого методу — номер К2 (від краю) елемента ПЗЗ, на якому знаходився контрольований мінімум. Для третього методу обчислювалася кількість К3 фотоелементів ПЗЗ, розташованих між точками перетину огинаючої відеосигналу та його середнього рівня, який визначався як середнє значення поточного відеосигналу.
Результати експериментальних досліджень наведено графічно на Рис. 1. Аналіз отриманих результатів показує, що найвищою чутливістю до вимірюваної величини характеризується другий метод — за положенням мінімуму, однак йому притаманна і найбільша нестійкість показань, оскільки вібрації оптичної системи під час проведення експериментів спричиняли значні зміни вимірюваної величини. Найменшою чутливістю характеризується третій метод вимірювання — за формою огинаючої відеосигналу. Слід зазначити, що на форму огинаючої істотно впливає спекл-структура оптичного зображення, яка виникає під час потрапляння пилу та бруду на оптичні елементи. Перший метод вимірювання — за періодом дифракційного зображення — має меншу чутливість, ніж другий і третій методи. Водночас перевагою першого методу є найбільший динамічний діапазон вимірювання та висока стабільність показань.
Рис. 1. Вихідні характеристики методів вимірювання.
Для дослідження вихідної характеристики першого методу вимірювання використовувалася програма «калібрування».
Вихідна характеристика приладу досліджувалася на вершинах різних інструментів. З отриманих результатів можна зробити висновок, що для різних інструментів динамічний діапазон вимірювань приладу змінювався незначно, а похибка не перевищувала 5 мкм. Нахил вихідної характеристики практично не змінювався, хоча інструменти мали різну форму вершини та ступінь її зносу.
Наступним етапом перевірки теоретичних результатів було дослідження впливу форми профілю вершини інструмента на вихідну характеристику пристрою. Для цього були виготовлені спеціальні інструменти, вершини яких мали лише одну, але характерну особливість, що характеризує профіль реального інструмента. У першому і другому експериментах використовувався відрізний різець.
У третьому і четвертому експериментах використовувався прохідний різець з радіусом заточування 0,1 мм і кутом у плані 60°. У третьому експерименті досліджувалася вершина цього інструмента, а в наступному експерименті — його бічна грань. Результати експериментів з дослідження впливу форми вершини інструмента на вихідну характеристику приладу наведені на Рис.2 і 3. У проведених експериментах досліджувалися лише граничні значення характеристик форми профілю вершини інструмента, оскільки саме вони можуть мати найбільший вплив на вимірювану величину.
Рис.2 Вихідна характеристика, отримана для вершини інструмента з радіусом заточки R=20 мкм.
Рис.3 Вихідна характеристика, отримана для інструмента з бічною гранню φ=600.
Аналіз отриманих результатів показує, що форма змінення мікрорельєфу профілю вершини інструмента, а саме мікронерівність до 20 мкм, радіус заточування більше 20 мкм і кути заточування менше 60° не чинять істотного впливу на лінійність і похибки вихідної характеристики, однак за зміни зазначених параметрів зменшується динамічний діапазон вимірювання даним пристроєм з 430 мкм в ідеальному випадку до 290 мкм у граничному випадку.
Висновки.
Отже, якщо вибрати динамічний діапазон вимірювання ширини апертури від 100 мкм до 350 мкм, а форма профілю інструмента відповідатиме обмеженням, вказаним вище то похибка вимірювання не перевищить 1,5 мкм у всьому діапазоні вимірювань, що підтверджує теоретичні висновки, отримані в попередніх дослідженнях. У процесі експериментів також виявлено необхідність обмежити апертуру відкритої щілини для можливості розпізнавання наявності або відсутності контрольованого різця в точці аналізу.
Список використаних джерел:
[1] Influence of tool wear and workpiece diameter on sur-face quality and prediction of surface roughness in turning/ C. Li et al. Metals. 2024. Vol. 14, No. 11. Article 1205. DOI: https://doi.org/10.3390/met14111205.
[2] An experimental study on the effect of tool geometry on tool wear and surface roughness in hard turning /Pham M.D., Le H.G., Mai D.D., Do T.S. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2020. Vol.12(9).Pp. 1-11. DOI: https://doi.org/10.1177/1687814020959885.
[3] Dimla E. Correlation of cutting force features with tool wear in a metal turning operation.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2001. Vol. 215, no. 3. Pp.435-440. DOI: https://doi.org/10.1243/0954405011515370.
[4] Защепкіна Н.М., Тимчик Р.Г. Підвищення точності вимірювання геометричних параметрів інструменту. // ХX Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених “Ефективність та автоматизація інженерних рішень у приладобудуванні″, - КПІ ім. Ігоря Сікорського,- 04-05 грудня 2024 року, - с.271-274.
[5] Защепкіна Н.М., Тимчик Р.Г. Способи вимірювання геометричних параметрів зносу різального інструменту. // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах./ 2025.-№2.-с.344-349. doi.org/10.31891/2219-9365-2025-82-49.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter