2848

прикатодного слоя до значений рН, при которых в слое начинаются образование и разряд ионов FeOH+.

Таким образом, анализ литературных данных показал, что взгляды исследователей на причины высокой поляризации при электроосаждении железа различны. Это, вероятно, может быть связано с некоторой односторонностью применяемых методов исследования и с недостаточности экспериментального материала, позволяющего судить о составе и природе образующихся соединений в приэлектродном слое во время электролиза и в значительной мере сдерживающего создание единой теории электроосаждения металлов. Поэтому представляют интерес изучение кинетики реакции разрядаионизации железа с учетом возможности образования ионов промежуточной валентности в приэлектродном слое, попытки разделить суммарную реакцию на ряд последовательных элементарных (одноэлектронных) реакций и предложить стадийный механизм осаждения железа.

Для стадийного механизма разряда-ионизации металла первая из последовательных электрохимических стадий, составляющие суммарный анодный или катодный процесс, будет сопровождаться переносом ионов через границу раздела фаз:

Все остальные электрохимические стадии будут представлять по существу обычные окислительно-восстановительные реакции типа

В соответствии с теорией замедленного разряда [5] скорость электрохимического превращения в анодном и катодном направлениях будет определяться уравнениями:

где φ1 – величина потенциала; αm и βm – истинные коэффициенты переноса m-й стадии, для которой справедливо равенство αm+βm=1;

поверхностные концентрации промежуточных частиц [Mem+]S и [Me(m+1)+]S связаны с объемными [Mem+]υ и [Me(m+1)+]υ уравнениями

Нернста.

Резюмируя, можно сделать вывод, что кинетика осаждения и растворения в основном подчиняется уравнению Тафеля. Что касается суждения о механизме осаждения и растворения железа, о роли

81

промежуточных отдельных реакций, то единого мнения нет. Но большинство исследователей сходится в том, что растворение и осаждение железа идут через образование адсорбционного соединения гидроксил-ионов с атомами железа FеОН+. Поскольку в работах подтверждено, что реакции разряда-ионизации идут через стадию адсорбции промежуточных реакций на поверхности, то важно изучить влияние состояния поверхности и хемосорбции на механизм процесса, его кинетические параметры. Как было показано, причиной разных механизмов растворения железа и кинетических параметров электродных реакций является различное состояние поверхности электрода, которое влияет на электрохимическое поведение железа и специфику химических реакций на межфазных границах. Поэтому исследование структуры поверхности, развитие методов ее изучения будут способствовать более полному пониманию связи структуры поверхности с механизмом протекающих на ней реакций. Нахождение зависимости между скоростями, кинетическими параметрами электродных реакций и термодинамическими, кристаллографическими и электронными свойствами твердых поверхностей позволит разобраться в процессах, происходящих при осаждении железа.

Литература

1.Кришталик Л.И. Электродные реакции. Механизм элементарного акта. М.: Наука, 1979. 213 с.

2.Попова С.С. Анодное растворение металлов в кислых окислительных средах. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1984. 152 с.

3.Гурьянов Г.В. Электроосаждение износостойких композиций. Кишинев: Штиинца, 1985 . 237 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.09.047

М.Б. Флек, С.Б. Дутов, В.П. Смоленцев

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ

В работе рассмотрены основные закономерности управления процессом обработки для фрезерования. Выделены функции измене-

82

ния скоростей, с помощью которых задается траектория перемещений стола станка. В качестве примера рассматривается процесс фрезерования концевыми фрезами, причем их боковыми режущими лезвиями, а также процесс попутного фрезерования, который получил наибольшее распространение на предприятиях авиационной промышленности.

Процесс рассмотрен на примере синергетического подхода к управлению процессами обработки на станках с ЧПУ. Динамика процесса фрезерования является наиболее сложной и мало изученной. Это в равной мере относится и к вопросам управления процессом фрезерования. Сложность рассмотрения динамики этого процесса заключается в следующем:

-процесс фрезерования является принципиально нестационарным, так как силы, действующие на режущие лезвия, изменяются

всвязи с изменением толщины срезаемого слоя, приходящейся на каждое лезвие в пределах одного оборота фрезы;

-представление о возможности рассмотрения контакта режущего лезвия с заготовкой в виде точки во многих случаях является несправедливым. При фрезеровании контакт инструмента с заготовкой осуществляется по некоторой линии. Поэтому для дискретных моделей формообразующие движения осуществляются траекториями некоторых связанных между собой точек на режущем лезвии;

-в связи с периодическими изменениями толщины срезаемого слоя каждым режущим лезвием параметры динамической системы в вариациях относительно стационарной траектории меняются. В результате имеет место периодическая перестройка динамической системы резания. Эта перестройка наблюдается и в связи с медленным нарастанием износа инструмента, связанным с эволюционными преобразованиями системы резания.

Целью работы является применение синергетического подхода для определения многообразия траекторий исполнительных элементов стола на примере технологического процесса фрезерования.

При фрезеровании геометрические характеристики формируемой детали определяются динамикой взаимодействия всего режущего лезвия с заготовкой. Для раскрытия этого вопроса, прежде всего, остановимся на фрезеровании деталей, ширина обрабатываемой поверхности которых меньше или равна диаметру фрезы. Для приведѐнной схемы обработки трассу движения инструмента вдоль заготовки представим конечным набором точек 0,1,2,...N (рис. 1).

83

Вначале проанализируем случай, для которого справедливы следующие утверждения:

- изменениями матрицы жѐсткости по высоте заготовки можно пренебречь. Тогда каждой точке i на заготовке поставим в

- толщина заготовки такова, что изменениями матрицы жѐсткости подсистемы инструмента можно пренебречь. Тогда деформации фрезы при заданных силах резания определяются матрицей жѐсткости фрезы с , s, k 1,2,3, которая остаѐтся неизменной в

ходе функционирования станка;

-в каждой точке значение подачи на зуб S (З) и величина припуска tP остаются неизменными;

-управление процессом обработки осуществляется с помощью траекторий перемещения стола, на котором установлено приспособление и заготовка. Траектория перемещений стола (траектория движения исполнительного элемента станка) задаѐтся функция-

ми изменения скоростей V1 (Y1 ,Y2 ) и V2 (Y1 ,Y2 ) , которые фактиче-

ски характеризуют фазовые траектории исполнительных элементов станка. Приведѐнные фазовые траектории и есть программа ЧПУ, если считать, что погрешность преобразования программы в реальные формообразующие движения, усреднѐнные по периоду вращения инструмента, отсутствует.

В этом случае траектории движения рабочего стола фрезер-

84

предельные значения отклонений траектории формообразующих движений от траектории исполнительных элементов на i - ом отрезке.

Рис. 1. Схема разбиения траектории движения рабочего стола фрезерного станка на N дискретных отрезков

Таким образом, задача определения многообразия траекторий исполнительных элементов стола, обеспечивающих заданные показатели геометрического качества детали, сводится к определению на первом этапе многообразия технологических режимов, на которых при некоторой траектории обеспечиваются требуемые показатели геометрического качества изделий. При неизменной частоте вращения шпинделя и управлении процессом резания только траекториями взаимно перпендикулярных движений рабочего стола –

траектории V1 (Y1 ,Y2 ) , V2 (Y1 ,Y2 ) , удовлетворяющие требуемым показа-

телям геометрического качества.

Вначале рассмотрим механизм изменения силы резания, действующей на режущий инструмент в процессе одного оборота инструмента в предположении, что заданы матрицы жѐсткости подсистем инструмента и заготовки, величина подачи на оборот и величина припуска. Прежде всего, рассмотрим силы, формируемые движением одного зуба фрезы. При этом деформациями зуба по отно-

85

шению к телу фрезы будем пренебрегать. Ограничимся наиболее важным для обработки рассматриваемого класса деталей случаем попутного фрезерования, когда величина припуска удовлетворяет ограничениям tP RФ . Кроме этого на данном этапе фрезу будем

считать прямозубой, то есть имеющей нулевой угол наклона режущего лезвия.

Тогда при заданных значениях припуска tP и подачи на оборот S P из геометрических соотношений можно вычислить опорные углы контакта режущего лезвия и заготовки [2]:

а также максимальное значение толщины срезаемого слоя одним зубом:

Для фиксированного значения ширины срезаемого слоя b не трудно получить зависимости трѐх составляющих сил резания от tP(ср.) , то есть

вращающейся системе координат, привязанной к режущему лезвию фрезы.

Если частота вращения фрезы есть величина постоянная, а величины подачи на оборот и величина припуска являются в пределах оборота фрезы неизменными, то функция угла поворота фрезы отличается от функции времени на постоянный коэффициент. По-

этому в окрестности точки равновесия, задаваемой t P(0) , S P(0) справедливо линеаризованное представление

86

- вектор-функции сил, полученные в предположении, что упругие деформации отсутствуют. Кроме этого силы являются функциями

времени, зависящими для данного инструмента от tP(0) , S P(0) ;

марная матрица жѐсткости системы с учѐтом динамической жѐсткости процесса резания; c cs,k , s, k 1,2.3 - матрица жѐсткости под-

системы инструмента, величина постоянная по координатам контакта инструмента и заготовки Y (i) ; c( з) cs(,зk) , s, k 1,2.3 - матрица жѐст-

кости подсистемы заготовки (вычисляется по методу конечных элементов с учѐтом условий закрепления заготовки в приспособлении);

87

ни, так как Fi (t) зависит от времени. Таким образом, позиционные

силы, которые в основном рассматриваются при оценке квазистатических упругих деформаций, не обладают потенциальными свойствами. Это естественно, так как они совершают работу диспергирования при движении по замкнутому контуру.

Приведѐнные зависимости легко обобщить на случай, когда фреза имеет N режущих лезвий. Все приведѐнные зависимости остаются справедливыми и для этого случая. Отличие заключается в том, что вместо величины подачи на оборот S P необходимо поста-

При реализации синергетической концепции управления процессом попутного фрезерования необходимо учитывать, что формообразующие движения инструмента относительно заготовки осуществляются всем режущим лезвием. В связи с этим преобразование формообразующих движений инструмента относительно заготовки в показатели геометрического качества поверхности детали существенно усложняется. Для деталей, ширина фрезеруемой поверхности которых равна или меньше диаметра фрезы характеристики микро- и макрорельефов по оси вращения фрезы остаются примерно неизменными.

Литература

1.Флек М.Б. Технологичность и технология механической обработки деталей вертолетов на станках с ЧПУ // Ростов н/Д: Тер-

ра, 2004. − 224 с.

2.Флек М.Б. Управление формообразующими траекториями на станках с ЧПУ. Теория и практика // Ростов н/Д; ДГТУ 2005. − 160 с

Воронежский государственный технический университет Ростовский государственный технический университет

88

УДК 621.9(075.8)

Г.А. Сухочев, В.Г. Небольсин

ИЗМЕРЕНИЯ ПОСЛЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ В УСЛОВИЯХ ПРЕРЫВИСТОГО КОНТАКТА

В статье рассматриваются: механизм и технологические возможности операций виброконтактного и контактного контроля с использованием специальных методик и средств измерений после комбинированной поверхностной обработки в условиях прерывистого контакта, выполняемые на типовых деталях.

Проблема повышения качества, конкурентоспособности, эффективности использования выпускаемой продукции, размещения ее на рынках сбыта успешно решается на основе развития машиностроения, авиастроения, измерительной техники, а также методов и средств виброконтактного и контактного контроля. При этом технические возможности повышения качества продукции обусловлены уровнем оснащения технологических процессов и производств средствами контроля длин, отклонений формы, износа внешних и внутренних поверхностей нагруженных деталей изделий после комбинированной обработки [1].

Использование для этих целей традиционных серийных средств измерительной техники контактного типа, таких как индуктивные, рычажно-зубчатые, индикаторные, оказывается целесообразным только для неподвижных или сравнительно медленно движущихся объектов измерения, характеризуется сравнительно низкой точностью и производительностью при значительной инерционности измерительных органов. Поэтому в последнее время все в большей степени проявляется необходимость разработки и применения методов и технических средств неразрушающего контроля и диагностики, позволяющих обеспечить высокую точность и быстродействие в процессе измерения и исследования геометрических и физикомеханических параметров изделий. Такими свойствами, в частности, обладают измерительные устройства виброконтактного принципа действия, реализующие периодические режимы взаимодействия с объектом контроля. С помощью виброконтактных устройств измерения производятся в высокочастотных периодических режимах, что обеспечивает их эффективность для непрерывного контроля движущихся изделий.

89

Виброконтактное устройство представляет собой измерительный орган, закрепленный на упругом подвесе, вибратор и генератор, преобразующий измеряемую величину в электрический сигнал. Таким образом, подвижная система виброконтактного устройства, взаимодействующая с объектом контроля, может рассматриваться как виброударная система, для изучения и оптимизации которой по точности и быстродействию необходим ее детальный динамический анализ.

В связи с этим становится необходимым создание моделей для анализа спектров составляющих профилей, образующихся в ходе технологического процесса комбинированного электомеханического шлифования. Имеется зависимость внедрения новых технологий, робототехнических комплексов, систем активного контроля и регулирования от создания первичных преобразователей и устройств неразрушающего контроля качества неподвижных и движущихся изделий. Подвижные измерительные системы, реализующие принципы периодического и ударнодинамического контактирования чувствительных элементов с контролируемой поверхностью относятся к динамическим системам, исследование которых представляет собой весьма сложную проблему.

Для контроля отклонений диаметров цилиндрических деталей применяются виброгенераторные датчики. Виброгенераторный датчик (рис. 1) содержит корпус 1 и подвижную систему, содержащую закрепленный на упругом подвесе измерительный рычаг 2, возбуждаемый электромагнитом 3. Преобразование механических колебаний измерительного рычага в переменный электрический сигнал осуществляется генератором 4. Изменение измеряемой величины вызывает изменение амплитуды колебаний измерительного наконечника и соответствующее изменение выходного сигнала. В рассматриваемом датчике реализуется метод измерения неэлектрических величин с помощью плоской подвижной системы.

На рис. 2 приведена схема виброконтактного измерительного устройства, в корпусе 1 которого устанавливается электромагнитный вибратор 2 в виде двух сбалансированных симметричных рамок 3, связанных с корпусом упругими растяжками 4. Узел измерения амплитуды колебаний состоит из индуктивности 5 и постоянного магнита. Электромагнит вызывает противофазные колебания рамок и связанных с ними магнита и измерительного наконечника. Прин-

90