Referaty sesja 1.indd - Pomiary Automatyka Robotyka

Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
Doc. dr in. Aleksandr Draczow
Pastwowy Uniwersytet Techniczny w Togliatti, Rosja
Doc. dr in. Georgij Taranenko
Narodowy Uniwersytet Techniczny w Sewastopolu, Ukraina
Prof. dr hab. in.Wiktor Taranenko
Dr hab. in. Antoni wi, prof. nazw.
Politechnika Lubelska
STEROWANIE DOKADNOCI OBRÓBKI
ELEKTROCHEMICZNEJ WAÓW DUGOWYMIAROWYCH
Opisano system automatycznego sterowania procesem obróbki elektrochemicznej waów
o maej sztywnoci, minimalizujcy poziom osiowych napre szcztkowych w wyniku
trawienia warstwy metalu ksa (wlewka) o zmiennej gruboci oraz zmniejszajcy
odksztacenie ksa (wlewka).
QUALITY CONTROL OF LONG SHAFTS ELECTROCHEMICAL PROCESSING
Automatic control system for the electrochemical machining process of low rigid
shafts is described. The system minimizes axial residual stress level by the
pickling metal variable layer to billet profile and provide decrease of billet
distortion.
Zwikszenie dokadnoci obróbki waów osiowosymetrycznych o maej sztywnoci jest
zadaniem zoonym, pomimo wysokiego poziomu technologicznego urzdze stosowanych
w przemyle maszynowym [1, 2]. Zagwarantowanie niezmiennoci ksztatu geometrycznego
czci osiowosymetrycznych jest dotychczas problemem nierozwizanym. Zoono
zagadnienia wynika z nierównomiernego rozkadu napre szcztkowych w materiale czci
i procesu relaksacyjnego napre szcztkowych, zachodzcego niejednoczenie w caej
objtoci materiau gotowych czci.
W celu likwidacji dziedzicznoci technologicznej przy obróbce mechanicznej i minimalizacji
poziomu napre szcztkowych proponuje si technologiczn metod sterowania
automatycznego stabilizujc ksztat waów dugowymiarowych.
Istota rozwizania technologicznego polega na dokonaniu rozkadu w powierzchniowej
warstwie pófabrykatu w procesie obróbki elektrochemicznej wau o maej sztywnoci
osiowych napre szcztkowych i osiowych napre ciskajcych. Zmienna warstwa
materiau, zgodnie z zarysem pófabrykatu w paszczynie prostopadej do osi obrotu,
poddawana jest wytrawianiu w taki sposób, aby w powierzchniach warstwy pófabrykatu
z wypukej jego strony powstay ciskajce osiowe naprenia szcztkowe o mniejszej
wartoci ni ze strony wklsej. Taki rozkad napre szcztkowych zachodzi, dlatego,
e przy zwikszeniu ugicia pófabrykatu wau proporcjonalnie zwiksza si amplituda prdu
o przebiegu sinusoidalnym i okresie równym czasowi jednego obrotu pófabrykatu.
Z wypukej strony pófabrykatu zdejmowany jest, wic wikszy naddatek ni z wklsej –
w powstaej warstwie powierzchniowej pófabrykatu ma miejsce równomierne zmniejszenie
osiowych napre szcztkowych w stosunku do pocztkowych.
automation 2009
139
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
Rys. 1. Urzdzenie do obróbki elektrochemicznej dugowymiarowych waów o maej
sztywnoci
Na rys. 1. przedstawiono schemat funkcjonalny zautomatyzowanego urzdzenia do obróbki
elektrochemicznej dugowymiarowych waów o maej sztywnoci.
Ukad sterowania automatycznego wymiarow obróbk elektrochemiczn waów o maej
sztywnoci zawiera wann elektrolityczn 1, elektrod 2 zamocowan wewntrz wanny
i obwód sterowania ródem prdu, zawierajcy szeregowo poczone czujniki 3 kontroli
ugicia czci rozmieszczone naprzeciwko elektrody 2, dociskane spryn 4 do wanny
elektrolitycznej, blok obliczeniowy 5, blok sterowania 6, którego wyjcie jest podczone do
róda prdu 7. Zautomatyzowane urzdzenie do wymiarowej elektrochemicznej obróbki
pracuje w sposób nastpujcy. Obrobiony wstpnie wa 8 umieszczany jest wannie
elektrolitycznej 1 jako jedna z elektrod w zalenoci od tego, jaki (anodowy lub katodowy)
proces obróbki elektrochemicznej bdzie realizowany. Nastpnie wa 8 przez tuleje
dielektryczne ustawiany jest w kach tokarki, a wanna elektrolityczna 1 z luzem promieniowym poprzez oprawk w suporcie. Wanna 1 uzyskuje posuw wzduny od suportu tokarki,
a wa obrabiany 8 wprawiany jest w ruch obrotowy. Po wczeniu prdu elektrycznego,
midzy elektrodami 2 i 8, realizowany jest proces obróbki elektrochemicznej. Przy ugiciu
wau 8 wanna elektrolityczna 1 oraz wa 8 przemieszczaj si w paszczynie prostopadej
do osi obrotu. Czujnik 3 kontroli ugicia wau generuje sygna elektryczny proporcjonalny
do wielkoci amplitudy prdu zmieniajcego si harmonicznie z uwzgldnieniem
napywajcych danych o wielkoci ugicia wau obrabianego 8 i wielkoci wspóczynnika
proporcjonalnoci, okrelonego w oparciu o dane eksperymentalne. Sygna proporcjonalny
do wielkoci amplitudy prdu z bloku oblicze 5 przesyany jest do bloku sterowania 6,
okrelajcego sygna sterujcy podawany na ródo prdu 7. ródo prdu 7 zmienia wielko
prdu technologicznego wedug zalenoci harmonicznej, zgodnie z okresem równym
czasowi jednego obrotu wau o maej sztywnoci 8 i amplitud prdu, proporcjonalnie do
ugicia wau w miejscu, gdzie znajduje si wanna elektrolityczna 1.
Na zautomatyzowanym stanowisku przeprowadzono badania eksperymentalne obróbki
elektrochemicznej próbek laboratoryjnych. Obrabiano wa o maej sztywnoci o rednicy
d 30 mm i dugoci L 800 mm ze stali nierdzewnej 121810, o ugiciu = 1,0 mm
po obróbce tokarskiej przy parametrach skrawania: gboko a p 0,7 y 1 mm,
n 400 obr./min. i f 0,109 mm/obr. Wstpnie ustalono, na podstawie bada
eksperymentalnych, rozkad osiowych napre szcztkowych w warstwie powierzchniowej
140
automation 2009
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
wau i okrelono wspóczynnik proporcjonalnoci k 6,76 . Równie w oparciu o uzyskane
dane okrelono znak i intensywno napre szcztkowych; w warstwie powierzchniowej
powstay ciskajce naprenia osiowe o wielko równej 588 N/mm2 do gbokoci
0,15 mm. Anodowe rozpuszczanie zachodzio w elektrolicie – roztworze wodnym soli
kuchennej o koncentracji 250 g/l przy dostatecznie duym luzie midzyelektrodowym
równym 4 mm, co umoliwio otrzymanie dokadnoci zdejmowania materiau 0,008 mm.
Obróbka bya wykonywana przy napiciu technologicznym 23 V i staym nateniu prdu
300 , które mierzono zgodnie z przebiegiem sinusoidalnym przy wystpowaniu ugicia
czci. Wanna elektrolityczna 1 przemieszczaa si z posuwem f 0,21 mm/obr., a wa
obraca si z prdkoci n 200 obr./min. Na kocach wau zdejmowany by równomierny
naddatek a p 0 0,12 mm, co odpowiadao wielkoci osiowych napre szcztkowych
V 0 138 N/mm2 w pozostaej warstwie powierzchniowej. W miejscu wau o ugiciu
=1,5 mm, wielko amplitudy prdu o przebiegu sinusoidalnym okrelona i wynosi
I 0 10,1 , a zmiana prdu technologicznego bya równa I 20,2 . W wyniku
odpowiedniej zmiany prdu by zdejmowany zmienny naddatek wedug zarysu czci
w przekroju prostopadym do osi obrotu. Ze strony wypukej zdjto warstw materiau
a p1 0,13 mm, a z wklsej a p 2 0,11 mm. Naprenia szcztkowe byy odpowiednio
równe: z wypukej strony V1 98 N/mm2, z wklsej V 2
wau po obróbce bya równa 0,02 mm.
176 N/mm2. Wielko ugicia
Proponowana metoda elektrochemicznej obróbki wymiarowej czci o maej sztywnoci
umoliwia sterowanie drganiami wau.
LITERATURA:
1.
2.
.. !"# $$ !. %&': ,
$'' &'''. *. *+'' 1988.
!"# $$ !: <"$. $ &# '. "- /..
, 152 . . 21 !., *. =>+. + 1981.
automation 2009
141