Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
139
automation 2009 automation 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).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 paszczy nie 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.
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.
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
140 automation 2009automation 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 promie-niowym 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 paszczy nie 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
30
d mm i dugoci L 800 mm ze stali nierdzewnej 12 18 10 , o ugiciu = 1,0 mm po obróbce tokarskiej przy parametrach skrawania: gboko ap 0,7y1 mm,
400
n obr./min. i f 0,109 mm/obr. Wstpnie ustalono, na podstawie bada eksperymentalnych, rozkad osiowych napre szcztkowych w warstwie powierzchniowej
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
141
automation 2009 automation 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 ap0 0,12 mm, co odpowiadao wielkoci osiowych napre szcztkowych
138
0
V N/mm2 w pozostaej warstwie powierzchniowej. W miejscu wau o ugiciu =1,5 mm, wielko amplitudy prdu o przebiegu sinusoidalnym okrelona i wynosi
1 , 10
0
I , 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
13 , 0
1
p
a mm, a z wklsej ap2 0,11 mm. Naprenia szcztkowe byy odpowiednio równe: z wypukej strony V1 98 N/mm2, z wklsej V2 176 N/mm2. Wielko ugicia wau po obróbce bya równa 0,02 mm.
Proponowana metoda elektrochemicznej obróbki wymiarowej czci o maej sztywnoci umoliwia sterowanie drganiami wau.
LITERATURA:
1. .. ! "# $ $ ! . %&' : , $ '' &'''. *. *+ ' ' 1988.
2. ! "# $ $ ! : <"$. $ &# '. "- /.. , 152 . . 21 !., *. =>+. + 1981.
