Анализ влияния варьируемых параметров на площадь среза и шероховатость поверхности цапфы

Анализ двух уравнений регрессии 5_сри R_aс четырьмя независимыми факторами x_ltx₂, х₃ и х₄ является весьма сложной задачей.

На рисунке 4.3 представлены зависимости площади среза 5_сри шероховатости поверхности R_aот угла установки ω при переднем угле y=15°, 23°, 43°, 63°, 70°.

Рисунок 4.3 - Графики зависимости 5_ср ( а) и R_a(б) от угла установки ω при переднем угле γ = 15°, 23°, 43°, 63°, 70°; φ = 38°; r = 20 мм

График площади среза 5_ср= ∕(ω) показывает, что при увеличении угла установки ω по интервалу варьирования от 0° до 15°, площадь среза незначительно уменьшается, а от 15° до 30° площадь среза увеличивается до 5,6 мм²(при 7=70°), при фиксированных значениях φ=38°, r=20 мм, свидетельствуя необходимость тщательного подбора варьируемых факторов оптимизации.

График шероховатости обрабатываемой поверхности = ∕(ω)

показывает прямую зависимость от угла установки: при увеличении угла установки - растет шероховатость. Ее минимальная величина - 0,64 мкм при y=15°, ω=0°, далее монотонно возрастает, достигая максимума в точке 5,08 мкм, при y=70°, ω=30°, что отрицательно влияет на качество поверхности.

Как видно из графиков зависимостей функций от угла установки ω, оптимальное качество поверхности при наименьшей площади среза и наименьшем значении шероховатости достигается при минимальных значениях углов установки и переднего угла.

На рисунке 4.4 представлены графики зависимости Б_ср и RA от угла поворота φпри радиусе режущей чашки r=10; 13; 20; 27; 30 мм. Из приведенных графиков следует, что при увеличении угла поворота ротационного резца с фиксированными значениями переднего угла резца 7=43° и углом установки ω = 15°, площадь среза 5_срувеличивается с 1,06 до 2,97 мм². Следовательно, площадь среза прямолинейно зависит от угла поворота резца ^, что значительно влияет на точность обработки.

Зависимость шероховатости обрабатываемой поверхности = /(^, г) также показывает существенное влияние угла поворота резца. Здесь шероховатость достигает своего максимума в точке 6 мкм. при радиусе r=10 мм, и параметрах 7=43°, ω = 15°. При минимальном значении угла поворота резца (^ = 5°) и максимальном значении радиуса режущей чашки (r=30 мм) шероховатость достигает наименьшего значения в 0,7 мкм.

Рисунок 4.4 - Графики зависимости S_cpи RA от угла поворота φ при радиусе режущей чашки r = 10; 13; 20; 27; 30 мм; γ = 43°, ω = 15°

Рисунок 4.5 - Графики зависимости Б_ср и RA от угла поворота φ при переднем угле γ = 15°, 23°, 43°, 63°, 70°, ω = 15°, r = 20 мм

Как видно из графиков (рисунок 4.4), при увеличении площади среза, увеличивается шероховатость, следовательно, для лучшего качества поверхности, площадь среза должна быть минимальной. В данном случае, это происходит при значениях угла поворота ^=5^oи радиуса режущей чашки r=20 мм (среднее значение).

На рисунке 4.5 представлены зависимости площади среза 5_сри шероховатости поверхности R_aот угла поворота резца φпри переднем угле y=15°, 23°, 43°, 63°, 70°; при фиксированных значениях ω = 15°, r = 20 мм.

Из приведенных графиков следует, что площадь среза 5_ср= f(φ,у) при увеличении переднего угла резца по всему интервалу варьирования от 15° до 70°, при увеличении угла поворота резца φдо 70°, возрастает от 1,2 до 5,8 мм², при фиксированных значениях ω = 15°, r=10 мм., что свидетельствует о существенном парном воздействии углов на изменение площади среза.

При этом наименьшее значение площадь среза принимает при минимально значении переднего угла y=15° и среднем значении угла поворота резца φ = 38°.

Зависимость шероховатости R_a = f(φ,у) также показывает существенное влияние на ее значение величин угла поворота и переднего угла резца. Здесь минимальное значение шероховатости обработанной поверхности достигается при наименьших параметрах φ = 5°, y=15°. Это объясняется тем, что при увеличении данных углов происходит рост высоты неровностей, что снижает качество поверхности.

На рисунке 4.6. представлены зависимости площади среза 5_сри шероховатости поверхности R_aот переднего угла у при радиусе режущей чашки r = 10, 13, 20, 27, 30 мм, при фиксированных значениях φ = 38°, ω = 15°.

Из приведенных графиков следует, что площадь среза 5_српри увеличении радиуса режущей чаши достигает значения 3,4 мм², при r = 30

мм, а при увеличении переднего угла резца у до 70°, площадь среза возрастает до 4,8 мм². Уменьшение углов приводит к уменьшению площади среза. Точность обработки при этом не страдает.

Функция = /(у, г) показывает обратно пропорциональную зависимость в отличие от предыдущей. При увеличении радиуса режущей чаши, шероховатость уменьшается до 1,2 мкм, при r = 30 мм, а при увеличении переднего угла у возрастает до 2,3 мкм. Наилучшее качество поверхности в данном случае будет достигаться при наибольшем значении радиуса режущей чашки и при минимальных значениях переднего угла резца.

Так как между двумя функциями существует обратная зависимость, оптимальные значения площади среза и шероховатости будут находиться в том диапазоне, где точность не повлияет на качество поверхности.

На рисунке 4.7 представлены зависимости площади среза 5_сри шероховатости поверхности от угла установки ω при изменении угла поворота φ = 5°, 15°, 38°, 61°, 70°. Из графика зависимости видно, что при увеличении углов установки ω и поворота φ, площадь среза 5_сррастет, максимальной точки она достигает при максимальных значениях углов: ω = 30° и φ = 70°, где 5_ср= 4,1 мм².

Как видно из графика, угол поворота φ значительно влияет на площадь среза при незначительном изменении угла установки ω, что подтверждает значимость этого фактора регрессионной модели.

Зависимость шероховатости показывает существенное влияние на ее значение величин угла поворота и угла установки резца. При увеличении углов поворота и установки резца - качество поверхности ухудшается, т.к. увеличивается шероховатость. Минимальное значение - 0,6 мкм достигается при ω = 0° и φ = 5°.

Рисунок 4.6 - Графики зависимости S_cpи RA от переднего угла γпри радиусе режущей чашки r = 10, 13, 20, 27, 30 мм, φ = 38°, ω = 15°

Рисунок 4.7 - Графики зависимости Б_ср и RA от угла установки ω при изменении угла поворота φ = 5°, 15°, 38°, 61°, 70°, γ = 43°, r = 20 мм

Здесь функции 5_ср= f ω, φ ) и = f ω, φ ) прямолинейно зависимы друг от друга, так как при наименьших величинах угла установки и угла поворота, площадь среза и шероховатость минимальны.

На рисунке 4.8 представлены зависимости Б_ср и RA от угла установки ω при изменении радиуса режущей чаши r = 10, 13, 20, 27, 30 мм, при постоянных значениях φ = 38°, γ = 43°.

Из приведенных графиков следует, что площадь среза при увеличении угла установки ω возрастает и достигает максимума, составляющего 5,9 мм² при радиусе режущей чашки r=30 мм.

Зависимость шероховатости RA от радиуса режущей чаши обратная - при увеличении радиуса режущей чаши, шероховатость уменьшается с 2,48 мкм до 0,4 мкм, а при увеличении угла установки ω от 0° до 30° шероховатость увеличивается с 0,4 до 1,2 мкм.

Как видно из графиков, зависимость функций здесь обратная - шероховатость уменьшается при увеличении радиуса режущей чаши, а площадь среза наоборот увеличивается.

Анализ экспериментальных данных парного влияния исследуемых входных параметров на функции отклика показывает наиболее рациональные сочетания варьируемых параметров, которые позволяют получить более качественную поверхность с наименьшей шероховатостью.

Для достижения эффективности протекаемого процесса обработки рабочих цилиндрических поверхностей цапф мельниц требуется решить задачу по поиску рациональных значений исследуемых факторов.

Рисунок 4.8 - Графики зависимости Б_ср и RA от угла установки ω при изменении радиуса режущей чаши r = 10, 13, 20, 27, 30 мм, φ = 38°, γ = 43°

4.3.