Том 26 № 1 2024 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Куц В.В., Олешицкий А.В., Гречухин А.Н., Григоров И.Ю. Исследование изменения геометрических параметров образцов, наплавленных методом GMAW при воздействии на электрическую дугу продольного магнитного поля....................................................................................................................................................................................... 6 Сапрыкина Н.А., Чебодаева В.В., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А., Гусева Т.С. Оптимизация режимов селективного лазерного плавления порошковой композиции системы AlSiMg................................ 22 Губин Д.С., Кисель А.Г. Особенности расчета температуры резания при высокоскоростном фрезеровании алюминиевых сплавов без применения СОЖ................................................................................................................... 38 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Борисов М.А., Лобанов Д.В., Зворыгин А.С., Скиба В.Ю. Адаптация системы ЧПУ станка к условиям комбинированной обработки.................................................................................................................................................... 55 Носенко В.А., Багайсков Ю.С., Мироседи А.Е., Горбунов А.С. Эластичные хоны для полирования профилей зубьев термообработанных цилиндрических колес специального назначения.............................................................. 66 Подгорный Ю.И., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Лобанов Д.В., Мартюшев Н.В., Папко С.С., Рожнов Е.Е., Юлусов И.С. Синтез механизма привода ремиз............................................................................................................. 80 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рагазин А.А., Арышенский В.Ю., Коновалов С.В., Арышенский Е.В., Бахтегареев И.Д. Изучение влияния содержания гафния и эрбия на формирование микроструктуры при литье алюминиевого сплава 1590 в медный кокиль............................................................................................................................................................................ 99 Зорин И.А., Арышенский Е.В., Дриц А.М., Коновалов С.В. Изучение эволюции микроструктуры и механических свойств в алюминиевом сплаве 1570 с добавкой 0,5 % гафния......................................................................... 113 Карлина Ю.И., Кононенко Р.В., Иванцивский В.В., Попов М.А., Дерюгин Ф.Ф., Бянкин В.Е. Взаимосвязь микроструктуры с ударной вязкостью металлов сварного шва трубных высокопрочных низколегированных сталей (обзор исследований).............................................................................................................................................. 129 Патил Н.Г., Сараф А.Р., Кулкарни А.П. Полуэмпирическое моделирование температуры резания и шероховатости поверхности при точении конструкционных материалов твердосплавным инструментом с покрытием TiAlN.......................................................................................................................................................................... 155 Савант Д., Булах Р., Джатти В., Чинчаникар С., Мишра А., Сефене Э.М. Исследование электроэрозионной обработки криогенно обработанных бериллиево-медных сплавов (BeCu)................................................................... 175 Карлина А.И., Кондратьев В.В., Сысоев И.А., Колосов А.Д., Константинова М.В., Гусева Е.А. Исследование влияния комбинированного модификатора из отходов кремниевого производства на свойства серых чугунов................................................................................................................................................................................. 194 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 212 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 223 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 06.03.2024. Выход в свет 15.03.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 28,0. Уч.-изд. л. 52,08. Изд. № 15. Заказ 84. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 1 2024 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 1 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Kuts V.V., Oleshitsky A.V., Grechukhin A.N., Grigorov I.Y. Investigation of changes in geometrical parameters of GMAW surfaced specimens under the infl uence of longitudinal magnetic fi eld on electric arc....................................... 6 Saprykina N.А., Chebodaeva V.V., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А., Guseva T.S. Optimization of selective laser melting modes of powder composition of the AlSiMg system................................................................. 22 Gubin D.S., Kisel’ A.G. Features of calculating the cutting temperature during high-speed milling of aluminum alloys without the use of cutting fl uid............................................................................................................................................. 38 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Borisov M.A., Lobanov D.V., Zvorygin A.S., Skeeba V.Y. Adaptation of the CNC system of the machine to the conditions of combined processing...................................................................................................................................... 55 Nosenko V.A., Bagaiskov Y.S., Mirocedi A.E., GorbunovA.S. Elastic hones for polishing tooth profi les of heat-treated spur wheels for special applications..................................................................................................................................... 66 Podgornyj Y.I., Skeeba V.Y., Martynova T.G., Lobanov D.V., Martyushev N.V., Papko S.S., Rozhnov E.E., Yulusov I.S. Synthesis of the heddle drive mechanism....................................................................................................... 80 MATERIAL SCIENCE Ragazin A.A., Aryshenskii V.Y., Konovalov S.V., Aryshenskii E.V., Bakhtegareev I.D. Study of the eff ect of hafnium and erbium content on the formation of microstructure in aluminium alloy 1590 cast into a copper chill mold............................................................................................................................................................................ 99 Zorin I.A., Aryshenskii E.V., Drits A.M., Konovalov S.V. Study of evolution of microstructure and mechanical properties in aluminum alloy 1570 with the addition of 0.5 % hafnium........................................................................... 113 Karlina Y.I., Kononenko R.V., Ivantsivsky V.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Relationship between microstructure and impact toughness of weld metals in pipe high-strength low-alloy steels (research review)..................... 129 Patil N.G., Saraf A.R., Kulkarni A.P Semi empirical modeling of cutting temperature and surface roughness in turning of engineering materials with TiAlN coated carbide tool................................................................................. 155 Sawant D., Bulakh R., Jatti V., Chinchanikar S., Mishra A., Sefene E.M. Investigation on the electrical discharge machining of cryogenic treated beryllium copper (BeCu) alloys........................................................................................ 175 Karlina A.I., Kondratiev V.V., Sysoev I.A., Kolosov A.D., Konstantinova M.V., Guseva E.A. Study of the eff ect of a combined modifi er from silicon production waste on the properties of gray cast iron................................................. 194 EDITORIALMATERIALS 212 FOUNDERS MATERIALS 223 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 55 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Адаптация системы ЧПУ станка к условиям комбинированной обработки Михаил Борисов 1, a, Дмитрий Лобанов 1, b*, Александр Зворыгин 2, с, Вадим Скиба 3, d 1 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, Московский пр-т, 15, г. Чебоксары, 428015, Россия 2 Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, пр. Мира, 37, г. Саров, 607188, Россия 3 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия a https://orcid.org/0000-0001-9084-1820, borisovmgou@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0002-4273-5107, lobanovdv@list.ru; с https://orcid.org/0000-0003-3610-4648, zvor95@yandex.ru; d https://orcid.org/0000-0002-8242-2295, skeeba_vadim@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 1 с. 55–65 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-55-65 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Повышение эффективности технологий обработки изделий из современных высокопрочных труднообрабатываемых материалов, обладающих повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, заключается ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.047 История статьи: Поступила: 11 декабря 2023 Рецензирование: 25 декабря 2023 Принята к печати: 08 января 2024 Доступно онлайн: 15 марта 2024 Ключевые слова: Станок с ЧПУ Электрохимическое шлифование Программируемое устройство Автоматическое управление Комбинированная обработка Управляющая программа Финансирование Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00945, https://rscf.ru/ project/23-29-00945/ Благодарности Исследования выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнауки № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Повышение эффективности технологий обработки изделий из современных высокопрочных труднообрабатываемых материалов, обладающих повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, заключается не только в совершенствовании непосредственно технологий, инструмента для его реализации, но и в модернизации технологического оборудования с учетом новых достижений в области машиностроения. Современное оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ) сегодня достаточно развито с точки зрения управления основными движениями резания. Адаптивные системы контроля и управления, как правило, дополнительно устанавливаемые на технологическое оборудование, позволяют еще больше повысить качественные параметры обработки. С разработкой новых гибридных и комбинированных технологий, сочетающих в себе несколько видов воздействия на обрабатываемое изделие, остро встал вопрос синхронизации автоматического управления движениями частей технологического оборудования с контролем и управлением сопутствующими процессами комбинированных технологий. Одним из примеров таких технологий является электрохимическое алмазное шлифование с периодической правкой рабочей поверхности алмазного круга током обратной полярности. Полярностью тока и длительностью следования его импульсов управляют специальные программируемые устройства. К ним подключаются блоки коммутации токов. Они служат для подачи в электрическую цепь поочередно токов прямой и обратной полярности и выполнены на основе ключевых элементов. Установка таких программируемых устройств на станки с ЧПУ приводит к их оснащению дополнительной автономной автоматической системой управления. При этом сложно согласовать работу системы ЧПУ станка, управляющей перемещениями его рабочих органов, и программируемого устройства, применяемого для управления полярностью и длительностью импульсов тока при комбинированной обработке. Целью работы является синхронизация системы ЧПУ станка с системой управления процессом периодической смены полярности тока. Исследование проводилось на экспериментальном стенде. Методика исследований предусматривала проведение эксперимента, заключающегося в синхронизации работы системы ЧПУ станка с работой системы управления процессом периодической смены полярности тока. Для оценки результатов проводилось сравнение времени перемещения алмазного круга в результате рабочего хода с длительностью импульсов тока разной полярности, заданных в управляющей программе разработанного программного обеспечения. Результаты и обсуждения. В результате проведенных исследований установлено, что разработанный программно-аппаратный комплекс позволяет синхронизировать в системе ЧПУ станка управление движениями рабочих органов с автоматическим управлением периодической сменой полярности тока при электрохимическом алмазном шлифовании, что позволяет значительно расширить технические возможности станков с ЧПУ. Для цитирования: Адаптация системы ЧПУ станка к условиям комбинированной обработки / М.А. Борисов, Д.В. Лобанов, А.С. Зворыгин, В.Ю. Скиба // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 1. – С. 55–65. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-55-65. ______ *Адрес для переписки Лобанов Дмитрий Владимирович, д.т.н., доцент Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, Московский пр-т, 15, 428015, г. Чебоксары, Россия Тел.: +7 908 303-47-45, e-mail: lobanovdv@list.ru
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 56 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ не только в совершенствовании непосредственно технологий, инструмента для его реализации [1–7], но и в модернизации технологического оборудования с учетом новых достижений в области машиностроения. Резерв повышения эффективности в этом случае видится в автоматизации процесса управления технологией, что значительно сокращает основное и вспомогательное время, повышает качество и производительность обработки. Современное оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ) сегодня достаточно развито с точки зрения управления основными движениями резания [8–10]. Адаптивные системы контроля и управления, как правило, дополнительно устанавливаемые на технологическое оборудование, позволяют еще больше повысить качественные параметры обработки. С разработкой новых гибридных и комбинированных технологий [11–20], сочетающих в себе несколько видов воздействия на обрабатываемое изделие (механическое, электрическое, тепловое и др.), остро встал вопрос синхронизации автоматического управления движениями частей технологического оборудования с контролем и управлением сопутствующими процессами комбинированных технологий. Одним из примеров таких технологий является электрохимическое алмазное шлифование с периодической правкой рабочей поверхности алмазного круга током обратной полярности [21–24]. Для реализации электрохимического воздействия на обрабатываемый материал создается электрическая цепь, в которую входят источник постоянного тока, шлифуемый материал и алмазный токопроводящий круг. В зону обработки подается электролит. При обработке к заготовке подключают положительный полюс источника тока. Происходит разупрочнение обрабатываемой поверхности материала, что улучшает условия ее механической обработки алмазным кругом. Однако в процессе работы алмазоносный слой теряет свою работоспособность из-за явления «засаливания». Необходимо проводить восстановление режущих свойств инструмента, одним из вариантов которого является смена полярности источника тока, что позволяет провести электрохимическую правку алмазоносного слоя. Таким образом, для поддержания круга в работоспособном состоянии в электрическую цепь подают периодические импульсы тока. Полярностью тока и длительностью следования его импульсов управляют специальные программируемые устройства [25]. К ним подключаются блоки коммутации токов. Они служат для подачи в электрическую цепь поочередно токов прямой и обратной полярности и выполнены на основе ключевых элементов. Установка таких программируемых устройств на станки с ЧПУ приводит к их оснащению дополнительной автономной автоматической системой управления. При этом сложно согласовать работу системы ЧПУ станка, управляющей перемещениями его рабочих органов, и программируемого устройства, применяемого для управления полярностью и длительностью импульсов тока при комбинированной обработке. В связи с этим целью работы является синхронизация системы ЧПУ станка с системой управления процессом периодической смены полярности тока. Методика исследований Исследование процесса автоматического управления полярностью тока при электрохимическом шлифовании и периодической правкой рабочей поверхности алмазного круга с использованием системы ЧПУ станка проводилось на созданном нами экспериментальном стенде. В основу стенда положен трехкоординатный станок с ЧПУ, представленный на рис. 1. Рис. 1. Трехкоординатный станок с ЧПУ Fig. 1. Three-axis CNC machine
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 57 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Станок оснащен тремя шаговыми двигателями, управление которыми осуществляется с использованием платы управления Arduino и G-кодов. Для разработки управляющих программ используют программное обеспечение, устанавливаемое на персональный компьютер. На рис. 2 показана схема управления станком с ЧПУ, базирующаяся на платформе Arduino. Для реализации на проектируемом стенде условий комбинированной обработки станок дополнительно оснастили электрической цепью постоянного тока, включающей в себя источник тока, блок коммутации токов, шлифуемый материал и абразивный инструмент. Шпиндель развернули в горизонтальное положение и оснастили оправкой для установки абразивного инструмента. Части станка, входящие в электрическую цепь, и приспособление для установки заготовки были изолированы за счет диэлектрических вставок. Рис. 2. Схема управления станком с ЧПУ на Arduino Fig. 2. CNC machine control circuit using Arduino Изображение экспериментального стенда с элементами модернизации представлено на рис. 3. Для управления электрохимическими процессами во время исследований стенд дополнительно оснащен разработанной нами платой управления полярностью тока и блоком реле, которые были сопряжены с существующей платой управления шаговыми двигателями станка. Собранное таким образом устройство установили в специально изготовленный с использованием аддитивных технологий корпус интегрированного устройства управления, показанного на рис. 4. С торца интегрированного устройства расположены контактные группы «IN» и «OUT». Они предназначены для подачи постоянного тока в интегрированное устройство управления и для передачи преобразованного в виде импульсов тока требуемой полярности к шлифуемому материалу и абразивному кругу. Исследование начиналось с калибровки шаговых двигателей. Для этого использовались концевые датчики. С их помощью происходит установка начального положения суппортов станка в системе станочных координат, выполняемая с целью корректной отработки управляющей программы. Управляющая программа, записанная в G- и М-кодах, транслируется посредством USBсоединения из памяти персонального компьютера в плату управления Arduino. Эта программа служит для управления приводами станка, а также для управления полярностью тока в электрической цепи, образованной источником тока, блоком коммутации токов, абразивным токопроводящим инструментом и шлифуемым материалом. По условию одной из задач исследования работа приводов станка и процесс смены полярности тока в электрической цепи должны быть синхронизированы во времени. Полярность тока может меняться либо поочередно в процессе обработки через заданные промежутки времени (для электрохимического шлифования и правки инструмента), либо в момент перехода обработки
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 58 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Рис. 3. Экспериментальный стенд: 1 – стол станка; 2 – клемма соединительная; 3 – приспособление для установки заготовки; 4 – алмазный круг; 5 – щеточное устройство; 6 – шаговый двигатель; 7 – интегрированное устройство управления; 8 – блок индикации Fig. 3. Experimental stand: 1 – machine table; 2 – connecting terminal; 3 – device for installing the workpiece; 4 – diamond wheel; 5 – brush device; 6 – stepper motor; 7 – integrated control device; 8 – display unit Рис. 4. Интегрированное устройство управления Fig. 4. Integrated control device с одного материала на другой (паяные соединения, «сэндвич»-материалы). Методика исследования предусматривала проведение эксперимента, заключающегося в синхронизации работы системы ЧПУ станка с работой системы управления процессом периодической смены полярности тока. Для оценки результатов проводилось сравнение времени перемещения алмазного круга в результате рабочего хода с длительностью импульсов тока разной полярности, заданных в управляющей программе разработанного программного обеспечения. Результаты и их обсуждение В ходе проведения исследования была разработана схема совместного управления шаговыми двигателями станка и блоком реле, служащим для изменения полярности тока, представленная на рис. 5. Для синхронизации управления шаговыми двигателями рабочих органов станка и работой блока реле нами было разработано специальное программное обеспечение, позволяющее автоматически управлять совместной работой шаговых двигателей и блока реле. Интерфейс специального программного обеспечения показан на рис. 6. Интерфейс программного обеспечения (рис. 6) имеет зоны для визуализации значений координат перемещения по осям, ручного управления перемещениями по координатам, окно отображения создаваемой управляющей программы и ввода требующихся значений, а также виртуальную панель для выбора кодов программы. Кроме того, интерфейс также позволяет определить используемый COM-порт компьютера; работать с файлами управляющих программ, сохранять и открывать их; запускать, останавливать и завершать отработку программ; производить контроль полярности тока и напряжения в сети; получать информацию об ошибках в программе и удалять файлы. Кроме базовых кодов, таких как G00 – быстрое позиционирование, G01 – линейная интерполяция, М3 – включение вращения шпинделя и М5 – выключение вращения шпинделя, были разработаны и использованы специальные коды. К ним относятся М7 – включение/выключение команд смены полярности тока, М8 – включение
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 59 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Рис. 5. Схема совместного управления шаговыми двигателями станка и блоком реле Fig. 5. Joint control circuit of machine stepper motors and relay unit Рис. 6. Интерфейс программного обеспечения Fig. 6. Software Interface прямой полярности тока, М10 – включение обратной полярности тока и М11– переход на диалоговое управление полярностью тока. Время длительности импульса тока заданной полярности устанавливается в диалоговом режиме на блоке индикации с использованием панели отображения данных (рис. 7). На рис. 8 представлена расчетная схема для апробации управляющей программы, разработанной для совместного функционирования системы ЧПУ станка и системы управления процессом смены полярности тока, при переходе с обработки материала 1 на обработку материала 2, в частности, для перемещения абразивного круга по оси Z. На рис. 9 представлены показания дисплея блока индикации для работы в диалоговом режиме, полученные в ходе проведения эксперимента.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 60 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Рис. 7. Блок индикации данных для работы в диалоговом режиме Fig. 7. Data display block for interactive operation В темном окошке индицируется текущее время, зафиксирован момент начала отчета. В светлом окошке индицируется время продолжительности импульса тока обратной полярности (рис. 9, а) или время продолжительности импульса тока прямой полярности (рис. 9, б). Из показаний видно, что заданная продолжительность импульса тока прямой полярности соответствует 10 с, продолжительность импульса тока обратной полярности равна 5 с. При заданных в программе перемещениях абразивного круга по оси Z равными 10 и 5 мм со скоростью 1 мм⋅с–1 время перемещения также соответствует 10 и 5 с. Таким образом, система управления ЧПУ станка и система смены полярности тока были синхронизированы по времени. Рис. 8. Расчетная схема для апробации управляющей программы Fig. 8. Design circuit for testing the control program Рис. 9. Показания дисплея блока индикации: а – показания дисплея для тока прямой полярности; б – показания дисплея для тока обратной полярности Fig. 9. Display unit display readout: a – display readout for current of direct polarity; б – display readout for current of reverse polarity а б Абразивный круг Материал 1 Материал 2
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1