Шум токарного станка при обработке детали - это звуковые волны возникающие в результате динамических нагрузок в зубчатых передачах, вследствие определенных погрешностей их изготовления; переменности нагрузки, воспринимаемой шариками или роликами в подшипниках качения; динамических ударов шариков или роликов о неровности поверхности беговых дорожек наружного и внутреннего колец подшипников и т. п.
Шум токарного станка оказывает на человека вредное воздействие. Это воздействие зависит от уровня и характера шума, его продолжительности и индивидуальных особенностей человека. Длительное воздействие и высокий уровень шума токарного станка снижает остроту слуха и зрения, повышает кровяное давление, утомляет центральную нервную систему, в результате чего ослабляется внимание, увеличивается количество ошибок в действиях работающего, снижается производительность труда. Шум станков приводит к появлению профессиональных заболеваний и может явиться также причиной несчастного случая.
Для защиты от шума используют индивидуальные и коллективные средства защиты. Шум станков в цеху необходимо снижать и одно из направлений коллективной защиты от шума является борьба с шумом в источники его возникновения. Тенденции современного станкостроения, направлены на замену механических приводов на бесступенчатое регулирование и широкое применение гидростатических и аэростатических подшипников в опорах шпиндельных узлов вместо подшипников качения. Все это снижает уровень шума станка. Кроме того, для металлообрабатывающего оборудования возможно изменение режимов резания, поскольку основным источником шума и вибрации является система заготовка – режущий инструмент.
В данной работе исследовалась зависимость, как влияют режимы обработки на шум токарного станка. Моделью для исследования был выбран полный факторный эксперимент (ПФЭ), который реализуются все возможные, неповторяющиеся комбинации уровней факторов. Полный факторный эксперимент позволяет описать процесс математической моделью первого порядка вида
ŷ = b0 + СУММ bi xi + СУММ bij xi xj (1)
где ŷ – параметр оптимизации, хi – i фактор, b – некоторые константы.
Когда исследовался уровень шума токарного станка принимались следующие условия для полного факторного эксперимента:
- 1) параметр – оптимизации уровень шума станка в дБА;
- 2) кодирование факторов: х1 – подача (S), х2 – глубина резания (t), х3 – частота вращения заготовки (n);
- 3) уровни варьирования факторов следующие – Smax = 0,23 мм/об, Smin = 0,10 мм/об, tmax = 2,5 мм, tmin = 0,10 мм, nmax = 800 об/мин, nmшт = 270 об/мин.
- 4) количество точек измерения определялось матрицей полного факторного эксперимента;
- 5) порядок проведения опытов определялся по таблице случайных чисел.
Проверка дисперсий с использованием критерия Кохрена показала однородность дисперсий. Проверка адекватности уравнения регрессии с помощью F – критерия Фишера показало, что уравнение адекватно. После перевода в натуральные величины, полученное регрессионное уравнение имеет вид:
ŷ = 73,5 + 2,5*S + 2,4*t – 1,7*n + 1,5*S*t + 2,7*S*n – 1,2*t*n. + 0,6*S*t*n. (2)
На основании полученных результатов и анализа уравнения можно сделать следующие выводы:
- 1) с увеличением подачи S (мм/об), глубины резания t (мм) шум станков возрастает, так как коэффициенты b1 и b2 при х1 и х2 положительны, причем в наибольшей степени это возрастание зависит от глубины резания (b2 > b1).
- 2) с уменьшением частоты вращения n (об/мин) снижается шум станков в цеху, так как b3 отрицателен, но влияние этого фактора менее значительно, чем глубины резания t (мм) и подачи S (мм/об) (b3 < b1 < b2).
- 3) наряду с линейными эффектами значимыми оказались также и эффекты взаимодействия х1х3, х1х2 и х2х3, х1х2х3 причем эти взаимодействия противоположны по своему эффекту (они имеют противоположные знаки).
Поиск экстремума функции отклика происходит путем исследования поверхности отклика методом градиентного спуска. Для поиска области экстремума двигаемся по градиенту в трехфакторном пространстве х1; х2; х3. Токарный станок имеет ряд подач 0,65; 0,35; 0,23; 0,14; 0,10; 0,05(мм/об) и ряд частот вращения 1250; 1000; 800; 630; 500; 375; 270; 190; 135; 95; 87; 47; 33; 20; 8(об/мин). Для движения выбираем по фактору – частот вращения от основного уровня n0 = 500 мм/об по следующим дискретным значениям: n1 = 375; n2 = 270; n3 = 190; n4 = 135; n5 = 95; n6 = 87; n7 = 47; n8 = 33; n9 = 20; n10 = 8.
Уровень шума станка будет иметь минимальные значения в следующих точках:
Точка j №1:
- частота вращения (n) 375 об/мин
- подача (S) 0,10 мм/об
- глубина резания (t) 1,5 мм
- функция отклика 78 дБА
Точка j №3:
- частота вращения (n) 270 об/мин
- подача (S) 0,14 мм/об
- глубина резания (t) 1,87 мм
- функция отклика 70 дБА
Точка j №9:
- частота вращения (n) 20 об/мин
- подача (S) 0,23 мм/об
- глубина резания (t) 2,19 мм
- функция отклика 78 дБА
Таким образом, шум токарного станка будет иметь самый минимальный уровень в третьей точке.
