Введение к работе
В работе рассматриваются вопросы, связанные с созданием автоматизированного технологического измерительного комплекса (АТИКа) для оперативного контроля и выбора рациональных режимов резания при плоском алмазном шлифовании периферией круга.
Актуальность темы. Правильный выбор режимов резания при шлифовании играет решающую роль при проектировании технологических процессов металлообработки для обеспечения требуемого качества поверхности и точности обрабатываемых деталей. Рекомендации по назначению режимов резания, приводимые в справочной литературе, носят общий характер с широким диапазоном допустимых значений и не учитывают состояние оборудования и инструмента, а также их технологических возможностей в конкретный момент времени. Это в полной мере относится к обработке материалов, склонных при шлифовании к образованию тепловых дефектов. Появление новых материалов с уникальными комплексами физических, химических и механических свойств, разработка новых прогрессивных конструкций шлифовальных кругов требуют соответствующее прогрессивное инструментальное обеспечение, для регистрации, хранения и автоматизации обработки результатов экспериментов.
Выше сказанное требует создания аппаратно-программных средств оперативного получения необходимой информации для назначения рациональных режимов шлифования.
В связи с этим актуальным является комплексный подход к созданию средств оперативного контроля параметров процесса и уточнение моделей расчета режимов шлифования на стадии разработки технологии.
Цель работы - повышение эффективности плоского периферийного алмазного шлифования путём оптимизации режимов обработки с использованием автоматизированного технологического измерительного комплекса.
Задачи исследования:
-
Провести анализ существующих математических моделей и методик по выбору режимов шлифования алмазными кругами для выявления неучтённых факторов, непосредственно или косвенно влияющих на физику процесса шлифования и соответственно, методику назначения режимов.
-
Разработать автоматизированный технологический измерительный комплекс (АТИК) и программное обеспечение для оперативной комплексной регистрации результатов экспериментальных исследований процесса алмазного шлифования, в том числе данных по неучтённым в существующих моделях факторам.
-
По результатам эксперимента скорректировать декомпозиционные математические модели параметров процесса шлифования с введением в них неучтённых и взаимно влияющих факторов.
-
Разработать уточненную методику и алгоритм выбора геометрических параметров алмазных кругов и оптимальных по качеству поверхности режимов плоского периферийного шлифования материалов, склонных к образованию тепловых дефектов (прижогов).
-
Автоматизировать оперативные расчеты по выбору параметров алмазных прерывистых кругов и оптимизации режимов плоского шлифования с использованием АТИКа.
-
Провести анализ эффективности использования автоматизированного технологического измерительного комплекса по оптимизации режимов шлифования и разработать рекомендации по применению комплекса в практике исследований и в условиях реального производства.
Методы исследований. Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории шлифования, теплофизики процесса резания, теории математического моделирования, аналитических методов и средств вычислительной техники.
Экспериментальные исследования проводились на основе разработанных автором и стандартных методик в лабораторных и производственных условиях на специально разработанных и изготовленных установках и модернизированных станках с использованием автоматизированного технологического измерительного комплекса.
На защиту выносятся:
-
Результаты анализа существующих математических моделей и методик по выбору рациональных режимов плоского периферийного шлифования прерывистыми алмазными кругами.
-
Уточнённые математические модели по оценке сил и температуры в зоне резания и методика выбора рациональных режимов алмазного шлифования материалов, склонных к образованию тепловых дефектов (сплавов ВТ6, ВТ14).
-
Разработанный автоматизированный технологический измерительный комплекс, предназначенный для оперативного контроля и выбора рациональных режимов плоского алмазного периферийного шлифования, состоящий из подсистем оценки: температуры в зоне резания, сил резания, частоты и амплитуды вынужденных колебаний детали, шероховатости; масштабирующего усилителя и ЭВМ с модулем сбора данных.
-
Результаты экспериментальных исследований взаимного влияния силовых, температурных, геометрических характеристик процесса шлифования, полученные с применением автоматизированного технологического измерительного комплекса и используемые как уточняющие коэффициенты в математической модели процесса плоского алмазного шлифования.
-
Алгоритмы расчёта и выбора оптимальных режимов резания, геометрических параметров шлифовальных кругов по уточнённой математической модели процесса плоского алмазного периферийного шлифования.
-
Условия для эффективного применения АТИКа по оптимизации режимов шлифования в практике научных исследований и в условиях реального производства.
Научная новизна. 1. В математические модели для расчёта основных параметров процесса шлифования алмазными прерывистыми кругами и методику выбора режимов шлифования внесены уточняющие коэффициенты, учитывающие изменяющиеся характеристики шлифовального круга, вибраций и податливости в системе СПИД в процессе шлифования.
2. Впервые разработана автоматизированная измерительная система комплексной оперативной экспериментальной оценки влияния изменяющихся характеристик шлифовального круга и уточняющих зависимостей распределения тепловых потоков в зоне резания на базе системы расшифровки осциллограмм.
Практическая ценность. Разработана методика выбора характеристик прерывистого шлифовального круга для плоского периферийного алмазного шлифования, основанная на применении автоматизированного технологического измерительного комплекса обеспечивающая выбор рациональных режимов обработки и требуемое качество обработанной поверхности.
На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований шлифования прерывистыми алмазными кругами с использованием технологического измерительного комплекса достигнуто:
увеличение периода стойкости алмазного инструмента » в 1,2 раза за счет снижения температуры в зоне резания;
повышение производительности плоского шлифования прерывистым кругом при обеспечении требуемой шероховатости в 1,1 раза.
Практическая реализация результатов исследований осуществлена внедрением технологических операций плоского периферийного шлифования прерывистыми кругами на ООО «Завод РТО» и ООО «Техновек» (г. Воткинск). Отдельные структурные компоненты комплекса были использованы при проведении исследований процессов резания в Пермском государственном техническом университете и Волжском политехническом институте.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах, в том числе международных и республиканских («Вибрация и диагностика машин и механизмов»,Челябинск, 1990г.; «Влияние технологии на состояние поверхностного слоя» – ПС’02. Gorzow Wlkp. – Poznan, 2002; «Информационные технологии в инновационных проектах» – Ижевск, 2003; «Наука. Экономика. Образование» Воткинск – 2003; «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы», Волгоград, Волжский – 2003, 2004,2005,2006).
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Производство механизмов и машин» ИжГТУ и «Технология машиностроения и приборостроения» Воткинского филиала ИжГТУ в 2010 году.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 работ (статей) в центральной печати, в том числе три статьи в журналах, включенных в перечень ВАК - «Экономика и производство», «Технология машиностроения». По материалам исследований выпущено учебное пособие с грифом «допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 212 страниц машинописного текста, 75 рисунков, 14 таблиц, 134 наименований литературы.
