автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности автоматизированного шлифования за счет автогенерации макропрофиля режущей поверхности кругов из сверхтвердых материалов

ТУЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

гм у*^

ДУДУКАЛОВ Юрий Владимирович

УДК 621.921.34

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЮ ШЛИФОВАНИЯ ЗА СЧЕТ АВТО ГЕНЕРАЦИИ МАКРОПРОФИЛЯ РЕШЕЙ ПОВЕРХНОСТИ "КРУГОВ ИЗ. СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физиио-

хныичгскоа обработки, станки и инструивнг

АВТОРЕФЕРАТ

диссергацип на соискание ученой степени кандидата

юхшшескпх наук

Тула - 1991

(

Работа виполнена на кафедре "Резание материалов и режущие инструменты" Харьковского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции политехнического института имени В.И. Ленина

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Раб А.Ф.

Официальные оппоненты - доктор технических-наук

Вере зуб В.Н.;

кандидат технических наук

Сеничев Ам.

Ведущее предприятие - Всесоюзный научно-технический комплекс "Практика"

Защита состоится 11 " ,_/С? 1991 г.

часов па заседании специализированного сонета К 063Л7.01 л Тульском ордена Трудового Красного Знамени поли-•техническом институте по адресу: 300600, ГСП, Ту л-а, пр.Ленина,92.

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке института. Автореферат разослан " " _О^_1991 г.

Ученый-оекретарь -

специализированного совета _____

кандидат технических наук, доцент Федин Е.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Успешное решение задач автоматизации абразивной обработки в инструментальном производстве предопределяется внедрением процессов шлифования труднообрабаты -ваемых материалов кругами из синтетических сверхтвердых материа -лов (ИМ), обеспечением устойчивости процесса формообразования и надежности абразивного инструмента. Устойчивости процессов шлифования инструментом из СШ на металлических связках способствуют электрохимические методы удаления связки и стружки йз межзернового пространства. Но эта методи, дане при использовании специаль -пых устройств .правки,- не обеспечивают с высокой точностью устой -чишй поперечный профиль, лежащий в осевом сечении шлифовального круга; Особенно снижается надежность инструмента при обработке деталей.с колебаниями припуска, с его неоднородными изнашивающими свойствами. •

Наиболее массовыми деталями инструментального "производства являются мелкоразмерные детали дисковой Формы с обрабатываемой цилиндрической или конической поверхностью из высокопрочных ста -лей и твердых сплавов, з тем числе термически упрочненных. Операции плифовашш для таких деталей обычно из предсествует предварительная обработка, поэтому исходная поверхность имеет значительный разброс припуска, что усиливает вероятностный характер воз -действия на рабочую поверхность круга. Недостаточная эффектна -кость автоматизированного шлифования .массовых деталей инструмен -.тального производства связана с отсутствием научно.обоснованных рекомендаций, учитывающих специфику их абразивной обработки кру -гами из С Ты. Решенио этой актуальной проблемы заключается в раз -работке такого процесса шлифования, который при высокой произво -дительнс.ти и качестве обработки, низком удельном расходе СТТл обеспечивал требования автоматического цикла. Необходимым условием является достижение аысокой точности обработки даже при криволинейном профиле, формируемом непосредственно в процессе шлифования вследствие износа круга. Такое формообразование макропрофиля рабочей поверхности является результатом процесса автогенерации. На основе управления этим процессом разработано высокоэффективное однопроходное врезное шлифование с применением кругов из СИ, вы-

h

cora которых превышает ширину детали. Управление процессом ав*с генерации заключается в установлении условий устойчивого форме -образования, оптимальных геометрических .параметров и характера тик алмазоносного слоя инструмента, выборе оптимальных режимов учетом надежности по отдельным технологическим показателям

Настоящая работа выполнялась в соответствии с постановлением ГКНТ fe 553 от 30.10.1985 года, задание 30.16.Т, в которо-предусмотрено разработать технологические основы создания стан ков-автоматов, ГШ! с примёнением комбинированных электрофизики химических процессов шлифования и высокостойкого алмазного " эльборового инструменте,

Цель работы. Повышение эффективности шлнфовани-; кругами из CTIví изделий инструментального производства (твердо -сплавных матриц оснастки синтеза CUvi, плашек и т.д.); разрабоз.-ка научных положений реализации нового высокопроизводительного процесса однопроходного врезного .шлифования, характеризующегося высокой надежностью за счет устойчивой и^.огенерации макрорельефа и создающего предпосылки автоматизации производстве.',

Автор защищает:

а) аналитическое и экспериментальное обоснованна оптимяп. ной схемы круглого ¡трудного шлифования мелкоразмерных детале с учетом геометрико-кинематических характеристик, вида Фуш:п' алгоритма управления и свойств динамической системы взаимно-формообразования детали и круг"

б) аналогизироваину« модель noouecoa автогене-^ции no;r-i. • ного ПБофиля на основе энергетического подхода к оиисашш t.ai i из»юса абразивного инструмента, позволявшую произьсдкз.'Ь a:;a¿-УСЮЙЧИВОСИ: ,

в) статистическую оптимизацию однопроходного врезного пр.. эания матриц р плашек о у чэ том. иерояяиоогиого хас«''тера ооьови • ?ехнш;о-эконом''чго*их показателей nnotiei с •

г) методш;п »5 результаты исследования силовьп;, энзргемте -;сц-: я С50йкоох«а1:: характеристик однопоотодчого -врп-;.;<ого шлпесо1 ниг., определения статети^эоких характеристик ыакропрофшя peí

иоверхкосг ;

д) новый способ однопроходного врезного шлифования мелкораз-. мерных деталей, в том числе кругами из СИ>1 специальной ступенча -юй формы;

е) результаты внедрения разработанного процесса при шлифовании термически упрочненных твердосплавных матриц и плашек из ин -струменталышх сталей на станках-автоматах.

Общая методика. Методики теоретических исследо -ваний базировались на научных положениях теорий оптимального управления, трения и изнашивания, статистической оптимизации, per -рессионного и функционального анализа. Экспериментальные исследования выполнялись на специально оборудованном стенде на базе станка ЗУ12УВ с комплектом- приборов для регистрации контролиру -емых параметров.и в производственных условиях на станках-автоматах, что позволяло моделировать реальный уровень случайных воз -действий. Обрабо.'ка результатов исследований выполнялась на ПЭВМ.

Научная новизна. Комплексно обоснован и иссле -дован процесс однопроходного врезного шлифования кругами из СМ массовых деталей из труднообрабатываемых материалов. Отличительными признаками разработанного процесса являются: устойчивый поперечный профиль круга сл'окной криволинейной формы, формипующий-ся в процессе автогенерации под действием износа в повторяющихся циклах шлифования; оптимальная высота круга превышает ширину детали; минимальное количество исполнительных движений, интенсив -ность съема припуска определяется профилем при продольном пере -мещении детали.- Установлены условия устойчивого формообразования поперечного макропрофиля в процессе автогенерации на основе баланса изнашивающих свойств припуска и стойкостных свойств круга в упругой технологической системе. Выявлены'причины потери устойчивости и закономерности изменения статистических параметров рабочей поверхности инструмента.■Проведена статистическая оптимиза -ция процесса однопроходного врезного шлифования с учетом надеж -ности по. отдельным технологическим показателям. Предложен высо -коэффективный способ, однопроходного врезного шлифования мелко -размерных деталей ступенчатыми кругами, исследованы возможности управления процессом для достижения требуемого эффекта.

ь

Практическая ценность. Впервые разрабо -т тан высокоэффективный процесс однопроходного врезного шлифования, позволяющий при обработке массовых деталей инструментального производства повысить производительность в 1,5 - 4 раза, стойкость инструмента, обеспечить выполнение требований по -точности и' ка -честву обработки. На его основе выполнено проектирование и изготовление специальных станков-автоматов размерной обработки лла -шек и матриц оснастки синтеза.Изложены требования к специальному оборудованию для'автоматизированного шлифования кругами из CIM на металлических связках.

Реализация результатов. Результаты диссертации внёдрены на Харьковском инструментальном заводе, Полтавском заводе искусственных алмазов и алмазного Инструмента, Харь -ковском -станкостроительном производственном объединении им. Ко -сиора с общим экономическим эффектом более 200 тыс. рублей. ■

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ¡¿евднародной научно-технической конференции по инструменту (Венгерская республика, г. Ишшкольц - 1985 г.,

1985 г.), на Международной конференции по автоматизированным технологиям (Венгерская республика,-г. Будапешт - 1990 г.), на Всесоюзных научно-технических конференциях и семинарах-(г. Харьков-1984 г., г. Москва - 1985 г., г. Kanes - 1985 г., г. Ереван

1986 г., г. Новгород - 1988 г., г. Иаевск - 1988 г., г. Брянск -1991 г.), на республиканских и областных конференциях, на ежегодных научных конференциях Харьковского политехнического института (I986-1990 гг.) и Харьковского автомобильно-дорокного института (1Э89-1991 гг.).,

П у б л и к а ц и и. По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы»

С i р j. ч * í Р в' и о б ъ в и работ ы..Диссертация состоит из ВЕЗденияз пяти глав, заключения, приложения и содер -лит'292 страниц,, включающих текст, 68 рисунков, 27- таблиц и библиографию из Мб наименований литературных источников-,.

У

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В дяосертации проведен анализ действующих технологических операций типичных массовых деталей - термически упрочненных твердосплавных матриц оснастки синтеза СИ и плашек из стали ХВСГ на предприятиях инструментальной промышленности. Получены значения статистических характеристик исходной обрабатываемой поверхности: припуска Я , ширины изделия 3 , радиального биения 4/> , не-круглостй Л1 , объема сошлифовываемого материала. Так, для матриц при нормальном законе распределения математическое ожидание 2 = 0,240 мм и среднеквадратическое отклонение Л? = = 0,05 мм, а для плашек - в = 0,162 мм, .?£ = 0,049 мм. Приводятся результаты исследований уровня производительности, износостойкости кругов, качества и точности обработки при действующих технологических процессах..Установлена их низкая эффективность, недостаточный уровень безотказной работы по всей совокупности показателей технологической операция, практически исключающие возможность ее автоматизации. По показателям, связанным с поте -рей точности макропрофиля рабочей поверхности,надежность илифо -вального нруга остается особенно низкой. Процессы шлифования, используемые на автоматизированном оборудовании, предполагают определенное стационарное значение статистических характеристик макро- и кикрогеокехрии устойчивого реаущого профиля, обеспечи -ваюцих надежность функционирования, эффективную реализацию высоких потенциальных возможностей кругов нз СИл. При использовании однопроходного врезного алифозания возкозно коиплечоноз реаеиие осиозшых задач: пспггсикч устойчивости процесса 1зли'1:оза:шл; обеспечение высокого уровня надежности инструмента и увеличение производительности при низком расходе СИ и высоком качество автоматизированной обработки.

В работе выполнено обоснование преимущеотр однопроходного врезного шлифования кругами из СТМ мелкоразмерних деталей в автоматическом цикле, котопое включает геометпико-кпнематичеекпй анализ схем обработки, экспериментальное иссгедолание их технологических зозггоаностей, выбор наиболее Мфсктивггах функций алгоритма управления процессом милования, изучена? динамической

системы формообразования при автогенерации макропрофиля рабочей . поверхности шлифовального инструмента.

При сравнении эффективности различных схем шлифования (врезной, многопроходной, однопроходной) бесцентровой) учитывались их геометрические и кинематические характеристики в условиях одинаковой нагрузки на рабочую поверхность круга. Результаты анализа свидетельствуют о целесообразности применения однопроходного врезного шлифования с высотой круга, превышающей ширину детали. Как показали экспериментальные исследования, схема однопроходного врезного шлифования в значительно.меньшей степени чувствительна к колебаниям снимаемого припуска и неоднородности его изнашивающих свойств.

Оптимизация вида функции алгоритма управления о а вы -поднялась с учетом предельно допустимой величины кон!актйых давлений, обусловливающих изной дорогостоящих кругов из'СШ. ПрИ решении этой'задачи в основу модели положено уравнение баланса скоростей перемещения инструмента, сыма припуска и упругих деформаций в технологической системе. Пр:< решений использовались методы операционного исчисления, а для нахождения частных решений - методы теории вычетов и интеграл Дюамеля. Результаты расчетов эффективности различных видов функций З&ра -■/(£" ) при выполнении условий сравнения свидетельствуют о преимуществе экспоненциальных, гиперболических, полиноыних функций по сравнению с используемыми' в практике постоянным пли ступенчатым изме - ■ пением значения функции алгоритма управления. При исследуемом процессе однопроходного врезного шлифования поперечный ма1гро -профиль абразивного инструмента имеет сложную криволинейную форму, соответствующую именно таким оптимальным значениям управления. Более того, задание функции от координаты перемещения 5во а = ¥ ( -X ) имеет преимущества при автоматизированной обработке.

Анализ динамической системы формообразования круг-деталь при однопроходном врезном шлифовании показал, -что обработка мел-коразыерных деталей позволяет производить съем припуска с его целенаправленным распределением по рабочей поверхности абразивного круга и, таким образом, использовать правящее воздействие

диспергируемого материала на макропрофиль режущей поверхности. При этом, когда все элементарные сечения детали будут последовательно проходить через элементарные сечения круга, каждое из них будет функционировать в условиях, близких к стационарным, а их совокупность может сохранять некоторую устойчивую форму даже при неоднородном припуске.

Изменение устойчивого макропрофиля рабочей поверхности является результатом воздействия со стороны обрабатываемого изделия при изменении статистических значений припуска, режимов обработки, износостойких и режущих свойств инструмента. Нагру?:енность участков абразивной поверхности определимся, исходя из геометрии среза элементарного сечения в г - тон точке поперечного пройдя (.рис. I). В зависимости от угла наклона участка абра-'вного круга а Яс диспергирование оболочки припуска одинаковой олеины л /т? пц. .-одится на различной площади абразивной поверх-ости, что непосредственно связано с количеством рабочих зерен, распределением нагрузки на зерна. Удельная режимная производительность единичного участка круга определяется из выражения

> (I)

где с1 - диаметр обрабатываемой детали; Зпр - скорость про -зольной подачи; Н(я) - функция ординат поперечного профиля.

Н(5)

20 т 25

Рис. I. Поперечный макропрофиль и. геометрия среза элементарного сечения при однопроходном врезном шлифо -эании

Условия экспериментов: круг IAI 400*25x6 ACI5 200/I60-4-M2-0I, скорость круга Vk = W м/с, скорость детали V~g = 50 м/мин, Snp - 0,35 м/мин, осевая подача Зо = 0,9 мм/об, Z = 0,15 мы, обрабатываемый материал - твердый сплав ВК6' d = 40 S -

- 8 мы, автономная электрохимическая правка 11 - 10 - 12 В, У -

- 8 - 10 А. Существенно, что нагрукенность-рабочей поверхности зависит от характеристики какропрофилп Н(х) . Следовательно, изменение профиля в процессе автогенерации вызывает соответствующее изменение условий съема припуска.

Устойчивость состояния макро'профилн связана с постоянством его статистических характеристик. При статистическом описании макропрофиля использовались общие положения теории случайных процессов. Воспроизведение в идентичных условиях процесса шлифования позволяет получить набор реализаций случайной функции поперечного макропрофиля Итах(х) .^Эта функция может быть записана в виде суммы систематической Hfx) ,-ц случайной составляющих

$Н*М :

HLx М[Ит.ах(*)] + SH*(xhH(xh №(*) ■ (2) .

Функции H (xî\\ могут быть определены также для

конкретной реализации-макропрофиля рабочей, поверхности в фиксированный момент времени Т .. При расчетах на ПЭВМ по методу наименьших квадратов, обеспечивающему минимальную, дисперсию ibfcf'tt'J, использовались дискретные оценки Нтах(х) (ца рис. I указаны точками). В качестве аппроксимирующих для Н(х) применялись различные виды функций: полиномы 1-ой, 2гОЙ, 3-ей степеней, экспонента, гипербола, а такае их комбинации на последовательных участках поперечного какропрофиля, При..анализе устойчивости состоя--ния ьакропрофиля использовалась совокупность^статистических ха -рактеристик: вид аппроксимирующей функции , краевые значе-

ния- Н(х)-Що) и ///<57 , коррдината X минимального значения Н(х)~ Xjh и среднеквадратичесное отклонение (рис.1). Составляющая ИМ связана с протекающим при имфовании процео -сом автогенерации и обусловливаемой усюйчивостьс ато^о процес -оа. Случайная составляющая S И* опрвдзляеюя вероятностной приг родой изнооа абразивного круга,

Представлена математическая модель формообразования шлифовального Яруга для исследования динамических свойств процесса ав-тсгенерации, устойчивости формируемого профиля. Для этого используется энергетический подход, который получил широкое применение при моделировании.изнашивания в условиях контактного взаимодействия (трения) твердых тел. В качестве методологической основы моде -лированпя процесса автогенерации приняты принципы аналогизирован-ного описания физических явлений.

В обцем балансе-энергозатрат выделена энергия автогенерации, затрачиваемая на износ ренущих элементов абразивного круга, что в конечном счете и определяет результаты этого процесса. Считаем, что превращения этой энергии выполняются в замкнутой динамичес -кой системе, для которой условием существования является соблюдение закона сохранения энергии. В однопроходных схемах шлифования с большими припуо.сами на обработку участки абразивной поверхности включаются в работу последовательно. При таком.направленном действии инструмента распределение энергии автогенерации происходит вдоль его оси I. Следовательно, продольное движение дета -ли 2 монно представить в виде однокоординатного процесса переноса и накопления энергии автогенерации вдоль моделирующего стержня 3, длина которого равна высоте круга д (рис. 2). Мерой энергетического взаимодействия обрабатываемого материала с абразив -ной поверхностью является функция ординат профиля На(х,'£), связанная с оценкой систематической составляющей профиля. Этой функции, соответствует величина износа круга а поперечном сечении с координатой ¿с за время Т при первоначальном прямом профиле. Получено' дифференциальное уравнение передачи энергии автогенерации

■ ■ с»

Используя, зависимости характеристик удельной проводимости 3?(Н) " удельной э.нергоамкости ^ /А^, выполнено численное ре -оценив дифференциального уравнения (3) по методу конечных разностей для различных условий шлифования. Результаты расчетов согласуются о экспериментальными данными^олученными при исследованиях однопроходных ахвм шлифования,

Дифференциальное уравнение (5) указывает, что данный процесс

Рис. 2. Расчетная схег<* модели процесса эиергопереноса

автогенерации обладает асимптотической устойчивостью. Свидетельством является предельный переход в'кулевое устойчивое состояние функции ордившс профиля На(хт)с течением времени при любых начальных условиях: ¿¿г™ {На (х, ) = 0. При размерной обра -ботке на шлифовальном оборудовании используется определенное промежуточное состояние, поскольку потерн размерной точности насту -пает раныне, чем достижение нулевого состояния, Исследование устойчивости в рабочем диапазоне изменения функции На(х,1:)выпол -нялось на основе численного моделирования для различных сочета -ний удельных характеристик энергопереноса, начального распределения На (х.о)ъ режимов размерной подналадки шлифовального оборудования. Установлено, что свойство устойчивости сохраняется при поддержании условий размерного шлифования за счет компенсации радиального износа круга. Функция ординат профиля стремится- к установившемуся значению Ну (х) : На(х1Т)=. Ну(х). На осно-

ве модели доказывается, что при переменной длине контакта круг-деталь в упругой технологической систеые- возможно нарушение уо -ловий энергоперенрса и потеря устойчивости поперечного макропрофиля, ' : ~ . .

В диссертационной работе экспериментально подтверждены результаты аналитических исследований и определены условия устой -

чивости для реального технологического оборудования. Основное направление этих исследований - Установление влияния процесса автогенерации на силовые,-, энергетические характеристики, показатели износостойкости и качества обработки- в широком диапазоне режимов шлифования Snp = 0,1.- 0,6 м/мин, 22 - 0,005 - 0,5 мм, Vg = = 15-60 м/мин, Vk - 20 - 50 м/с. Для измерения силы резания при шлифовании использовался трехкомпонентный тензометричесний динамометр оригинальной конструкции с силовоопринимающим мембранным или плунжерным элементом. Его тарирование выполнялось по плану ПФЭ 23 с обработкой данных на ПЭВМ.

Состояние макрорельефа определялось при анализе -временных зависимостей в течение одного цикла и в повторяющихся циклах обработки при неизменной- настройке станка. Установлено, что проекции сипы резания Px%PytPi% эффективная мощность /К? , удель -ный расход , отклонение от прямолинейности образующей Лп и отклонение о(г кону сообразности , шероховатость Ra ,

•статистические характеристики точности обработки поверхности во времени приобретают установившиеся ¡значения. Как показывают данные профилографлровашш рабочей поверхности круга, это обуслов -лено происходящим процессом авюгекерацшг и образованием устсй -чивого макропрофилп инструмента. Устойчивость поперечного макропрофиля предполагает разномэрнсоть износа.вдоль образующей кру -га либо определенные колебания интенсивности износа л пределах размерной настройки ц воспроизводение устойчивого макрорельефа в повторяющихся циклах обработки. Для условий однопроходного врезного шлифования характерен второй из возмоаких механизмов обеспечения устойчивости макроформы рабочей поверхности. След -ствием изменения скорости износа $Н[х)/дт к перераспределения фактического съема' припуска является изменение удельного расхода С Ил Q>vx » отнесенного к единичным участкам вдоль образующей круга. 3 .условиях известных схем шлифования закономерности износа шлифовального инструмента з'поперечном сечении, изменения проекций силы резания' отайчны от установленных, что подтверждает новизну исследуемой схемы илифозанип. Отмечаются вакнно особенности разработанного процесса, обусловливающие его успешное ¡«пользование в автоматическом цикле. Во-первых, формируемый в

'в процессе автогенерации устойчивый поперечный макропрофиль явля-' ется оптимальным для фиксированных и воспроизводимых при подна -ладке условий шлифования, так как обеспечивает минимальные удельный расход СИЛ и уровень силовой напряженности, наилучшие показатели по шероховатости и точности обработки. Во-вторых, нелиней -ная зависимость технологических показателей от величины припуска Z и, как следствие, малая чувствительность к колебаниям при -пуска в повторяющихся циклах обработки.

Показано, что общий уровень силовых, энергетических харак -теристик для однопроходного врезного шлифования ниже, чем при равнопроизводителышх известных схемах однопроходного шлйфоза -ния, что способствует повышению точности обработки.

При изучэнии работоспособности кругов из С"Ш с широким диапазоном характеристик установлено, что для обработки термически упрочненных твердых сплавов ВКб, BKI5 оптимальной является ха -рактеристика алмазоносного слоя ACI5 200/160-4-№2-01, ACI5 250/200-4-1,12-01, а для стали ХВСГ - ГА. 250/200-4-M2-0I. Полученные результаты по удельному рас-^ду СТО свидетельствуют, что при выборе геометрических характеристик кругов оптимальное соотношение ширины детали к высоте круга находится в пределах 0,2 - 0,4.

Подтверждены выводы' аналитических исследований устойчивости процесса автогенерации. Наиболее существенные преобразования поперечного макропрофиля происходят при росте скорости продольной подачи п связанной с ней производительности процесса. Изменения касается всей совокупности -татпсгическя;; ::аракгёрксгск но именно величина фиксирует принципиально? преобразован!!? поперечной макрогеометрии. Если производительность G-cp не превышает предельного значения О^к , то величина математического ожидания соответствует разности В-à . Если Q-cp ^ ,

ю устанавливается значение - 3 , что связано с потерей режущей способности на участке О ^ X £ â , Величина определяет ограничение на интенсивность процесса автогенерации и предполагает существование предельного уровня энергии автогенерации, которая может поглощаться при соблюдении'моделирующих ' условий энергопереноса. В условиях потери устойчивости резко '

Ьнивавюя показатели качества, особенно точности обработанной по-?ерхности, и, что существенно для кругов из ИМ, удельньй расход имеет значительно большую величину, чем при оптимальном процессе автогенерации. Данное положение указывает, что именно в устойчивой области ^н - & - 3 возможно определение оптимальных режимов шлифования, обеспечивающих выполнение требований по точности а качеству обработанной поверхности. _ _

Показано, что статистические характеристики оказывают влияние на показатели процесса обработки и изменяют свои значения^ соответствии с балансом силовой нагруженности рабочей поверхности, режущей способности и износостойкости шлифовального круга. _ „ При аппроксимации функции И{х) на участке б~б для алмазных кругов при производительности О-ср. < наблюдается практически л;тайная зависимость. Для гексанитовых -ругов в интервале О X é &-S сохраняется гиперболическая фор^, что объясняется отличием в механизмах износа: для ACI5 - образование площадок износа, для гексанита - превалирует микроскалывание, самозатачивание зерен. Величина S fa во времени стремится к установившемуся значению, а минимальное ее значение нахо -дится на границе устойчивой зоны О-ср ~ 8-к . Некоторой увеличение' Sjtff . при малой производительности Й-т связано с доминирующим проявлением вероятностной природы износа зерен.

Установлена взаимосвязь между характеристиками макро- и. микрогеометрии рабочей поверхности, причем развитость микрорельефа, особенно на участке О é х & Ô , приводит к одному из ,отойчивых состояний поперечного макропрофиля круга. Интенсив -«ость электрохимического воздействия устанавливается экспери -; знтально и обеспечивает воспроизведение значений , Р 0 ¿7^ повторяющихся циклах шлифования.

Показано о что уоловия устойчивого состояния системы формообразования при однопроходном врезном шлифовании с учетом ограничений' интенсивности процесса авюгенерации имеюг вид;

¿¿m Н/х, ~ Ку(х) ПРИ а m £ O.Qp é: Q.K ( 4 )

0-х устанавливается параметром Хн = В - ё ,

Q.m определяется максимально допустимым 'значением S$н •

При выполнении этих условий система формообразования находится в оптимальном устойчивом состоянии.

Сочетание рекшных параметров Зпр н Щ , обеспечивающих достижение максимальной эффективности технологической опера -ции шлифования кругами из СШ оптимальных характеристик, определялось методами статистической оптимизации. Ее проведение обеспечивало необходимый уровень надежности в автоматическом цикле в ус -тойчивоы состоянии системы формообразования при указанных статистических параметрах припуска.

В качестве основного показателя экономичности процесса (критерия оптимальности) принята технологическая себестоимость шлифования одной детали Сг ( Ui , ), где Ui - управляемые параметры, в том числе режимы шлифования, и}J - случайные возмущающие факторы, неуправляемые параметры. В качестве критерия использовалось математическое ожидание случайной величины Л7/ Сг] Показатели .технологической операции Rj и режимы Ui образуют систему явных Vimin — Ul — Ui max. , неявных Rjmtn - R-J Afcjmax и.вероятностных ограничений Pu> {Rjmin ^ 6: /¿J - RjmaxJ-jLji где cCj - допустимая вероятность безотказной работы. Для описания модели надежности использовались регрессионные зависимости'эксплуатационных показателей &J от ре -кимов шлифования, которые определялись по'плану ПФЗ с двумя ул -равляющими параметрами Vg и Snp . Процедура расчетов оптимальных режимов выполнялась по комплексному методу Бокса с учетом указанных видов ограничений. '

Установлено, что оптимальные рекщаые параметры S Ир и Vg определяются лимитирующими ограничениями по отклонению'кону сообразности Л об и среднеквадратическому'отклонению по шерохова -тости Sga для твердосплавных матриц, среднеквадратическиы рассеиванием размера обработанной поверхности Sd для плашек, Именно повышением надежности'по этим показателям вызваны снижение производительности и рост, технологической себестоимости.

Расчеты.были проведены для оптимальных характеристик алмазных и гэнсаниговых кругов. Повышение надежности с уровня 0,5 до 0,95 вызываэт рост технологической себестоимости в 1,2 - 1,5 раза. Анализ получанных результатов статистической оптимизации подтвердил высокие технико-экономические показатели схемы однопроходного врезного шлифования, а дашша статистическое опшлпэац!»:, о'ыли использованы при про актировании технологи ..лких операций шлифования плашек н твердосплавных иатриг-.

Результаты исследовании внедрены,на Харьковском инструментальном заводе при шлифовании резьбонарезных плашек на специальных станках-автоматах, разработанных по схема однопроходного врезного шлифования. Для размерной обработки твердосплавных матриц и других деталей, из труднообрабатываемых материалов па ХСИО ни. Косиора выполнено проектирование и изготовление специального станка Х0-20б41 яяя рлекгроалиаоио1:-:- гзп^озаавг. пс предлагаемо* си ей а обработки- О'бс, .1 э1:оибии"п*':пп зйЛзкп о-знедренип результатов исследований превышает 200 тко, рублей.

3. ОБЩИЕ ВВ0Д1! И РЕКШШШПЧЙ

г. Напболвз р^екпгаиоэ ют^оганн"! пвпкг>гч:,|«<>т»~ тчтлт. из труднообрабатываемо материалов позволяем ооупрсттлптт»

однопроходного врезного гаяп*озапая « ттп'-чппрптт-- пппор*"-кого пролиля ппо'п'Шч говзп-агостй ¡туга- Устг^'шргг ••• ■•г-сг^ авто^^изт"';'; оппг'впяптч ••• ойстпчятическо)" "о:--эдж»- • пчст'1. ' ; ' с"1!"'--' ^.чче;' г '■ ручп" ',

* • -мудр» с? аетогаагтяг»'* п>»—«»пт-"""^-- •

этепаргазатаяьнэ лрм идифозании кругами из 5?.. разли'-ть". харя,---т.гш"^'1'''«- Л очи1:", '«уочлирося?» чдх.пдцявгс» •'•подгри^пяптк' т?рт

.^.".^л-у;-;; ■) < 7> ОПТГ'Г'ПЛЬ!!:'>•*. ППОЯН,';,: ■ >•.,' >■ • --■■■ ;••

п.')3,!'0.! ПГ ,"■')::'^ЛТ^т!:- ■ , А, ■

я71:>иг'«>» ('•••"•э гпе.т^го гпплалпн'-г? . ■ : т- , ••••

ппот-.:у"зГ'У паопазгаг; мчгяи».-; а точке;, сип-, • !•■»

в^ркнозтзЗ дуга* а < а авго'"1гйч:-г\,!г-: цаклг т.. р«.т.- < . уго..---случайных возде:&гг*к;{.

4. Разработанный высокоэффективный устойчивый процесс автоматизированного шлифования обладает существенными признаками новизны по отношению к известным схемам однопроходного съема при -пуска и обеспечивает при оптимальных режимах производительность 1500 - 2500 ыы3/иик, удельный расход СТМ 15 - S0 мг/см3, шероховатость А а = 0,7 - 0,9 ыкм, отклонения точности геометрической форлы и размеров до 6 - 8 мкм в автоматическом цикла.

5. При автоматизированной обработке стабильные технико-экономические показатели досгигаютсяв условиях однопроходного врезного шлифования твердых сплавов кругами ACI5 250/200 (200/I60J--4412-01 при ££=35 м/с, îfg = 30 - 35 м/мин, Snp.= 0,22 -0,25 м/ыин, режимах автономного электрохимического растворения связки - сила тока -7 = 18 - 20 к, напряжения ZI = Ю - 12 В, инструментальных сталой кругами ГА 250/200-44,12-01 при 17х =

= 40 м/с, = 20 - 25 ы/мин, Зпр = 0,9 - 1,1 м/мин У t 3 -5A, U = 8 - 10 В. В качестве электролита используется водный раствор солей, содержащий 5 $ нитрата ьау'ря, 0,5 % нитрита натрия, 2 кальцинированной соды.

6. Для дальнейшего расширения технологических:'возможностей процесса однопроходного врезного илпфоваиия п&обходгао создание специального станочного оборудований, в-том числе ГГГ.1 алмазно-, абразивной обработки, оснащзнних эффективными устройствами авхог-иошюй электрохимической правки, разработка нбвых конструкций -кругов из СТМ ступенчатой'формы с различной высотой рабочей поверхности, оптимальны;.! составом алмазоносного слоя, обладающих повышенной надежностью.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Раб А.Ф., Дудукалов Ю.В., Пашков Д.В., Зубкова М.Е.ЭНарготический уровень круглого алмазного шлифования// Новые конструкции и прогрессивная технология производства инструмента. Твз. докл. Всесоюэн. конф. -X., 1984. - Ç. 254-256.

2. Новиков Ф.В., Раб А-Ф-, Дудукалов Ю.Ь., Децки И., Образков Б.Б. энергетический подход к расчету и управлению процессом шлифования инструментом из СТМ// Тез. докл. Меасдунар. конф. 11 Ин-струмент-85". - Миикольц, 1985. --С. 628-631.

3. Боярунас A.LU, Дудукалов Ю.В., Раб А.Ф. Шлифование плешек крут они из GTiU на станках-автоматах// Автоматизация технологических процессов изготовления и эксплуатации режущих инструментов. Таз. республ. с euhпара. - Москва, 1985. - С. 68-69.

4. Раб А.Ф., Дудукалоз Ю.В., Пашков' Д.В. Повышенна эффективности процзсса шлифования крутани Из СТМ в автоматическом цикле// Тез. докл. Всгсосзн. конф. "Прогрессивные процессы шлифования, инструмент и его'рациональная эксплуатация". - Ереван, 1986. -

С. 107-108.

5. Раб А.Ф., Дудукалов Ю.В. Выбор опгпувлькоП схемы круглого наружного шлифования коротких деталей абразивнык инструмзнюи нз СИ// Оптимизации условий эксплуатации и выбора характеристик абразивного инструмента в машиностроении. Тез. докл. II Есесовзн. науч.-техн. сенанара "Оптпиплпфсборудов-28". - Новгород-Москва,

1988.' - С. I0I-I03.

6. Раб'А.0., Дудукалов Ю.В. ! лтвмагическоэ описание закономерностей автогенерации поперечного макрог.ро$иля гбразивного круга// Резанпз н инструмент. - X., 1389. - В':п. -'¡г. - С. 35-39.

7. Дудукалов Ю.В., С?гб А.Ф. Математическое моделирование процесса устойчивого илпфох'анля кругами из CTîi в автоматическом цикле// Тез. докл. Мгхдунар. кенф. "!1нсгруавнт-89". - Мишкольц,

1989. - С. 176-184.

8. Раб А.Ф., Дудукалов ВЛЗ. Особенности структуры процесса формообразования п'ра автогенерации поперечного макропрофнля шлифовального инстуизнта// Рззание и инструмент. - X., 1990. -Выл. 43. - С. II2-II7.

9. Дудукалов Ю.В., Раб А.'Ф. Статистические характеристики макропрофиля рабочей почерхности-абразйвного инструмента// Рейа-нив н инструмент. -X., 1990. - Вып..44. - С. 34-41.

10. Раб А.Ф., Дудукалов Ю.В., Дудкив С.Ф. Характеристики точности и шероховатости обработанной поверхности при однопроходной врезном шлифовании кругами из СТМ.в автоматической цикле// Прогрессивные технологические процессы в машиностроении и стимулирование их внадрвния в производство. Тез. докл. науч.-техн. конф. -X., 1990. - С. 139-141.

. II. Дудукалов Ю.В. Ан'алогизированкое ьоделирсваниа какроизно-са рэкущей поверхности абразивного инструиента// Тез.докл.Всесоюзн. конф. по трению и износу. - Брянск, 1991. - С. 45-47.