автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Интегрированная технологическая система шлифования сложнопрофильных деталей (на примере резьбошлифования)

' ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТШНЬЙ ПО^ЮНИЧЁСВЙ УНИВЕРСИТЕТ

г: : од

I 1 : , На правах рукописи

ЛАШИ ВАСИЛИЙ ПЕТРОВИЧ

-7

7

интеГрировашш шнологшесная система

.ШШОЕРШЯ СЛОаНОПРИИШШ Д5Ш£Й (НА ПРИМЕРЕ. РЕоЬБОШЩОВАН'ЛЯ)

Специальность 05.02.08 - Технология маяшностроения

АВТОРЕФЕРАТ

■ диссертации на соискание учёней степени доктора технических наук

Оде.сся - 1995

Работа выполнена в Одесском государственном политехническом университете

Научный консультант - Заслуженный деятель науки Украины,

Лауреат Государственной премии Укрални, доктор технических наук, профессор Якимов Александр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лебедев Владимир Георгиевич

доктор технических няук, профессор Морозов Виктор Алексеевич

доктор технических наук, профессор Новоселов Юрий Константинович

Ведущее предприятие - Украинский научно-исследовательский

институт станков и инструментов, (УкрНИИСИШ, г.Одесса

Защита состоится " 2 " октября 1995 г. в Д.со часов на васедании специализированного Совета Д 05.06.06 в Одесском государственном политехническом университете по. адресу: 270044, г.Одесса, пр.Шевченко, I, 0ГИУ

' С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке Одесского государственного политехнического университета

Автореферат разослан " " августа 1995 г.

Ученый Секретарь .специализированного Совета доцент

Г.А.ОборскиЙ

ОБЩАЯ XAPAKIKPHCTilKA РАБОТЫ

Актуальность темы. Современнее маданы, автоматизированные агрегаты к скстеш кааин содерсат ->громчсе количество различных деталей, в ток числе детали с относительно сложно") конфигурацией (ходовые винти, зубчатые колГза, ¡¡¡лицевые валы и т.п.), которые з данной работе названа слсянопрофильными. Рти детали отличается увеличенной трудс-ёмкость« изготовления, обусловленной трудностями обеспечения точности их размеров, допустимей погрешности формы, требуемых геометрических ¿арак:эркс-тик поверхности и физико-механического состояния поверхностного слоя.Перечисленные параметры точности и качества обрабатываемой' поверхности обеспечиваются на операциях шлифования и оказывают непосредственное влияние на эксплуатационные свойства молта в которых эти детали используются.

При шлифовании указанных деталей гтпоязл; этея непредсказуемый характер их поведения: временные и необратимые изменения геометрической цюрмы (вызванные температурными деформациями и перераспределением внутрен: лу остаточных напряжений), непредвиденные изменения температуры шлифования (из-за колебзния гесетри -ческой формы пятна контакта профильного шлифовального круга), проявление технологической наследственности и т.п. Известно, что со шлифованием с: язано появление пркжогов, шкротреарш, опасных растягивающих напряжений в повзрхностном -лее. Усложнение reo -метрической формы шлифуемого профиля ея;ё более усугубляем положение, т".к как имеет место непредсказуемое колебание глубины розалия по правили) круга, как иа интервале рабочего цикла съёма, припуска, так и в связи с погрешностями ст.предшествующих операций механической обработки.

Указанные фактор! одерживают развитие современного автоматизированного производства, не позволяет вести высокопроизводительную -обработку сложнопрофи.чпных деталей в агтсмат"ческом цикле на шлифовальных станках с ЧЕУ, в том числе на станках, входящих в состав ГАП и ГШ. ото обусловлено тем, что при шлифовании сдо'хно-дрофилъных деталей точность станка и традиционное программное обеспечение автоматического цикла шлифования является необходимым, но не достаточным условием обеспечения качества поверхностного слоя детали и точности её изготовления. .

Описанная специфика процесса -ллифования сдожнспрсфильдах деталей тормозит развитие такого перспективного направления в ма-

шииостроении, как разработка и внедрение интегрированных производственных систем, которые позволяют учитывать единый механизм ' производства и v.ro подготовки. На практике такие системы воплощаются виде ГАП и ГПС. Известно, что за счёт общей (а не частичной) оптимизации эффективность интегрированных систем оказывается ыке чем эффективность обособленных систем проектирования к обработки.

Учитывая, что основу ГАП составляют станки с ЧПУ, особую актуальность приобретает важная научная и технологическая проблема аысокоэцфективного шлифования сложнопрофильных деталей на станках с Ч11У, решение которой имеет важное народнохозяйственное значение,

Цель работы - обеспечение стабилизации качества поверхностного слоя и точности сложнспрофильных деталей при их высокопроизводительном шлифовании в автоматическом рабочем цикле на основе разработки интегрированной технологической системы шлифования, охватывающей этапы разработки процесса шлифования и его осуществления.

Для достижения этой цели в диссертации предложен новый-системный подход CaP/GAM/UAT (Computer .Aidod Development, Machining, and Training ), где CAP,CAM и CAT - разработка процесса, обработка на станке с ЧПУ и обучение технологической системы, и сформулирован^ следующие основные задачи:

1. На основании теоретического анализа тепловых явлений при шлифовании установить и экспериментально проверить обобщённую математическую зависимость глубины образующегося при шлифовании дефектного слоя от те.1лсфизических и технологических параметров шлифования закалённых и незакалённых сталей.

2. Разработать теоретические предпосылки и методику автоматизированного проектирования сложнопрофияьного абразивного инструмента (на примере многониточных резьбошшфовальных кругов) и высокопроизводительных рабочих циклов чернового шлифования (на примере резьбе - и зубошлифованкя).

3. Разработать основы теории и практики способа стабилизации процесса чернового шлифования еложнопрофильных деталей (на примере шогониточиого реаьбошяифования шариковых бинтов) *

4. Разработать и исследовать способы обеспачшиш и стабилизации точности высокопроизводительных процессов финишного шютфо-вания (на примере кногопереходього однонлточного разьбошлифования' ходовых винтов на станкех о -ПУ),

о, Рааработать и кссяодоватъ еиегеил автоматической диапюо-

тики и регулирования процессов чернового и финишного шлифования, в том числе самообучающуюся микрокомпьютерную систему, встроенную в систему-ЧАУ (типа (Л/С) шлифо'вальнрго стойка.

6. На основе обобщения проведённых теоретических и ¡экспериментальных исследований разработать гтпоше технологии высоко -производительного автоматизированного шлифования сложнспрофнль -ных деталей.

7. Внедрить результаты работы з производств и исследовать их технологическую эффективность.

Научная 'новизна. Системный подход СА])/СА1.1/СлТ к решению проблемы дал новые научные результаты, полученные лично автором:

1. Впервые сформулировано новое технологическое понятие -интегрированная технологическая система ишифозания, которая схватывает этапы проектирования и обработки, причём на этапе проектирования решается задача обеспечения параметров качества и точности обрабатываемой поверхности пр:». наивысшей производительности шлифования, а на.этапе обработки'решается задача стабилизации этих параметров с учётом индивидуальных особенностей заготовок.

2. Для указанной интегрированной системы разработан коми -леке математических моделей технологических факторов, ограничивающих производительность шлифования сложнопрофлльных деталей, включая модели температурного поля, термоупругих напряжений, глубины фазсвострукгурных превращений и пластически-деформированного слоя, температурных деформаций заготовок и температурных погреш -•' ностей обработки, использованных при проектировании, диагностике

и регулировании процессов шлифования сложнопрофильных деталей.

3. Разработаны методики автоматизированного проектирования и расчёта сложнопрофлльного абразивного инструмента (на призере проектирования- многониточных резьбошлифовальных кругов) и высокопроизводительных рабочих шкл°в югфования (на примере оубо- и " реэьбошлифования), основанные на использовании указанных математических моделей.

4. Установлены и исследовзды механизм формирования глубины дефектного слоя при шлифовании и случайной температурной составляющей погрешности размеров сложнопрофильных деталей (на примере формирования погрешности шага резьба при одно- и многониточном резьбошлифевании прецизионных ходившие винтов за один и несколько технологических переходов).

&. Разработаны метода преобразования исходных математических моделей (используем« на этапе проектирования) в модифишро- . ванные (используемые в качестве математического обеспечения микрокомпьютерных систем управления).

6. предложено к реализовано применительно к финишному резь-боа лиф сван прецизионных ходовых винтов новое направление использования микрокомпьютеров в контуре системы управления - построение самообучающихся микрокомпьютерных систем диагностики и регулирований параметров шлифования с целью устранения шлифовочных дефектов, увеличения точности и производительности обработки.

Разработана расионаиы.ле структурное схемы копрекции модифицированных моделей полиномиального ъида, обеспечивающие обучение управляемой технологической система.

Ира к т и ч е с к у ю ценность представляют сле-дужшие резупьтаты:

1. Алгоритмическое и программное обеспечение системы автоматизированного проектирования многониточных резьбоалифовальных кругов и, высокопроизводительных рабочих циклов шлифования.

2. Спссооы управления точность» шага резьбы при одно- и мнюгониточном реэьбеишифовании ходое-х винтов при обработке резьбы за один и несколько технологических переходов.

3. Типовые технологии автоматизированного зубо- и резьбошли-фования (одно- и многониточного, за один и несколько технологических переходов), регламентирующие условия и рокпмы высокопроизводительной обработки, в том числе с применением разработанных средств и систем автоматизации.

4. Технологические инструкции по выбору глубины и числа переходов высокопроизводительного шлифования в зависимости от удельной работы шлифования, характеризующей режущие свойства шлифовальных кругов, и величины припуска на шлифование.

Е. Комплекс критериев управления процессами одно- и многониточного вис^копрсизводительного резьбошлифования с учётом схем шлифования (правые и левые резьбы) и условий охлаждения заготовок (локальное и распределённое охлаждение).

6. Созданные системы и устройства автоматической диагностики и регулирования парамеаров качества и точности обработки при реььбо- и вубошляфовании.

■ 7» Прикладное программное обеспечение, разработанное для йтапов проектирования и осуществления процессов шлифования.

Реализация результатов. Результаты работа знедрны на раде стойко-, моторо- самолётостроительных заводов Украйни (Одесское 1Ю "вихрен", Каховский завод электросварочного оборудованчя, Хмельнягкое liO "Термопласт автомат'1) и России (Савеловское ¡Ю "Прогресс", Московские завода ксординатно-расточкых и шлифовальных станков, iiep:icKoe liu "Мотор- строитель", Ижевское ПО "И/пМАШ", Ульяновский авиационный проваленный комп-ле"с). Зто позволило улучшить качество поверхностного слоя деталей, увеличить их точность при высокой производительности шлифования. Отдельные результаты используются в учебном процессе.

Фактический кодовой экономический эффект от частичного внедрения результатов работы в пенах 199] г. составил 370,4 ты- • сяч рублей.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на более чем 70 крупных научно-технических конференциях "и семинарах, в тем числе союзных и республиканских (Лермь-197о, I'Jul, 199Г; Киев- 1976, 1977, I9bl, 1983; Москва- 1977, 1990;. Рига- 197а, 1979; Туяа-19«0; Пенза- I9BI, .1991,- 1992; Улья: op-.k-.I9B2; Тольятти- 19iiti, 1992; Ижезск-1988, 1992; Волгогряд-19ь9; Ворошиловград-19ь9; Ьарн^ул-1989, 1991; Ч е лябинс к-1990 ;Ленин град-1991; Херсон-1992; JiyqK-1992; Рыбинск-1992, 1994), ежегодных конференциях Одесского политехнического (Од сса-1977... 1994) и Севастопольского приборостроительного (Севастололь-1980...1990) кнет .тутов и на двух международных конференциях (РНР-Нанкин, 1991; республика Полкиа-Лодзь, 199т.).

В полном объёме диссертация доложена и одобрена на совместном заседании профилирующих кафедр механико-технологического фа-' культета Одесского политехнического университета.

Л у б л и к а ц и и. По материалам диссертации опубликовано 92 работы, в том числе одна монография, три брошюры и 15 авторских свидетельств.

■Стука' ура и объём работы. Работа состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на 2ЬЗ страницах машинописного текста, дополнительно содержит-& рисунков, 32 таблицы, 239 наименований литературных источников и приложение на 168 страница)',.

Автор защищает: следующие основные положения и результаты, полученные ии лично:

1. Структуру, способ разработка и реализации интегрированной

технологической сксть. л шлифования (на примере резьбошлифования прецизионных ходовых винтов!, охватывающую этапы проектирования и обработки. •

2. Системный методологический подход OaD/CAM/CAT в соответ-ствили с которым на этапе проектирования процесса решается задача обеспечения требуемых параметров качества поверхностного слоя и точности слскнопрофильных деталей исходя из наивысшей производительнее?!' сбработкл,-«а на этапе обработки (при шлифований) ре--иается .задача сг-аби^зации этих параметров с учётом индивидуальных особенностей заготовок. . . '

3. Бмявлеьъъе технологические резе-чзы увеличения производительности процессов чернового и финишного шлифования слокнопро-филькых деталей, (на примере чернового и финишного резьбошйфова-Hiu» ходовых вдатов). .

4. Комплекс теоретических и экспериментальных исследований по разработке итерированной технологической систем шлифования позволяющей обеспечить и стабилизировать параметр**,качества и " . точности обрабатываемой поверхности при высокой производительности обработал. - , '

5. Теорию проектирования и расчёта сяожнопрофильногс абраг-; эивного инструмента (на примера многонитечных резьбошлифовалькнх кругов) и соответствующее математическое, алгоритмическое и' программное обеспечение. • ■ (

6. Теорию и инженерные методы проектирования и расчёта зы-сокопроизводительньг: рабочих циклов чернового и финиыного шли- ■ фования с, учетом ограничений по качеству поверхностного слоя и точности обработки.

.7-, Метода технологической диагностики чернового и финишного шлифования, а танке соответствующие им способы и средства ■ оценки технологических параметров на этапе обработки .

tí.-Типовые технологии высокопроизводительного автоматизированного шлифования (на примере резьбо- и зубошлифованкя за одни и несколько технологических переходов).

М в т о д о. л о г и я и'иегода исследований. Обцей методологической основой является системный подход СЛТ>/СА1//СЛТ , рредопродеяяяп^й структуру интегрированной технологической систеш» шлифования. Тг^ретячоскле исследования проводились ¡m базе научных основ т хиояогии машиностроения, теории-точ-HocfK механической обработки, геплофиеики процессов резания, тео-

рий термоупругости, теплопроводности, математического моделирования,' автоматического"управления и математической статистики.

.Экспериментальные исследования и испытания проводились в лабораторных и заводских условиях с применением современного оборудования, автоматизированного стенда, а такие с использованием методов'планирования эксперимента и математической статистики. Исследования автоматизированных процессов шлифования проведены методами имитационного моделирования и на реальном технологическом оборудовании. '•,.'••

СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ .

В о' введении, обоснована, актуальность работы, изложена её- краткая характеристика, показана научния и практичес -' ' кал ценность, приведены основные п"лощения, выносимые на защиту;

П.ервая глава посвящена анализу состояния вопроса в области обеспечения и стабилизации качества поверхностного елок •и точности сполнопрофильных деталей при высокопроизводительном их •шлифовании. В частности выполнен анализ технологически требова-. н'ий к слошопрофильным деталям, используемых з передачах различ-иого, вида (зубчатых, винт-гайка".. Рассмотрены факторы, ограничи-вахяцпе производительность шлифования этих деталей, и пути повы -шёния эффективности обработки. 3 рамках принятого в-работе системного подхода СА1)/С.4.М/САТ рассмотрены вопросы математического моделирования процессов шгифовачия, их проектирования и оптимизации, а такие существующие подходы к решению проблемы при подготовке, и осуществлении процессов'шлифования. Выявлен основной недостаток этих подходов, заклзочвю;цийся з обособленном рассмотрении " этапов проектирования и обработки. Предложено р&ссматри* ,ть эти этапа как необходимое и достаточное условия для шо^сооффектив-ного шлифования. 3 этой евгэи р осмотрены и проанализированы существующие адапти-чгыз системы управления и «формулирована концепция единого упра .яеи'ия процессом на этапах его проектирования я осуществления. В заключении первой главы сформулироэаш х?гль и .задачи исследований.

Во з т а р о ¡1 главе рассмотрены теоретические предпосылки обеспечения качества и точности обрабатываемой поверхности при проектировании' процессов чернового и финишного шкнфовзи-ля исходя из известного положения о том, что тепловые процесс« при илифо'ванпи оказывая?1 Аомииндоваре влияние на параметра яачес-пга

и точности. В результате проведенного теоретического анализа получено следующее уравнение для определения максимальной темпе- . ратурн шлифования криволинейного прсфиля

еи.нд) «а • е(х,н) (I)

где 6(Х,яД) и 8(Х,К) - относительные (безразмерные,температуры шлифования с учётом и без учёта геометрической формы шлифуемой поверхности. параметр, характеризующий геометрическую форму

поверхности (например, радиус кривизны); пгчх,'}) - функция, учитывающая влияние формы поверхности на температуру шлифования по глубине X ~ ч■yJ'¿ix поверхностного слоя; 7 - скорость теплового источника, м/с; х - размерная координата по глубине поверхностного слоя, м; а -температуропроводность обрабатываемого материале, ы^/с; К = - критерий Пекле; "А- полуширина контакта в направлении вектора скорости теплового источника, м.

В свою очередь температура 6(Х,Н) с погрошостью до 5 /¿(относительно белее точного двухмерного решения)моке^ бить списана суперпозицией дьух смененных по времени решений одномерного дифференциального уравнения теплопроводности при граничшх условиях второго рода, т.е.

й(Х,Н) - о'(Х,Н) - б'(х,Н - Н^х) (2)

где Н и НтаУ- текущее и соответствующее фиксированная полуширине контакта значения критерия Пекле.

Математической основой проектирования переходов шлифования является уравнение связи между параметрами шлифования, и факторами, ограничивающими его производительность. К числу так'.к факторов относится глубина дефектного слоя, образуемого при шлифовании. Уравнение связи имеет вид

И3 г - г0 / (з)

£

гд.> % *ЗГ/а [ ЛТкр /(2т (Д > • с| ) ]' - бездефектный -.-ровень

времени воздействия теплового источника, с; Л - теплопровод -ность обрабатываемого материала,. Вт/(ы-° С); Ткр- температура структурно-фазовых превращений, происходящих в поверхностно}.: слое материала, "С; м (*} ) - ¿начете функция ^ (ХД) при Х«0; Х^ - плотность теплобог'о 'потока, Вт/м**; и р - ноэффициен-

та, олрэделяекае путём алпроксимада решения Т(х,Т к Ткр ; Т(х, Г,гр - зависимость температура I на глубине х от зрсмени С воздействия теплового источника и фор;« обрабатываемой поверхности, характеризуемо;; геометрическим параметром .

Исследования показали, что коэффициенты сС и ,У зависят от

теплофиоических комплексов -Л /(с -р ) и У>С'_р . (с,Р - удель-

наг теплоёмкость £ Д*/(кг-° 0)] и плотность ( кгУмЯ ] обрабатываемого материала), температуры Ткр и формы (4) обрабатываемой поверхности. Соответствующие уравнения связи приведен-.; в дис^эр-тации для инструментальных, легированных и высоколегированных сталей

Механизм формирования дефектного слоя при шлифовании незакалённых сталей к настоящему времени мгчсе изучен, чем для закалённых сталей. Несмотря на то, что обработке шлифованием чаще подвергаются закалённые стали, на рьде заводов авиационной промышленности предварительное шлифование (например, резьбы ходов.:* винтов) производят при твердости' обрабатываемого материала ке превышающей 30 НПО (азотирг, зле стали 30Х2НВА-"й1" и ЗВлй>л]А). Такая, технология используется, например, на Ульяновском аеи-ци-оннсм промышленном комплексе (АО "Авиастар"). При шлифовании указанных сталей производительность обработгч ограничивается температурным факт.ром, приводящим к формировании сложного напряжённого состояния в поверхностном слое. "1ри этом температура шарования часто не превышает уровень Тку. Однако, велич/ча возникающие в поверхностном слое материала термоуиругих нвпряже-' ний может превысить предел текучести материала и в поверхност-. ном слое образуется пластически-деформированная зона, которая оказывает существенное влияние на формирование в поверхностном слое технологических остаточных напряжений. Эти напряжения мог/т привести, например, к искривлению оси авиационных ходовых аиктов при резьбошлифевшши.

• Установленная в диссертации формула для расчёта глубины пластически-даформировашого слоя по структуре совпадает с формулой (3), однако численшэ значения параметров сС, Р и Т.а яз~ ляются другими. Например, величина Т0 рассчитывается по формуле _

ГГ * т

—.1—(4) а I 2гт\ (П ]

где , f , Е - соответственно, предел текучести обрабатываемого материала (Да), коэффициент его линейного расширения (1./сС) и модуль упругоет'ч (Па),

Предварительный анализ точности обработки сложнопрофияь'ных деталей выполнен на примере анализа составляющих накопленной погрешности шага резьбы при резьбоалифовании ходовых винтов. Установлено, что в обцем виде накопленная погрешность на дли-Hd LP rvjзьбовой части заготовки может быть представлена зависимое. ыо

(Ь)

где Д - погрешность от температурного удлинения винта, воз-никасщая »следствие выделения теплоты при резьбошлмфовшши, uajii дtxoc ~ погрешность от влияния температуры воздуха, СОК и ходового винта станка, мкм; - геометрическая и кинематическая погрешности резьбошлифовального станка, мкм; ¿Хост ~ остаточная (механическая) составляющая осевого удлинения обрабатываемого винта, икм; tt - величина настройки коррекционнсй линейки станка, мкм. Причём, индивидуальные особенности обрабатываемых ходовых винтов проявляются в их температурном удллнзнии (деформации) при шлифовании, обуславливая нестабильность шага резьбы.

Максимальную производительность шлифования при отсутствии дефектного слоя на окончательно обработанной поверхности можно обеспечить при условии, что для любого к-го перехода

•L. Zoen к + 2а //-\

п-

где ¿ссг.к " 21 tc - оставшийся к началу к-го перехода припуск на обработку, мм;. fx - число переходов шлифования, необходимое для удаления всего припуска; Н0 - припуск, предусмотренный на последующие операции илифования; ищ коэффициент-йапаса по прижогу, показывающий на какую часть оставлагося припуска мокет проникать дефектный слой.

С учетом выражений (3) и (6) может быть получено следующее уравнение для рисчота глубины шлифование tK на либой к-й переход

- ¿f.) (V

где А^^К-V- tк плотность теплового потока на к~ом

технологическом переходе, Вт/м2; Лу3 - удельная работа шлифования, коэффициент, учитывающий долю энергии шлифования, преобразуемую в теплоту; Ьк ~

длина дуги контакта в направлении вектора скорости зистозки,

ш; Сок = (ЗГ/а) [А-Т<р: )'<\,к)]2 - бездефектный уровень

времени воздействия теплового источника, с; Ь к / V -теку-

щая величина времен** 'воздействия источника, с.

Уравнение (7]' связывает между собой режимные гео-

метрические (Эк , ¿к, ), теплофизические (а,,.,' ,Тлр), энергетические (А^.^) м технологические (£<>, §к) параметры процесса шлифования. Оно позволяет определить нр этапе проектирования такие режимные параметры процесса (например, распределение припуска по технологическим переход®), которые обосг«чив£иот наивысшую производительность обработ1си при недопущении образования дефектного слоя на окончательно обработанной поверхности. При этом процедура определения указ' чнчх реяимных (регулируемых) параметров с информационной точки зрения является управлением провесом шлифования, которое производится на этапе его проекткров<Ятп (этап САТ> в системном подходе иф/САМ/САТ)

Описанный способ определения глубины и числа переходов шлифования использован при разработке системы чвтематизирозанного проектирования шогониточных реэьбоилифовальних кругов и инструмента для "х профилирования и правки.В результате проектирования указанного инструмента применительно к шлифованию резьбы шариковых винтов из стали 8X5 для стенкопроизводстра Ш "ййМА11" кзго -товлены и внедрены следующие алмазные правящие ролики:

Обозначение ролика.....ЕК3463 088.04 КС3464 Оба.01.

Число ниток.;........... 6.4 о 8

Радиус, профиля, ш .... 1,38 2,92 2,47 I,'¿I "

Шаг. резьбы, мм........ б 10 В 5

Применительно к условиям Ульяновского авйаиионлого пропиленного комплекса выполнено автоматизированное проектирование инструмента для шлифования резьбы на полых ходовых винтах из азотируелж сталей 30Х2ЫЙА-"Ш" и ЗйлЗМЙА. Изготовлены и шедре -ны металлические накатники &345 00,4ЬС и 3845 00.440 для резьбы с шагом 8,5 и 7,0 ш, соответственна.

В третьей главе рассматриваются вопросы стабн-

о

газации бездефектного состояния поверхностного слоя и точности обработки ка примере многоиигочного (чернового) шлифования резьбы ходовых яинтоя качения. Установленный в предндущей главе мс- ' хачизг.: формирования дефектного слоя позволил разработать ряд новых способов получения информации о тсплонапряжёиности процесса д1Лифова-;пя: способ определения плотности теплового потока-до профилю шлифовального круга (а.с. 12ёв039), способ контроля несим-• иет;ичног-о расположения припуска по профилю (а.с, 7U4773 и а.с. Ю^'бКЬ;, способы определения доли тепловой анергии, поступающей ч заготовку, и момента возникновения дефектного слоя (а,с. IS9SG97). Например, для прогнозирования глубины дефектного слоя (в режиме реального времени)при одноперехидном многониточном резь-бошлифовании на этапе врезания определяют отнесение приращения мощности резьбошлифования к приращении площади пятна контакта (предопределяется формой профиля круга и формой сечения срезаемого слоя материала). Ори атом время воздействия теплового источника определяется отношением мгновенного значения длины дуги контакта б направлении вектора скорости заготовки к ьеличкне этой скорости, Соответствующие математические зависимости, приведение в диссертации, составили теоретически .о базу для разработки система диагностг^п физико-механического состояния поверхностного слоя при шлифовании, в том числе самообучающейся микрокомпьютерной системы (этапа САМ и CAT в системном подходе CAV/CAii/CHT)

Точность, предварительного (чернового) шлифования деталей слокной конфигурации является одним из необходимых условий обеспечения точности окончательно изготовленных деталей. Например, в силу технологической наследственности накопленная погрешность шага обработанной резьбы ходовых винтов существенно зависит от,одноименной погрешности, сформированной на этапе чернового многониточного резьбошл/фования. 'Гак влияние черновой операции многониточного резьбошяйфовашя ка последующую операцта однониточно-го ресьбоалифования характеризуется коэффициентом корреляции 0,7 при коэффициенте уменьшения погрешности 0,4. Поэтому, одним из преходимых условий стаоилисгции точности обработанной резьбы по шагу является обеспечение точности ходовых винтов по SiOMy'параметру на операции чернового многснктсчпого резьбошлифования.

Ьа основе анализа составляющих шаговой погреглюстй резьбы, взеодицих в формулу (5), установлен механизм форшгровсашя случайной составляемой погрешности. Например, К "XQWMHOtt. ♦

схеме охлаждения заготовки при резьбопшфсвании на основе одномерной модели теплового пока получена следующая зависимость для определения температурной составляющей шаговой погрешности резь-би при однонитоином реэьбсЕЛифовании

Л1 - ¿- «у-ь? {х

(Э^В?) ¿л (в>

*А(г,п, V ] ^.Ьр-Тж-дСм'

где А(50п_,5„ ,Р0|) - функциональный комплекс, зависящий от пере-. менных3ол. ,(?<,,_; Г{ -радиус заготовки, м; ?0-ь ы аТс/К? (I « 1,2) - обобщённые переменные Фурье, характеризующие время нагрева « 2-Ьрв/Ь^ К2) и охлаждения ч- ¿¡> л п.р - полудлина и полуширина теплового источника, м; 1а~ полуширина зоны охлаждения, м; V и /0« v•siaУ - ощэуяиая и осеЕая скорости заготовки, м/с; # = (¿ДЛЯ)- угол подъёма резьбы, рад;

- шаг резьбы, ,м; В' к'&тЬу'л - критерий Еио; ¿тй ^ - коэффициента теплообмена [ ВтЛиг-вО} и линейного расширения (1/сС); •Зоги и 3 * - корни характеристических уравнений -10( 5 ЬВ;. -- Л, а 0 и -1((5) » 0; Д, и - функши £есееля первого

рода нулевого и первого порядка; Гв и Тк - температуры воздуха и СШ, °С.

• Анализ этой зависимости позволил установить, что для обеспечения инвариантности погрешности относительно температура воздуха в шхе (при высокой производительности обработки) необходимо выполнить следующие условия

- V* а ' Тз - ^в * 0 Тв - Тхв к С2 (9,10.11).

где '±'х13.н - температуры ходового винта станка и обрабатываемого' ходового винта, °С; Л и С2 - констакты, величины которых зависят от производительности обработки, °С.

Проведанные на ПО "Мнкрсн" (г.Одесса) и СШ "Прогресс" (г.Кимры) экспериментальные статистические исследования поззоки-ли установить наличие тесной корреляционной связи ме:;г:у величинами ди лИ (при многашточном черновом и однониточнсм фи -нишном шлифовании коэффициент' ковре ляц-ш, соответственно, составляют 0,74 и 0,83). Следовательно, необходимым условием ста-

бипизацик йогрспности & (при этом погрешность из случайной перехЪдят в систематическую) является стабилизацияСпри реэьбо-шлифованик)ссеБ1 х тещюратурнкх деформашй заготовок.

Применяя пр;ншш суперпозиции температурных деформаций от • различных ниток круга, на. основании уравнения (8) получена следующая формула для определении температурной составляющей шаговой погрсчьности резьбы при многониточном однопереходном рэоюбошлкфс»анли

^ у? 1 ' ^

ы гг.7 ^(Ь^В^^оСЗ.^ . (12)

- ---

I. L

зг-л-

, üjT('fn- i- о

аж (m-i)

vft

)1>

ШСЫ

где - коэ^яц«в т теплсБВОда;. Р - мощность, затрачиваемая на шлифовала rrt - ниточным кругом, Бт.

Aîiasus урышния (Х2) показал, что яри низкоинтенсивнсм теплообмене, т.е. при i ÏGOO Вт/(;А5 С), для локальной схеш охк&зденйя заготовка веялчина однозначно зависит от отношения мсдност». шлифования Р к скорости ьагоговкн v .

Из приведённых на шс.1 данных следует, что зависимость д vSM f (P/v ) для условий охладдешя на воздухе иди с использованием маеда И-20А близка к линейной. Зтс позволяет управлять процессом резь-бошлйфивания. В частности, стабилизация шага резьбы а её профиля•возможны при условии P/v - С, где С - константа.

прь шогониточиш шогс-

пе;еходном резьболкифовонии на погрешность шага резьбы дополнительно влияет теклера-vypian деформация заготовки к началу очередного (и'особенно последнего) керахода.

I „

^ ?

3

100

'120 P/v, Шф

РксЛ. Влияние параметра P/v на шаговую погршность л5м при ил/йованш всуху» (X), с маслом Ш и _однсй СОЙ (3)

В этом случае необходимо, чтобы к началу очередного перехода заготовка ш,.„'ла та.кую ке температуру-, какуи она имела в начале предыдущего перехода. Это позволяет .устранить влияние технологической кой наследственности v<s предащущих переходов, йен от ом многопереходную обработку можно рассматривать кок совокупность однопэре-ходных операций многош'точного резьбоалифованпя, управченио которыми по критерию P/v я U было рассмотрено -¿rr».

Для реализации управления по критерию P/'v «= С разработано, изготовлено и внедрено аналоговое вычислительное устройство, которое может работать в двух режимах: диагностики и регулирования. В режиме диагностики отклонение стрелки дисплея от нуля зпразо или влево характеризует непостоянство нагрева заготовки при шли-' фозании, что свидетельствует об отклонении рекимез рогьбошяифова-нпя от требуемых...В режиме регулирования окружную ;корссть ¡заготовки изменяют таким образом, чтобы стрелка дисплея вернулась в нулевое положение.

Разработанный технологический процесс автоматизированного резьбошлнфования всесторонне исследован методом имитационного моделирования и экспериментальна/. Установлено, что стабилизация параметра P/v за счёт регулирования скорости v позволяет уменьшить случайную составляющую накогтенной погрешности шага резьбы в 3-9.раз беи ухудшения качества поверхностного елок резьбы.

Экспериментальные исследования влияния режимов многениточ-ного рэзьбоилкфования на изменение остаточных де^ортиаиий ходовых винтов позволили установить, что по мере съёма припуска пропорционально увеличиваются остаточные деформации сжатия. Это свидетельствует о формировании в поверхностном слое скимамнгих остаточных напряжений. Установленная взаимосвязь между приращегием остаточной деформации и снимаемым припуском позволила разработать способ коррекциии шага резьбы при резьбешлкфезании (а.с. 1:319016) позволяющий устранить влияние остаточных деформаций.

В-- четвертой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по обеспечению на этапе проектирования и стабилизации, на этапе обработки точности высокопроизводительного финишного шлифования на примере рерьбошлифопя-нкл прецизионных ходовых винтов.

Анализ составляющих формулы (5) позволил установить, что непостоянство осевых температурных деформаций заготовок пр* vr¿i<bo~ вении обуславливает нестабильность накопленной логреп:ксс?и iva га.

резьбы. При этом погрешность шага определяется величиной температурной деформации, котор^.о заготовка имеет перед началом последнего технологического перехода. Для управления этой величиной установлена зависимость меаду ней.и технологическими параметрами шлифования. Одна на таких зависимостей, полученная на основе одномерной модели теплового поля для локальной схемы охлаждения заготовки, списывается уравнением (8), которое применительно к. ^- ому технологическому переходу I - ого обрабатываемого винта можно представить в виде

Л« * I ( АС-оц,^;;, Ьр.кДр.ЛрДу, Л, а.Ч.^.Ь:, Роь НоьДвЛж,^ *,)-л1кл аз)

Ъ ограниченном интервале изменения переменных ' ^ , Рог_ и . ВI уравнение (13) может быть приведено к более простому виду путём аппроксимации его полиномом. Например, при 9,75 10"^ 4 Ро»V 58-10-°, 0,0679 ч< Рог4 0,2037 и 0,1 < 31 4 1,5 это уровне-, ние можно преобразовать к виду

ьЦ = - - ¿¡. . СЬ - с1, 1 - (14)

^ Ч

где Р^ " ^'СлКр'^;-- мощность резьбошлифования, Зт; П.^ - частота вращения загото1ки, мин"*; с(,« 1,2761р; с» 5,8151_р ; <1} - I - 9,702/аи с1ц «= 116,33-I,,- (Т8 - Тж).

Для оценки погрешности уравнений (13) и (14), полученных на основе одномерной модели теплового доля, выполнен анализ влияния числа координат в математической модели теплового поля на точность оптдадеяения температурной составляющей шаговой погрешности резьСи. Дя" этого произведено сравнение данных эксперимента с ре-результатями расчёта по раэработвдкыл в диссертации уравнениям: одно-, двух- и трёхмерному. Например, для локальной схемы ох лак-• Дч.ния заготовки уравнение трёхмерной тгематичсокой ьрдсли, позволяющее рассчитывать темпй'ВДург'уа погрешность шаха ре&ьби, име-имеет следующий' вид

* /а (Ьр, Я, ^ [, Аг.Др/с ,У0)-л{'м Ш)

где р =» 2-tp/R - угловая ширина теплового источника, род.

Лриподя уравнение (15) к полиномиальному виду (по разработанной методике) в указанных интервалах изменения Fw и В i можно по лучи .ь следующую зависимость

iljj = kv.Pü + k,aíoii - гХкл (16)

П.1]

где kt» 1,02В I0-2Lp; 1,59^ •IÜ'-'Lp ; k3-I.

На рис.2 представлены' полигоны распределения ошибки прогнозирования температурной погрешности шага резьбы по уравнениям (13), (14), (15) и (16)

Рис.2. Распре;эдение ошибки Д прогнозирования температурной погрешности 4-й : кривые 1,2,3,4 соответствуют уравнениям (13).(14)-(1Ь),(16); хоивые ¡3 и В - уравнениям (15) и (165 при автоматической норрекциии коэффициентов этих уравнений; пг' - частотность.

Из анализа рис.2 следует, что ошибки прогнозирования температурной погрешности да по уравнениям (13) и (14) близки (кривив I и 2). То sie самое можно сказать об ошибках прогнозирования i>1i по ураанениям (15) и (16) (¡фише 3 и 4). При этом наименьшую огмЯ-•су прогноза имеет уравнений (15) (кривая 3). Следовательно, на птлпе проектирования тзхнологичеекил переходов шяифотнля цел«-«-.-образно испопь&свэть уравнение (ТО), полученное на оси<>№

мерной модели теплового пояя.

В работе приводятся методика и примеры расчёта распределения припуска по переходам шлифования с использованием следующего уравнения для температурной погрешности шага резьбы Д^о^'м) П8~ ред началом очередного + 1)-ого техно/. ;гического перехода

г - i ^ t \ tii V"'

üh«u]*o а - 4-о1ь ]

и

(17)

vi Tos K C-j>.oL J J

'где дИ.- уравнение (15), описывающее погрешность шага резьбы L -ого винта на интервале j -ого технологического перехода, мкм; c,j) - удельная теплоёмкость I Дж/(кг-°С)] и плотность (кг/м3) обрабатываемого материала; сЦ - коэффициент, теплообмена с воздухом, Ъг/Ь/'- °С); Tos - время охлаждения заготовки на обратном ходе стола станка, с; et- диаметр заготовки, м. Результаты расчёта распределения припуска, обеспечивающего -требуемый закон изменения температурной погрешности обработки по мере съёма припуска, использованы при разработке управляющей программа для системы ЧШ резьбощлифог ального станка.

Для стабилизации параметров точгзсти заготовок на этапе обработки (за счет диагностики и регулирования технологического процесса) уравнение (15) неприемлемо в виду его относительной сксности и недостаточной точности. Поэтому дил этапа обработки в диссертации предложен способ автоматической коррекции уравнений (14) и (16), котор.л производится при работе самообучающейся микрокомпьютерной системы в режиме реального времени. Например, для уравнения (14) алгоритм коррекции имеет следующий вид .

tl ■ "cptl

где ' ¿1 и с1ч. - значения коэффициентов ctj. и > скоррек-сирсванные, соотв тственно, на первом и втором технологических переходах резьбошпифовакия; АЛ^кг)" Л?1Нг)', Дср1«гГ

фактические значения температурной погрешности д^ после 1-ого

и второго технологических переходов, мнм; tJvl( и /Лр'а ~ значения погрешности hfi , рассчитанные по уравнению (14), Mía.!; (г^ , Я<р{а - фактические частоты вращения заготовки, мин""*; -

фактически г мощность резьбошлифования на 1-ом переходе.

Из приведенных на рис.2 данных (кривые 5 и 6) следует, что точность прогноза погрешности обработки по автоматически корректируемым уравнениям (14) и (16) в 1,5-2,0 раза выше, чем по самому точному уравнению (Id) (кривая 3), которое использовано на этапе проектирования технологических переходов, причём, проявляется свойство инвариантности корректируемых уравнений (14) и (16) относительно исходных уравнений (13)" и (15), из котор:.:х они, соответственно, получены. Таким образом, применегик- процедуры автоматической корреяциии уравнений (14) и (16) является эффективным методом увеличения точности прогнозирования погрс»яо4-Щ' обработки после того, как возмог-сности адекватного, описания ее математическими методами оказываются исчерпывающими. Поэтому полученное а работе алгоритмы коррекции полиномиальных уравнений типа (14) и ;(16) составили основу для построения спмосбучадщейсп микрокомпьютерной систеш управления процессом шлифования -

Пятая глава посигацена разработке и исследованию средств управления процессом шлифования на з'.але обработки в тсй иере в какой эти средства оказывают влияние на качество и томность обработки. 3 рамках системного подхода Оф/САМ/ОАТ разработаны теоретические предпосылки.синтеза алгоритмов измерения и р*-гуяирования технологических параметров шлифования. .В частности, введено понятие о функции: регулирования, которые делятся на двд вида: функции-оригиналы и функции-изображения. Исследована взаимосвязь этих функций путём формулировки и доказательства соотве!-:твующих теорем о связи, чувствительности и демпфировании. Установлены условия при которых стабилизация параметра, описываемого бушцией-изебраиением, обеспечивает стабилизацию параметра, который описывается функцией-оригиналом. Предложены пуч ислользова-1ия этих условий для автоматического уменьшения регулирующего зоздействия на прсцзсс штафования, если это необходимо исходя из гехнологически.: соображений (а.с. 1386960).

Существенное влияние на качество автоматического регулироьа-ия оказывает способ автоматического регулирования. В диссертации эазрайоташ новый способ автоматического регулирования технологи-leciare парш.'.отроа шлифования (а,с; 1054019) и соответствующее yev-

ройство (а.с. 1059545), позволяющие обеспечить работоспособность и. надлежащее качество функционирования елейной динамической системы, какой является шлифовальный стопок. Сущность разработанного способ"., заключается в преобразовании спектра сигнала регулируемо го параметра с целью выделения для регулирования медленно изменяющейся составляющей отого сигнала. Для этого сигнал обратной связи прерлвато на время одного оборота заготовки при непрерывном измерении регулируемой величины или определяющих её параметров. Регулирующие воздействия вырабатываются и производятся по сигналам прорывания, эффективность способа обуславливается устранением влияния шсокочастотнщ; составляющих сигнала регулируемого параметра, имеющих частоту изменения близкую к частоте вращения заготовки. Применение способа обеспечивает устранение влияния переходных процессов в замкнутой системе автоматического регулирования на параметры качества поверхностного слоя и точности сложно-профильньа деталей при шлифовании.

Для некоторых технологических схем шлифования, например для схем! финишного многопереходного резьбошлифования, интервал прерывания сигнала обратной связи целесообразно принять равным времени одного технологического перехода шлифования. Длительное отсутствие ©того сигнала может быть скомпенсировано двумя следующими друг за другом этапами управления: прогнозированием регулируемой величины (например, погрешности обработки), по уравнению её математической модели и коррекцией этого уравнения при работе самообучающейся микрокомпьютерной Ci.CTei.iJ. В первом случае измеряются параметры, входящие в уравнение математической модели, вс втором - производится коррекция коэффициентов этого уравнения щ „'ёя сравнения результатов измерения и прогнозирования величины регулируемого параметра.

Разработаны способ и соответствующий интерфейс для подключения аналоговых и цифровых систем автоматического регулирования (з том числе для подклгчешя самообучающейся микрокомпьютерной систем:) к системе Ч11У {типа СПС) ылифовальнше станков, в той -числе к системам типа "Фанук" и "Сименс",

Выполненные разработки позволили создать базу для построения' автономии технологических систем шлифования с интелиекту-альиьми свойствами, которые могут работать в среде интегрированных производственных систем (на основе принятого в диссертации подхода а^САК/СЛТ). Приводятся данные экспериментов и вывода.

13 шестой главе систематизированы сведения по новым типовым технологиям высокопроизводительно!-о автоматизированного шлифования сложнопрофиль:а,1х деталей на примере оуоошли -фопания, чернового и финишного шлифования резьбы прецизионных ходовых бинтов, плоского шлифования деталей сложной конфигурации, а такке шлифования и заточки слохогопрофильного лезвийного инструмента. Например, типовая технология многониточного автоматизированного резьбошлифовалия ходовых винтов содержит сведения и техно-иологичсские данные по выбору геометрических параметров млогони-точных резьбошяифовальных кругов, автоматизированному регулирована скорости заготовки для стабилизации накопленной погрешности шага резьбы и другие (а.с. 633721, Öl2ü4b, !05'JuI9, IÜL9o4ü, 1223207, I2buü39, 13ъ69б0, 1Ы9016). Типовая технология финишного автоматизированного шлифования-р-'зьбн шариковых винтес, содержит введения по устранению швш. :я температурных условии s'xpyj;ta.cu;t;fi среды на точность шага резьбы, настройке кор'юкцлсншй линейки стачка, выбору высокопроизводительных рабочих циклов шлифиванг.я (а.с. 704773, Ö12546), Типовая технология плоского. автоматизированного шлифования деталей слогной консигнации содержит технологические рекомендации по сокращен™ основного (а.с. 1399097) „ вспомогательного (а.с. 747706, I68Ü490) Бремени шлифования.

В седьмой г л а в -о .даётся оценка: технологической эффективности результатов исследований в практике технологический подготовки производства сяолаюпрофильшос деталей и при аксплуат«-ir.ii; разработанных технологических систем высокопроизводительного автоматизированного 'ллифования. В частности показано'

- увеличение производительности в 2-3 раза и точности шага резьс ¡,; на 20-40 % при черновом многенлточном резьботяифогаши шариковых ходовых винтов (на стайках типа ЫВ.134 и МЫ5в) по сравнению с од~ ношгточным розьбощккфивалиеы и нарезанием резьбы резцом ;

- уменьшение в 3-4 раза колебаний накопленной погрешности шаги реаьбы при шогонигечном автоматизированном разьбогалифовелин ша-рикошх винтов из стада 8}2& по сравнение с обычным мтогоиитсчлым рэдьбоилифовшстем; . ..

- новетеяие в 2-3 раза производительности резьбоыжфовапия авиационных шариковых ход^плх винтов из азотируемых сталей ЗОХИНВЛ-'Ъ и 3ЬлЯ1.ЧЖ иа станках типа "Линдкер" за счёт применения спроектированных копструкшЯ многошвочнах кругов вместо традиционно при-чтт'лт одиониточннх яругов;

- уменьшение в I,5—S,0 раза колебаний■накопленной погрешности шага резьбы при финишном автоматизированном рззьбамифоваяии на станке "Матрикс t/VOb", оснащённом самообучающейся микрокомпьютерной системой по сравнению с традиционным процессом шлифования на этом станке с 411У,

В заключительной части главы сформулированы перспективы и пути дальнейшего развития выполненных исследований при разработке новых высоких технологий и соответствующих высокопроизводительных технологических систем механообработки.

Б приложении содержатся обоснование формулы и структурно-логической схемы диссертации, тексты программ для ЭШ, таблицы по определения глубины и числа переходов шлифования , а также протоколы производственных испытаний и. документы о внедрении результатов работы в производство.

основный рйзульташ и вывода

3 диссертационной работе в результате выполнен*- jx исследований осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научной и технологической проблемы высокоэффективного шлифования слояснопрофияьных деталей (на примере резьбошлифования ходовых винтов) на станках с ЧиУ путём разработки интегрированной технологической системы шлифования на основе системного подхода CAD/CAM/CAT, где CAT ( Computer Aided Training ) автоматизированное обучение технологической системы шлифования. Па основе проведённых исследований сформулированы следующие выводы:

1. при известном маршруте обработки детали этапы проектирования технологической систем: шлифования и её функционирования

с точки зрения 'травления процессом шлифования взаимно дополняют друг друга, причём на этапе проектирования управление процессом осуществляют путём определения глубины и числа переходов шлифования исходя из обеспечения требуемых параметров качества поверхностного слоя и точности шлифуемой детали при наивысшей производительности обработки, а на этапе обработка (при шлифовании) - путём диагностики состояния процесса и регулирования скорости VI охлаждения детали для стабилизации указанных параметров качества и точности с учётом индивидуальных оссбенностей детали.

2. Анализ существующих решений дифференциальных уравнений

теплопроводности, используемых для'определения температурного по-

ля в зоне шлифования, позволил установить, что в интервале изменения критерия Пекле 4 4 Н 4 20 температура шлифования на поверхности и по глубине поверхностного слоя с погрешностью до 5 % (относительно известного двухмерного решения) может быть описана суперпозицией двух смещённых по времени решения одномерного дифференциального уравнения теплопроводности при граничных условиях второго рода.

3. При исследовании влияния радиуса кривизны профиля заготовки на температуру шлифования установлено, что для выпуклых и вогнут!« поверхностей обрабатываемого профиля с увеличением радиуса кривизна (при прочих равных условиях) температура шлифования уменьшается и увеличивается, соответственна, лтотём для закалённых легированных сталей типа 9ХС и иХ15 н>и сдъшее изменение температуры (?5-Ь0)/о) происходит при изменении |»диуса •фиаизны в интервале от I дс 2 мм.

4. Установлено, что глубина образуемого при шлифовании дефектного слоя зависит от геометрической формы поверхности контакта, имеет энергетическою природу и определяется двумя теплофи--зическими параметрами: плотностью теплового потока и временем его воздействия. Полученные в работе математические зависимости пс<зповолили разработать и реализовать дополняющие друг друга способы расчёта распределения припуска и диагностики физико-механического состояния поверхностного слоя при шлифовании. Для реализажи этих способов разработаны, соответственно, технологическая инструкция по определение глуби:а к числа переходов бездефектного шлифования и самобучаащался микрокомпьютерная система диагности..и физико-механического состояния поверхностного слоя.

5. Применительно к шлифованию незакалённых легированных сталей, а также для азотируемых сталей типа 30Х2НМ-"1ц" и ЗУШ.^А установлено, что возникающие в поверхностном слое термоупругие напряжения могут превышать предел текучести обрабатываемого материала. Н этом случае в поверхностном слое возникает плпстичесни-деформированнол зона. Применительно к шгкЬованмо резьб« авиационных ходовых винтов из указанных азотируемых счалей разработана методика расчёта распределения припуска на переходы шлифования в соответствии с которой глубина образуемого при шлифовании плас-Уически-дефориированного слоя не превышает оставшегося 11а шлифование припуска.

6« Для слошопрофияьных деталей типа ходовцх винтов перод;«

винт-гайка качения установлено доминирующее влияние осевых теше-ратурных деформаций винтов при шлифовании резьб I на погрешность её п^га (при многопиточном черновом и однониточном финишном резь-бошлифовгшми коэффициенты корреляции составляют 0,74 и 0,83, со-отвегстпенно). Установлен механизм формирования шаговой погрешности резьбы: для многснпгочного однопереходного резьбошлифования ота погрешность предопределяется средней температурой участка за- ' готовки, находящегося перед последней формообразующей ниткой ыно-гониточнсго круго, а для однониточього шогоггереходнсго - средней температурой заготовки, .которую она имеет перед началом последнего технологического перехода.

7. Установлено, что стабилизация погрешности шага резьбы при многопиточном однопе^хеднсм резьбошлифовании достигается при "та-билиза.ции отношения мощности розьбоалкфования к скорости заготовки за пчёт регулирования это!; скорости по мере перемещения шого-ниточного круга относительно заготовки. Установлена и использована дня настройки станка линейная зависимость медцу величиной снимаемого припуска и остаточной (механической) составляющей осевой деформации обрабатываемого винта.

8. Для улучиения качества автоматического регулирования технологических параметров шлифования разработаны способ и устройство автоматического регулирования с преобразованием спектра сигнала регулируемого параметра за счёт прерывания сигнала обратной связи и соответствующей синхронизации при заработке регулирующего вез- ■ 'действия. Установлено, что время переходного процесса регулирования (на примере регулирования отношения мощности шлифования к сгсо-рс-.ти заготовки) составляет 5-6 оборотов заготовки. Предложен и реализован на практике способ уменьшения времени переходного процесса до времени ^ногс оборота заготовки,

9. Установлены следующие технологические резервы увеличения производительности финишного ыногопереходчого рззьбошлифовгния прецизионных ходовых винтов: а) устранение злияния температура .воздуха в цехе за счёт предложенного в работе способа регулирования температуру ССм( и настройки коррекционкой линойпг станка; б) допустимость при резьбошлифовшгаи регулируемого нагрева обрабатываемых винтов (взличииа нагрева зависит от класса точности шнтоп и яжтызается в асгройке коррекционной динейнч); в) увзличеиие интенсивности охлаедения заютовки; г) обеспечение контроля и регулирования шага к диеметра резьбы ходовых витов при сшчдаалькоа

рабочем цикле съема прикуска; д) учёт индивидуальных особенностей заготовок при шлифовании путём самообучении автоматизированной технологической системы.

10. Разработан способ обеспечения инвариантности точности шага резьбы при шлифовании ходовых яинтоп относительно температуры воздуха а цехе, заключающийся в стабилизации разности мелду температурами воздуха и СОН путем регулирования таяюратури ОШ, а такие в стабилизации разности кежду температурами воздуха и ходового винта станка путем регулирования температуры ходового винта станка (для станков типа "линднер") ини эквивалентной поднаст-ройки коррек1+1оннпй линейки станка (для станков типа "яатрикс 570В"). Данный способ позволяет получить афЗе: г У'-гмоконстактного помещения.

11. Установлено, что зависимость мехуйг веничиноч настройки коррекадюнней линейки резьблалифовального станка ¡1 глонзводитель-но'йтыо финишного резьбошлифовалия близка к "инейней л зависит от класса точности обрабатываемых винтов.

12. Разработана методика распределения припуска по технологическим переходам финишного реэьбошпфовшшя исходя но требуемого закона изменения температурной погрешности шага резьбы обраоа-тнваемых винтов по коре съёма прилуска и в зависимости от рассчитанной величины настройки коррекшонной линейки станка.

13. Разработаны одно-, двух-- и трёхмерная из.тематические модели погрешности шага резьбы при реоьбошпифовании применительно

к локальной и распределённой схемам охлаждения заготовки, произведен сравнительный анализ их точности. Остановлено, что наибольшую точность обеспечивает трехмерная математическая модель, которая использовала на этапе проектирования высокопроизводительных рабочих циклов финишного резьбошлкфовакия. *

14. Разработан способ преобразования исходшч математических моделей, использусшх на -тале проектирования, в мо-нфицирооалпиа математические модели полиномиального вида, испольпуешс на этапе обработки для управления процессом. Раз^ботон способ коррекции модкфицировшмгх математических моделей, виешкм проявлением, которого является самообучение технологической скстеш автоматизированного икифовопия. Найдены теоретически и реализованы на практике оптимальные структурные схемы коррекции. Разр^отан и рзаяи-зовен интерфейс для подключения самообучающейся микрокомпьютерной системы к системе ЧДУ (типа СМС) шлифовальных стэнков (па иркьюре

систем ЧЦУ "®ачук" и "Сименс")..

1Ь. Впервые установлен и оппсан переходный процесс обучения технологической системы автоматизированного шлифования в течении которого осуществляется определение коэффициентов уравнения математической модели регулируемого параметра при работе самообучающееся микрокомпьютерной системы. Длительность этого переходного процесса соответствует времени обработка первых 5-6 заготовок'кт партии. Предложен и реализован способ уменьшения длительности переходного процесса обучения до времени обработки одной заготовки.

16. Практическая реагчзация результатов исследований осуществлена путём внедрения на станко-, авиа- и моторостроительных предприятиях: разработанных технологических инструкций по выбору глубины i числа переходов резьбо- и зубошлифования, а тшгче по определению геометрических параметров шогониточных р^зьбошлифо- . вапьных кругов; типовых технологий высокопроизводительного многониточного чернового и однонигочного финишного резьбошлифования прецизионных ходовых винтов со стабилизацией шага резьбы; устройств и систем диагностики и стабилизации параметров качества и точности обработки слошопрсфи льдах деталей, а также самообучающихся микрокомпьютерных систем. Фактический годовой экономический еффект от внедрения результатов диссертационной работы составил 370,4 тыс. рублей (в ценах 1991 года).

Основные положения и результаты диссертации опубликованы • в следующих работах: .

1« Управление процессом шлифования /Якимов A.B., Паршаков А.Н., Свирщев Ь.И,, Паршин В.П.-'Киев: Техн1ка, I9Ö3.- lö'i с.

2, Якимов A.B., Дарами В.II. .Автоматизированные системы управления процессом шлифования.- Киев: 0-во "Знание",1933.-16, с.

3, Якимов A.B., варимы В.П. Технология автоматизированного шлифования.- Киев: 0-во "Знание", 39Ш.- IL с.

4, Ларшин 3.11. Автоматизированное шлифование: технология, средства, применение.- Одесса: СИлполиграфиэдат,1992.-'19 с. ■

Ь. Ларшин В.1'., Якимов A.B. Магнитоэлектрический"анализ , структуры поверхностных слоев шлифованных деталей JJ Повышение качества, надежности и долговечности деталей машин технологически.« методами: Межвуз.сб.научн.тр.- Пермь: Гос. ун-т, 1977. - С. 43-47,

6. Якимов A.B., лариик В.П., *усавский iQ.II. Технологические' предпосылки регулирования режущей способности шлифовальных кру-

гов // Сверхтвердые материалы,. 1980.- № б,- С. 36-30.

7. Якимов A.B., JiapitHH В.11., Коноваленко 13.Я. Автоматическое управление зубошлифованием // Вестник машиностроения.- 1982.-Ь' б. - С. 37-59.

В. Харшлн В.П., Якимов A.B. Оптимизация, распределения припуска при шлифовании резьбы полукруглого профиля. // Совершенствование, процессов абразивно-алмазной и упрочняющей технологии d ма-. шиностроении: Межвуа. сб. научн. тр.- Пермь: .Политехи.ин-т, ISo3. -С. 13-20.

9. Ларшин В.П., Якимов A.B., Ковальчук K.M. Автоматическая настройка резьбошгифовального станка // Совершенствование процессов абразивно-алмазной и упрочняющей технологии машиностроении: Иежвуз.сб.научн.тр.- Пермь: Политехи.ин-т, 19&4. с S--IЬ..

Ю. Соколов В.®., Лараин B.U.-, Якимов A.B. Рагпр^еление припуска при многониточном шлифовании рео^с'н ходош* винтов качения П Станки и инструмент.- 1984.- i» 12.- С. 3^-33.

11. Ларшин В.П., Якимов S.A., Ковальчук Ii.П., Якимов A.B.. Выбор геометрических параметров многониточньас резьбошлифевальных кругов // Вестник машиностроения.- 1986.-ff' 3,- С. 44-47.

12. Якимов A.B., Паршин-В.Л., Скляр А. 1,1. Влияние формы поверхности обрабатываемой детали на температуру при шлифовании // Сверхтвёрдые материалы.- 19Ь6,- if 4.- С. 38-43.

:23. Ларшин В.П., Ковальчук E.H., Якимов A.B. Применение решений теплофизических задач к расчёту температуры и глубины дефектного слоя при шлифовании // Совершенствований процессов аб;п-зивно-алмазной и упрочняющей обработки в машиностроении:Ыежвуз. сб.научн.тр.- Пермь: Политехи.ин-т, 1986.- С. 9-16.

• 14. Якимов A.B., ларгаин З.П., Скляр A.M., Ковальчук ь.Н. Расчёт глубины дефектного слоя при шлифовании // Станки и инструмент.- 1986.- » 9.- С. 26-27.'

15. Мршин В.П., Скл».р A.M., Якимов A.B. Эффективность • замкнутых сист&м автоматического управления эубсшл"фованием // Стенки и инструмент.- I9Ö7.- 15 I,- С. 8-9.

' 16. Якчиов A.B., Дрршин В.П., Скляр А.М.. Обеспечение качества поверхност! путём выбора глубины шлифования // Вестник машиностроения.- 1988,- П 2.- С. 4Ь-Ь0.

17. Якимов A.B., iiapsmiH В.П. Расчёт распределения припуска на перехода шлифования // Совершзнствованке процессов абрмзивно-алиаеной и упрочняющей обработки й машиностроении: Межвуа. сб.

научн.тр.- Пермь: Политехи, ин-т, I9öb.~ С. 3-11.

Ib. Якимов Л.В., Ларгаин В.П., Соколов В.&. , Скляр A.M. Повышение точности шага резьбы ходовых винтов при шогокиточном . реоьбошлпфованпи // Вестник машиностроения.- 1989,- i,'1 В,-С. 3с-37,

19. Якимов Л,В., Ларшии В.П., Ткаченко Б.О. Повышение точности финишного шлифования резьбы ходсвых винтов качения // Совершенствование процессов абразивно-алмазной и упрочняггцей обработки в машиностроении: Меквуз.сбнаучн.тр.- Пермь: Политехи, ин-т, 1990,- С. 3-13. .

20. Ларлин В.П., Ткаченко Ь.О. Диагн.стика технологической операции финишного резьбошлифсвания на основе микро-ЭВМ // Вестник машиностроения.- 1992.- W 3.- С. bb-61.

21. Ларшин В.П., Ткаченко Ь.О. Выбор математической модели прогнозирования тепловой погрешности шага резьбы ходоьых винтов // СТМЯ (Станки и инструмент).- 1993,- й 2.- С. 20-23.

22. Ларшин В.П., Ткаченко Ь.О. Диагностика резьбошяифозания ходовых винтов на станках с ЧПУ fj СТШ (Станки и инструмент) .1994,- » 2.- С. 19-20.

23. Ларшин В.11. Оптимизация режимов зубошлифования. на .станках типа "МААГ" // Механическая обработка деталей машин и приборов,: Тез.докл.респуб.научн.конф.-Киев: РДЭНТ11,1976.-С. I&-I6. ■

24. Ларшин В. П. Диагностика многониточного шлифования резьбы ходовых винтов качения // Проблем автоматизации технологических процессов: Тез.докл.меяреспуб.конф,- Волгоград: Политехи,

„ ин-т, 1969.- С. 134-135.

2Ь. Ларшин В.П. Автоматизация проектирования-многониточного шлифования резьбы ходовых винтов качения // Автоматизация технологической подгот )вки производства в машиностроении и приборостроении: Тез.,докл.меквуз.научк.-техн. коь$ .- Ворошиловград: Малмностр. ин-т 19ь9,- С. 134-135.

26. Ларшин В.П. Оптимизация финишного шлифования резьбы .прецизионных ходошх винтов // Передовой опыт алмазно-абразивной обработки прецизионных деталей машин: Тез.докл.школы-семинара. - Москва: ТЦ "Лнформтехника", 1990,- С. 5&-57,

27. Larahin V.P. Diagnostic and Quality Control in Goar anc Lend Screw decision Grinc3ing//ft*oceodings ol International Conference on Information Technolog"' for Advanced Manufacturing Буянил.- :;on3ing, P.H.China, 1991-- P. 539-544.

28. Ларшин D.H. Определение глубин пластически-деформиро-вонного слоя при шлифовании незакалённых деталей // Повышение качества изготовления деталей машин методами отделочно-упрсшя-»щей обработки: Тез.докл.конф.- Пенза: 1ЩЗНШ* 1991,- С. 44-46.

29. Ларами В.П., Ткаченко Б.О., Якимов A.B. Автоматическая диагностика технологического процесса резьбошлифовання шарикоенх хсдових винтов // Автоматизация и диагностика п механообработке: Тез.докл.республ.научн.-техн.конф.-Луцк: УОВО, 1992,-С. 41-42.

20. Ларшин В.Г1. Обеспечение и стабилизация качества сложно-профильных деталей при шлифовании // Новые технологические процессы в машш зстроении: Тез. докл. конф.- Киев: РДЭИТП, 1993.-С. 34-36.

31. Ларшин В.П., Кутяков Д.В. Оптимизация рлс^ос'яеления припуска при алифовании зубчатых ».олёс // Ресурсо- к ^сберегающие технологии в малмнострении: Тез. докл. конф. я.яоз:УД&нТЗ, 1994.- С. 117.

32. Дарвин В.П. Новая технология автоматизированнох'о шлифования слскнопрофильных деталей // Наукоёмкие технологии в мешино-строении и приборостроении: Тез. докл. российской научн.-техи. конф.- Рыбинск: РАТИ,' 1994,- С. KU-103.

33. Ларшин В.П. Принципы управления в технологии механообработки // Ресурсо- и энергосберегающие технологии в машиностроении: Тез. докл. конф,- Киев: УДЭНТЗ, 1994.- С. 114.

34» A.c. 704773 СССР МКИ В24В 49/10. Способ шлифования рэзьби / А.В.Якимов, В.П.Лардш, й.И.Русавский, В.А.Якимов; Опубл. 25.12.79, Ьюл. П 47.- 2 с.

35. A.c. 1047623 СССР kM В24В 49/00. Способ контроля неравномерности припуска по профили резьбы / А.В.Якимов, В.Я.Лар-шин, Ш.П.Русавский, В.А.Якимов, А.о.Мясоед, И.В.Тимченко; Опубл. 15.10.03, Ьюл. 47.- 3 с.

36. A.c. I2bö039 СССР МКИ В24В 51/00. Способ управления шлифованием / A.B.Якимов, В.И.Ларшин, В.О.Соколов, А.Ы.Скляр, Д.А.Севрогин; Опубл. 07.02.В7, Ьюл.. № Ь.- 4 с.

. 37. A.c. 1386960 СССР МКИ СО&В 19/00. Устройство для определения режимов рьзьбошлифования / В. 11 .Ларшин, В.5.Соколов, A.M. Скляр; Опубл. 07.04.8'J, Егад. ß 13.- 5 с.

ЗЬ. A.c. 1399097 СССР УМ В24В 49/00. Способ определения глубина резания при шлифовании / В.П.Ларшш, А.¡,5,Скляр, я.В.Яки-мои; Опубл. 30.05.88, Бюя. » 20.-.4 с.

39. Патент России 20326^3 !,Ш В24В 49/00. Устройство для •активного контроля диаметра резьбы при резьбе шлифовании / В.Г1. Ларшпн, Ь.О.Ткаченко, А.Б.Якимов; Опубл. 10.04.95, bu.fi-10.-3

Конкретный вклад диссертанта в совместные публикации

В монографии I диссертантом подготовлены и написаны главы , 4,0,6 и 7 (С.96-1Ь1). 3 брошюрах 2 и 3 диссертантом разработаны методы оптимизации и диагностики процессов чернового и финишног шлифования, а также соответствующие им расчётные формулы и алгО' ритмы. В статье о - разработана теория способа диагностики физн ко-механического состояния поверхностного слоя. В статьях 6,а, 10-14,тб,17 - представлены материалы по оптимизации процессов шлифования на этапах проектирования и обработки исходя из требо ваниИ высокопроизводительного бездефектного шлифования. В стать; 7,9 и 1о - исследованы вопросы точности и быстродействия автоматического регулирования процессов шлифования. В статьях 1Ь-22 29 и 31 - разработаны теория и методы стабилизации процессов чернового и финишного шлифования сложнопрсфильных деталей, а та! же соответствующие устройства диагностики и регулирования. В аь-■горских свидетельствах 34-3и и патенте 39 диссертанту принадлежат основные идеи и формулировка существенных признаков изобрел ний. во всех перечисленных работах диссертантом получены основные расчётные формулы и выполнена чаиболее ответственная часть экспериментальных исследований.

АЮ'ГАЦ1я"

Лариин ВЛ1 Хнгегрована технологична система дшфування скяеднопрофмьпих деталей /на приклад1 рхэьботхфувешя/.

Дисертацгя на здебуття наукового стуленя доктора технхчшх наук за спецхальнхстю ОЬ.02.08 - технолог1я машнобудузання, Одеський держл&ц.Ш полгтехшчниЛ университет, идее а, 1995.

Дисертащк .льстить теоретишп та експерименти1 ьнI доелвд-ження по роэробц: штегровано! технолог!чно1 систеш шафування, яка на основ1 единого системного падходу охоплюе етапи проекту-гання та обропки х дозволяе забезпечити та стабШзувати яктсть ловерхневого шару та точность склчднопрофхлы-мх деталей при «шп-

фув&ш! итяхом опткмхз&цх! та регулювання процесу на етапах про-

5кхувашя та сбробки, ввдповЦно.

Встановлено, що максимальна ефективнгсть итфування складно-.рофмьних деталей на верстатах э ЧПУ /у тому числх на верстатах, iKi входат до с ¡сладу гнучких виробничих систем/ може бути здо-5ута за рахунок загальног оптпмхзацхх процесу /на еталах проек-рування та обробки/ у в!дпов1дност1 з запропонованим системним ПДХХДОМ CAD/CAM/CAT (Computer Aided Development, Machining, and training) - розробка процесу, його реая1зацхя на верстатч з ЧПУ :а навчання технологично! системи на основi викорлстання мхкро-шш'ютерхв на bcix цих еталах.

ABSTRACT

Larsbin V. P. Grinding Integrated TeuhnoIogi'jAL bvjitem for 3cmplexiforra Parts (on the Example of thread GrindtngV

The dissertation for a doctorate on tipeoiality <)j,02.08 -tochenioal Engineering

Odessa State Polytocanical University, Odoesa, 1995 2ie dissertation conai3t of theoretical and experimental researches to develop 'a grinding integrated teelmological oyetbia that (on the basiD of unified system approach) covora the design md manufacturing stages, and v.-ifch the aid of which e surface Layer quality & on accuracy of the complexiform parte are ел-jured and stabilized by dint of optimisation and regulation of She process i- the design and mashlning respectively.

It hao been ascertained the complexiforra porta )f!C grinding top efficiency deluding IliS environment) can be obtained by the aid of general optimisation (in tho deBign and machining; in oon-^or&ity with the proposed CAD/CAK/oAT (Computer Aided Dt>velopaiera iachining, and Training) system approach - prooeor development, Lts realization, and techrological system training vith the aid sf Eiicrooonip'utera everywhere.

Ключов! слова: шйфув&ния, складнопрофмьнг детал1, як1сть, ючнхсть, продуктизнмть, оптишэацгя, регуливаьия, мгкрокошгю-•ериа система, ннтогрсзана технологгша система.