автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Интенсификация и стабилизация электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов путем автоматизированного управления режимами обработки

На правах рукописи

НИКИТКИН Александр Сергеевич

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И СТАБИЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ АЛМАЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ ПУТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ ОБРАБОТКИ

Специальности: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность); 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

2 2 К ЮН 2012

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА-2012

005046046

005046046

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

доктор технических наук, доцент СЕМЕНОВ Анатолий Дмитриевич; доктор технических наук, профессор ¡СОКОЛОВ Владимир Олегови^.

ДЬЯЧКОВ Юрий Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», заведующий кафедрой «Транспортные машины». ЧЕРНИКОВ Владислав Сергеевич, кандидат технических наук, ООО Научно-производственное предприятие «Технопроект», главный контролер качества. ФГУП ФНПЦ «ПО "Старт" им. М. В. Проценко».

Защита состоится 5 июля 2012 г., в 12 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.03 в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, Пенза, ул. Красная, 40

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

Автореферат разослан « » 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Воячек Игорь Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. При обработке изделий сложной конфигурации, изготовленных из таких материалов, как керамика, ситаллы, твердые сплавы и т.д., широко применяется профильное алмазное шлифование высокостойкими кругами на металлических связках.

Наиболее эффективным методом получения фасонных алмазных шлифовальных кругов на металлических связках является глубинный

электроэрозионный метод.

На эффективность процесса электроэрозионного профилирования алмазного инструмента оказывает влияние большое количество факторов, поэтому для достижения максимальной производительности профилирования, обеспечения заданной точности и стабильности необходимо управлять параметрами, от которых в большей степени зависит качество рассматриваемого процесса. Наряду с этим существующие системы управления электроэрозионной обработкой не обеспечивают заданных показателей качества процесса глубинного электроэрозионного профилирования, так как не учитывается ряд важных факторов, например наличие в обрабатываемой детали нетокопрово-дящих включений (алмазных зерен), оказывающих существенное

влияние на данный процесс.

Таким образом, задача повышения эффективности операций профильного алмазного шлифования путем управления качеством формообразования алмазно-абразивного инструмента является актуальной.

Цель работы - повышение стабильности и производительности процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов путем автоматизированного экстремального управления

режимами обработки.

Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить

следующие задачи:

1) построить математические модели процесса электроэрозионного профилирования и провести их верификацию по результатам экспериментов;

2) установить закономерности процесса профилирования, оказывающие влияние на его стабильность и производительность, а также позволяющие осуществлять автоматизированное управление его параметрами;

3) обосновать выбор алгоритмов управления процессом электроэрозионного профилирования и разработать методики расчета технологических режимов этого процесса, позволяющие повысить его стабильность и производительность;

4) провести экспериментальные исследования влияния предлагаемых режимов электроэрозионного профилирования алмазно-абразивного инструмента и алгоритмов управления на эффективность профильного алмазного шлифования;

5) на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований модернизировать технологическое оборудование и разработать автоматизированную систему управления.

Объект исследования - процесс глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов.

Предмет исследования - моделирование, алгоритмизация и автоматизация управления процессом электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов с целью его интенсификации и стабилизации.

Методы исследований. Исследования проводились на базе современной теории управления и автоматизации технологических процессов, технологии машиностроения, теории шлифования и электроэрозионной обработки, теории вероятностей и математической статистики, моделирования, численных и экспериментальных методов.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена математическими доказательствами, цифровым моделированием, сходимостью теоретических и экспериментальных исследований, а также практической реализацией разработанных систем управления.'

Научная новизна:

по специальности 05.13.06:

1) установлена экстремальная зависимость средней мощности от величины межэлектродного промежутка, позволяющая обоснованно выбрать алгоритм управления подачей профилирующего электрода, для достижения максимальной величины средней мощности, что обеспечивает интенсификацию и стабилизацию процесса электроэрозионного профилирования;

2) разработаны математические модели процесса электроэрозионного профилирования, учитывающие его электродинамические и технологические особенности, используемые для алгоритмизации и автоматизации управления этим процессом;

по специальности 05.02.07:

1) установлено квазипериодическое расположение алмазных зерен на рабочей поверхности алмазного круга и предложен алгоритм фазовой синхронизации частоты вращения круга с частотой генератора технологических импульсов, позволивший стабилизировать процесс электроэрозионного профилирования;

2) разработана методика расчета параметров технологических импульсов на основе вычисления среднего расстояния между алмазными зернами по характеристикам шлифовальных кругов и даны рекомендации по выбору режимов процесса профилирования, обеспечивающие повышение режущих свойств у алмазно-абразивного инструмента.

Практическая ценность.

1. Предложенный алгоритм экстремального управления подачей профилирующего электрода из условия достижения максимальной величины средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, позволяет повысить производительность процесса электроэрозионного профилирования.

2. Предложенный алгоритм фазовой синхронизации частоты генератора технологических импульсов с частотой вращения алмазного круга стабилизирует технологические параметры процесса электроэрозионной обработки алмазных кругов.

3. Разработанная модель процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов позволяет осуществить выбор режимов профилирования, обеспечивающих повышение точности и производительности процесса обработки.

4. Разработанная система автоматизированного управления установкой для глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов позволяет стабилизировать и интенсифицировать процесс глубинного электроэрозионного профилирования.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в производство на ФГУП ФНПЦ «ПО "Старт" им. М. В. Проценко», что позволило повысить производительность изготовления фасонных твердосплавных инструментов в 1,2-1,5 раза, а фасонных деталей основного производства из керамики и магнитных сплавов - в 1,3-1,8 раза за счет достижения высоких режущих свойств алмазного инструмента после его профилирования и повышения точности и стойкости алмазного круга.

Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы 2009-2012 г.» № 01200952070 в соответствии с планами госбюджетной научно-исследовательской работы Пензенского государственного университета и поддержана грантом «У.М.Н.И.К.» (в 2010 г.) Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

На защиту выносятся:

по специальности 05.13.06:

1) экстремальная зависимость средней мощности от величины межэлектродного промежутка, которая обеспечивает увеличение скорости профилирования, а также интенсификацию и стабилизацию процесса путем экстремального управления;

2) математические модели процесса электроэрозионного профилирования, учитывающие его электродинамические и технологические особенности, используемые для алгоритмизации и автоматизации управления этим процессом;

по специальности 05.02.07:

1) квазипериодическое расположение алмазных зерен на рабочей поверхности алмазного круга, позволяющее обоснованно подойти к выбору параметров разрядных импульсов, синхронизируя их частоту и длительность с частотой вращения алмазного круга;

2) методика расчета параметров технологических импульсов на основе вычисления среднего расстояния между алмазными зернами по характеристикам шлифовальных кругов и рекомендации по выбору режимов процесса профилирования, обеспечивающие повышение режущих свойств у алмазно-абразивного инструмента.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на девяти конференциях различного уровня, в том числе на Всероссийском форуме «Наука и инновации в технических университетах» (Санкт-Петербург, 2008, 2011), Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2009), Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2009, 2010, 2012), Международной научно-практической конференции «Формообразование и обеспечение качества техногенных систем» (Пенза, 2009), XXIX Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Датчики и системы» (Пенза, 2010), Молодежном научно-инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К.» (Пенза, 2009), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов Пензенского государственного университета (2008-2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ (без соавторов 4 работы).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 115 наименований, и приложения. Объем работы - 207 страниц машинописного текста, включая 97 рисунков и 19 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, практическая ценность, а также положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен обзор научных публикаций, посвященных вопросам повышения эффективности электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов, оказывающего существенное влияние на технологические показатели профильного

шлифования деталей.

Наиболее эффективным методом получения фасонных высокостойких алмазных шлифовальных кругов на металлических связках

является электроэрозионный метод.

Изучению различных вопросов профилирования и правки алмазно-абразивных инструментов электроэрозионным методом посвящены работы В. Д. Дорофеева, Ю. А. Пахалина, Н. К. Беззубенко, В. Н. Ча-чина, В. В. Авакяна, В. Л. Касьяна, В. В. Коломиеца, А. Л. Лившица, В. О. Соколова, М. Ф. Семко, В. А. Дресвянникова, Н. К. Фотеева

Анализ различных технологических схем электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов показал, что наибольшими потенциальными возможностями для подготовки фасонного алмазного инструмента обладает схема глубинного электроэрозионного профилирования. Вместе с этим вопрос управления ходом процесса профилирования с целью повышения точности и производительности обработки является практически не изученным.

Существующие системы управления электроэрозионной обработкой построены на основе моделей процесса, не учитывающих ряд важных факторов. В большинстве этих систем используются косвенные показатели, которые не в полной мере отражают состояние процесса обработки.

Наиболее информативным показателем процесса электроэрозионной обработки является величина средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке. Однако до сих пор остаются неизученными возможности данного показателя при глубинном электроэрозионном профилировании, поскольку этот процесс отличается от тради-

ционной электроэрозионной обработки наличием нетокопроводящих

включений (алмазных зерен) в обрабатываемой детали, оказывающих

механическое воздействие на профилирующий электрод и теряющих

свои режущие свойства при воздействии на них электрических разрядов.

Вместе с этим нет определенности относительно выбора рациональных режимов глубинного профилирования, так как увеличение энергии разрядных импульсов с целью повышения производительности обработки приводит не только к снижению точности профилирования, но и к графитизации алмазных зерен, что оказывает существенное влияние на размерную стойкость алмазно-абразивного инструмента.

В связи с этим необходимо обосновать выбор алгоритмов, позволяющих управлять качеством формообразования рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов и создать систему автоматизированного управления процессом глубинного электроэрозионного профилирования, а также дать рекомендации по выбору рациональных режимов обработки.

Вторая глава посвящена математическому описанию процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов, разработке математических моделей этого процесса и обоснованному выбору методов автоматизированного управления, обеспечивающих интенсификацию и стабилизацию данного процесса.

Математическое описание процесса электроэрозионного профилирования связано с построением ряда математических моделей, таких как модель межэлектродного промежутка, модель электроприводов подач, а также модель рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов.

С целью обоснованного выбора типа и параметров схемы замещения межэлектродного промежутка экспериментально были получены осциллограммы токов и напряжений технологических импульсов при различных величинах этого промежутка.

Поскольку ток в межэлектродном промежутке имеет ярко выраженную колебательную составляющую, то схема замещения включает в себя колебательный Л1С-контур. Функциональная и параметрическая идентификация параметров этого контура по экспериментально снятым импульсам разрядного тока и напряжения позволила остановиться на Т-образной схеме замещения, в которой колебательный контур подключен на активно-индуктивную нагрузку.

По результатам идентификации средствами МайаЪ были получены значения параметров схемы замещения. Установлено, что сопротивление межэлектродного промежутка Я2 (Ом) нелинейно зависит от его величины, плавно изменяясь от 0 (короткое замыкание) до со (холостой ход).

С достаточной для практики точностью эту зависимость можно аппроксимировать выражением

где а и Ъ - коэффициенты, зависящие от амплитуды импульсов напряжения генератора технологических импульсов; Я - величина межэлектродного промежутка, мкм.

С учетом общепринятых допущений были разработаны одномас-совая и двухмассовая модели электроприводов круговой и поперечной подач профилирующего электрода с линеаризованными характеристиками приводного двигателя.

По профилограммам рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов проведена оценка параметров случайной функции, воспроизводящей эту поверхность, и построена ее имитационная модель. Установлено, что закон распределения этой случайной функции подчиняется закону Пуассона.

В результате моделирования установлена экстремальная зависимость величины средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, от величины этого промежутка (рис. 1).

Рис. 1. Экстремальная зависимость величины средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, от величины этого промежутка: а - для идеально ровной рабочей поверхности шлифовального круга; б-с учетом неровностей поверхности

Смещение экстремальной характеристики средней мощности с учетом неровностей рабочей поверхности алмазных кругов объясняется наличием режимов «холостого хода» и «короткого замыкания», при которых рассматриваемая мощность равна нулю.

В результате объединения приведенных выше моделей получена модель процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов с автоматизированным экстремальным управлением подачей профилирующего электрода.

На рис. 2 приведена структурная схема данной модели, реализованной в среде имитационного моделирования Бітиііпк, где Б1 - полупроводниковый преобразователь; Б2 - электропривод подачи профилирующего электрода; БЗ - блок вычисления величины межэлектродного промежутка и его активного сопротивления; Б4 - блок, реализующий работу схемы замещения межэлектродного промежутка; Б5 - блок переключения между режимом «холостого хода» и «рабочим» режимом; Б6 - блок, вычисляющий интенсивность съема алмазосодержащего слоя алмазного шлифовального круга; Б7 - блок, реализующий алгоритм экстремального управления на основе нечеткой процедуры поиска экстремума.

Рис. 2. Структурная схема БтиНпк-модели управляемого процесса электроэрозионного профилирования

Среднеквадратическое отклонение между расчетными, полученными в Л/ииШг-модели и экспериментальными значениями импульсов тока и напряжения, отнесенное к их установившимся значениям, не превышает 10 %.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований закономерностей процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов, доказывающих экстремальную зависимость величины средней мощности от межэлектродного промежутка и существенное влияние неровностей рабочей поверхности алмазно-абразивного инструмента на эту зависимость.

Экспериментальные исследования выполнялись на специальной установке, созданной на базе модернизированного токарно-фрезерного станка АМ-171, позволяющей производить электроэрозионное профилирование и правку алмазных шлифовальных кругов.

Использовались специальные безалмазные круги прямого профиля, изготовленные из различных металлических связок, а также алмазные шлифовальные круги с той же формой профиля на металлической связке М1.

Определена вероятность появления рабочих импульсов в зависимости от средней величины межэлектродного промежутка. На рис. 3 показаны законы распределения неровностей рабочих поверхностей профилирующего электрода и алмазного шлифовального круга.

Рис. 3. Законы распределения неровностей рабочих поверхностей профилирующего электрода (/¡(х)) и алмазного круга (/2(х + 5))

Вероятность появления рабочих импульсов Рр равна незаштрихо-ванной площади законов распределения.

На рис. 4 приведено изменение этой вероятности от средней величины межэлектродного промежутка.

5

Ш

б)

Рис. 4. Зависимость вероятности появления рабочих импульсов от величины межэлектродного промежутка (£/= 100 В; 7 = 4 А): а-<7 = 3;б-д = 2

Наличие неровностей рабочих поверхностей электрода и алмазного круга смещает точку экстремума в сторону меньших значений межэлектродного промежутка, что подтверждает результаты моделирования на 57оти//«£-модели.

^ Экспериментально установлено, что зависимость величины средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, от величины этого промежутка также носит экстремальный характер (рис. 5).

Рис. 5. Экспериментально полученные зависимости относительной величины средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, от величины этого промежутка

С увеличением величины средней мощности пропорционально растет интенсивность съема алмазосодержащего слоя шлифовального круга, характеризующая производительность обработки.

В связи с этим для интенсификации процесса профилирования предложено осуществлять подачу профилирующего электрода из условия выделения в межэлектродном промежутке максимальной величины средней мощности. С этой целью предложено использовать систему автоматизированного управления приводом подач профилирующего электрода на основе экстремального регулирования.

Экстремальное регулирование мощности также обеспечивает проведение электроэрозионной обработки алмазно-абразивного инструмента с оптимальной величиной межэлектродного промежутка, при которой значительно снижается вероятность возникновения режимов «холостого хода» и «короткого замыкания», а также механического воздействия алмазных зерен на профилирующий электрод, что повышает стабильность профилирования.

Поскольку разработанная БтиНп/с-модель процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов не учиты-

вает теплофизические свойства связки алмазного инструмента и износ профилирующего электрода, то для определения влияния режимов профилирования на основные параметры этого процесса проведен эксперимент с использованием методики планирования эксперимента.

В качестве варьируемых факторов были выбраны:/- частота технологических импульсов, кГц; ц - скважность технологических импульсов; и - амплитуда импульсов напряжения генератора технологических импульсов, В; А - зернистость алмазного порошка, мкм; К - концентрация алмазов в алмазосодержащем слое шлифовального круга, %.

При определении коэффициентов полинома применялось центральное ротатабельное униформ-планирование второго порядка с ядром в виде полного факторного эксперимента типа 2 .

В процессе эксперимента поддерживалось экстремальное значение средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, путем регулирования величины этого промежутка.

В результате было получено уравнение регрессии, связывающее интенсивность съема связки М1 (мм3/мин) с исследуемыми факторами:

цМ1 =1312-24,4/-469,8? + 0,81£/-0,26Л-0,01К + 3,42/? +

+ 0,18/2+44,1д2+О,00Ы2. (2)

Для обобщения результатов регрессионного анализа экспериментально был получен поправочный коэффициент кс, учитывающий интенсивность съема для различных видов металлических связок, значения которого приведены в табл. 1.

Таблица 1

Связка М1 МС1 МК мж Ж1 М04 М05 М016 ТМ2

кс 1,0 0,81 0,69 0,82 0,42 0,71 0,83 0,70 0,88

Установлено, что с повышением частоты и скважности разрядных импульсов интенсивность съема падает, а с повышением амплитуды импульсов напряжения - растет. Выявлено, что присутствующие в связках наполнители и легирующие элементы снижают интенсивность съема алмазосодержащего слоя.

Расхождение величины интенсивности съема между экспериментальными и расчетными данными, полученными в разработанной БтиИпк-модепи, не превышает 15 %.

На основе величины объемной интенсивности съема связки получены выражения для определения припусков на чистовой и доводочный технологические переходы.

Получено уравнение регрессии для определения линейного относительного износа профилирующего электрода:

У л =0,98/ + 5,49?-0,85С/ + 0, ЗА+0,34*-19,22. (3)

Установлено, что повышение частоты и скважности разрядных импульсов, а также зернистости и концентрации алмазных зерен приводит к росту линейного относительного износа. При повышении амплитуды импульсов напряжения, генератора технологических импульсов, линейный относительный износ профилирующего электрода снижается.

В четвертой главе приведены результаты исследования рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов и практические рекомендации по обеспечению стабильности и производительности процесса электроэрозионного профилирования, разработанные на основе этого исследования. Представлены результаты влияния предложенных алгоритмов и режимов автоматизированного электроэрозионного профилирования шлифовальных кругов на точность этого процесса и приводятся технологические показатели профильного шлифования, которые подтверждают обоснованность предложенных алгоритмов и режимов.

При исследовании рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов с помощью профилографа выявлено наличие периодической составляющей в профилях неровностей, зависящей от зернистости и концентрации алмазного порошка.

На рис. 6 приведены характерные спектральные плотности профилей неровностей рабочей поверхности алмазных кругов с различной зернистостью.

1 •«« 900$ О СМ 0607 *0<Л Ф0С1 «ф|

Р, 1/мкм

I 1 ■ "П 1 1 ,т 1 1 1 1 1 1- 1 г 1 1 1 *

П- —I- 1 - г

' 1 г —|- 1 - г -г -1- -

- -1—1 р -1—1- 1 - г -1—1- -

- -1—1 /- -1—1- 1 - 1- -1—1- -

- у*г- Н1- -1—1- н - -1—I- -

- /.|А .] _ 4- _/VI _ -4 - 1- -1—1-.

1 » 1. V- 1- _!--!_ . —

а) б)

Рис. 6. Спектральные плотности профилей неровностей рабочей поверхности алмазных кругов: а - зернистость - 80/63 мкм; б - зернистость - 50/40 мкм

Из графика на рис. 6,6 видно, что максимум этой плотности находится на частоте 0,0026 1/мкм, которая соответствует периоду, равному 385 мкм.

Сделано предположение, что периодическая составляющая рабочей поверхности шлифовального круга вызвана наличием алмазных зерен, выступающих над поверхностью связки.

Поскольку геометрия рабочей поверхности алмазных кругов является случайной функцией, удовлетворяющей условиям стационарности и эргодичности, то нет необходимости рассматривать ее всю целиком. Достаточно определить средний шаг алмазных зерен на локальном участке этой поверхности.

Фотографирование локального участка рабочей поверхности алмазного шлифовального круга (1840x840 мкм) с зернистостью алмазного порошка 50/40 мкм 100 % концентрации (рис. 7) подтвердило, что расстояние между алмазными зернами близко к расстоянию, определенному по спектральным плотностям (см. рис. 6).

Рис. 7. Фотография рабочей поверхности алмазного шлифовального круга

Для дополнительного подтверждения данного обстоятельства был проведен вычислительный эксперимент. На рассматриваемом локальном участке тех же размеров случайным образом по равномерному закону распределения размещалось столько же точек, сколько алмазных зерен на фотографии (см. рис. 7). Затем строилась триангуляция Делоне и определялось среднее геометрическое значение расстояния между этими точками, которое оказалось равным 410 мкм.

Сопоставление расчетной и экспериментально найденной величины среднего расстояния между алмазными зернами показало, что расхождение не превышает 9 %.

Наличие периодичности расположения алмазных зерен обусловливает необходимость синхронизации частоты вращения алмазного круга с частотой генератора технологических импульсов. Предлагается граничные значения частоты /г (кГц) и длительности разрядных

импульсов (мс) вычислять с учетом скорости вращения алмазного круга V (м/с) и среднего расстояния между алмазными зернами 13 (мм):

V

/г =7; (4)

'.-Цг*. <5>

где дер - средний диаметр алмазных зерен, мм.

Синхронизация вращения алмазного круга с частотой генератора технологических импульсов стабилизирует процесс электроэрозионного профилирования, поскольку обеспечивается равномерное размещение эрозионных лунок в промежутке между алмазными зернами, значительно снижается термическое воздействие разрядных импульсов на алмазные зерна и, как следствие, обеспечивается неизменность их физико-механических свойств.

Разработана методика расчета параметров импульсов напряжения, формируемых генератором по характеристикам алмазных шлифовальных кругов, которая заключается в следующем.

Рассчитывается количество алмазных зерен, приходящихся на единицу площади рабочей поверхности алмазного круга:

к Ж

" = (6)

где Ка — относительный объем, занимаемый алмазами в алмазосодержащем слое; с!ср - средний диаметр алмазных зерен; кр = 0,4 - поправочный коэффициент.

Исходя из заданной достоверности задается число алмазных зерен и вычисляется площадь участка рабочей поверхности алмазного круга, на котором случайным образом по равномерному закону распределения размещаются эти зерна. Строится триангуляция Делоне и вычисляется среднее геометрическое значение расстояния между алмазными зернами. По формулам (4) и (5) определяются граничные значения частоты и длительности разрядных импульсов.

На основе механизма электрического пробоя жидкостей и допустимой энергии разрядных импульсов проведен расчет формы и амплитуды этих импульсов.

Амплитуда «поджигающих» 1!п (В) и «силовых импульсов» ис (В) определяется по следующим формулам:

■ Un=EupS, (7)

где Ещ, - предельная электрическая прочность жидкой среды в межэлектродном промежутке, определяемая по формуле Мартина, В/мкм; S- величина межэлектродного промежутка, мкм;

8)

где Р„ - мощность единичного разрядного импульса, Вт; Rcp - среднее сопротивление межэлектродного промежутка во время импульсного разряда, определяемое по осциллограммам тока и напряжения разрядных импульсов, Ом.

Максимальная мощность единичного разрядного импульса Р„ (Вт) определяется из условия непревышения оптимальной величины энергии разрядных импульсов:

W

/>и=Есшь (9)

где Wam - оптимальная энергия разрядного импульса, Дж; /„ - длительность разрядных импульсов, с.

Рассчитанные по зависимостям (4), (5), (7)-(9) предельные (sup, inf) режимы электроэрозионного профилирования для алмазных кругов 100 % концентрации приведены в табл. 2.

Таблица 2

sup-, inf-режимы профилирования алмазных кругов

Зернистость, мкм Режимы профилирования

Чистовой переход Доводочный переход

supi/, В supC/c, В supP„, Вт sup/„, МКС inf/n кГц supt/m В sup Ua В sup Р„, Вт supt„, МКС in% кГц

250/200 730 70 300 150 2,2 730 100 110 150 2,2

200/160 590 70 300 150 2,7 590 100 80 150 2,7

160/125 480 70 300 150 3,6 480 80 50 150 3,6

125/100 390 70 300 150 4,1 390 70 40 150 4,1

100/80 330 70 300 140 4,7 330 60 30 140 4,7

80/63 280 75 300 130 6,2 280 50 20 130 6,2

63/50 220 75 300 130 6,9 220 40 15 130 6,9

50/40 200 100 300 100 9,8 200 30 10 100 9,8

С целью проверки адекватности предложенных режимов обработки проводились экспериментальные исследования точности глубинного электроэрозионного профилирования на алмазных шлифовальных кругах различной зернистости 100 % концентрации на металлической связке М1.

Экспериментальные исследования проводились на предложенных режимах с круговой подачей профилирующего электрода из условия достижения максимальной величины средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, а также со средним значением круговой подачи. Средняя величина круговой подачи электрода определялась экспериментально для алмазного круга с определенной зернистостью путем усреднения значений круговой подачи электрода при ее экстремальном регулировании.

Исследования показали, что при прочих равных условиях профилирование с экстремальным регулированием круговой подачи электрода обеспечивает повышение точности обработки до 30 % за счет стабильного поддержания параметров технологического процесса (рис. 8).

- 1 - Зернистость 50/40 мкм

■ 2 - Зернистость 50/40 мим

-1 - Зернистость 125/100 мкм

■ 2 - Зернистость 125/100 мкм -1 - Зернистость 200/160 мкм.

■ 2 - Зернистость 200/160 мкм

Рис. 8. Зависимость погрешности профилирования алмазных кругов различной зернистости 100 % концентрации от угла наклона местной

нормали профиля: 1 - с круговой подачей электрода из условия достижения максимальной величины средней мощности; 2 - со средней величиной круговой подачи

Для оценки влияния предложенных режимов на эффективность профильного алмазного шлифования были проведены экспериментальные исследования удельного расхода алмазов и шероховатости обработанной поверхности в зависимости от режимов шлифования.

Исследования показали, что при прочих равных условиях удельный расход алмазов у шлифовальных кругов, спрофилированных с экстремальным регулированием величины круговой подачи профилирующего электрода, уменьшается, на 12-17%, а шероховатость обработанной поверхности снижается на 15-20 %.

В пятой главе приведена разработанная система автоматизированного управления глубинным электроэрозионным профилированием, а также представлены практические рекомендации по модернизации оборудования.

В крупносерийном и массовом производстве, когда применяется большое количество алмазных шлифовальных кругов, профилирование алмазного инструмента непосредственно на рабочем месте экономически нецелесообразно. В связи с этим разработана и изготовлена установка для глубинного электроэрозионного профилирования на базе токарно-фрезерного станка модели АМ-171 (рис. 9).

Рис. 9. Установка для глубинного электроэрозионного профилирования

Для повышения эффективности процесса профилирования разработана система автоматизированного управления установкой для глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов, состоящая из микропроцессорного устройства управления приводами подач профилирующего электрода, реализованного на базе микроконтроллера АТтеда 128, и персонального компьютера.

Разработаны алгоритм работы микропроцессорного устройства управления, а также программы «нижнего» и «верхнего» уровня для осуществления работы системы автоматизированного управления установкой.

Результаты работы внедрены в производство на ФГУП ФНПЦ «ПО "Старт" им. М. В. Проценко», что позволило повысить производительность изготовления фасонных твердосплавных инструментов в 1,2-1,5 раза, а также изделий основного производства из магнитных сплавов и керамики - в 1,3-1,8 раза.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана £7ти/шА:-модель управляемого процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов, которая позволяет учитывать влияние межэлектродной среды на параметры разрядных импульсов, динамические характеристики электроприводов подач, а также технологические особенности процесса профилирования. Установлено, что расхождение между расчетными, полу-

ченными в 8тиИпк-модет, и экспериментальными значениями импульсов тока и напряжения не превышает 10 %, а расхождение величины интенсивности съема -15%.

2. Доказано существование экстремальной зависимости средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, от его величины, а также значительное влияние на характер этой зависимости неровностей рабочих поверхностей шлифовального круга и электрода. Данная зависимость позволяет реализовать процесс автоматизированного экстремального управления профилированием.

3. Предложено использовать алгоритм экстремального управления на основе нечеткой процедуры поиска экстремума, обеспечивающий подачу профилирующего электрода из условия достижения максимальной величины средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, и позволяющий интенсифицировать на 20-40 % и стабилизировать процесс электроэрозионного профилирования.

4. Проведена оценка параметров случайной функции неровностей рабочей поверхности, построена ее имитационная модель и установлено, что закон распределения этой случайной функции соответствует закону Пуассона.

5. В результате анализа спектрограмм случайной функции неровностей рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов выявлено квазипериодическое расположение алмазных зерен на их рабочей поверхности, что позволило стабилизировать процесс электроэрозионного профилирования путем фазовой синхронизации частоты разрядных импульсов с частотой вращения алмазного круга.

6. Разработана методика расчета параметров разрядных импульсов по характеристикам алмазных шлифовальных кругов, обеспечивающая повышение режущих свойств у алмазно-абразивного инструмента после электроэрозионного профилирования.

7. Получены экспериментальные зависимости, отражающие влияние режимов профилирования на объемную интенсивность съема алмазосодержащего слоя и линейный относительный износ электрода.

8. Экспериментально подтверждена эффективность предложенных экстремальных алгоритмов управления и режимов автоматизированного электроэрозионного профилирования, что дало возможность снизить удельный расход алмазов на 12-17 %, уменьшить шероховатость обработанной поверхности на 15...20 % по параметру Яа при повышении точности обработки до 30 %.

9. Разработана система автоматизированного управления глубинным электроэрозионным профилированием, а также предложены практические рекомендации по модернизации оборудования.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Никиткин, А. С. Модель процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов / А. Д. Семенов, А. С. Никиткин // Новые промышленные технологии. - 2009. - № 3. - С. 14-16.

2. Никиткин, А. С. Алгоритм экстремального регулирования на основе рекуррентной процедуры метода наименьших квадратов / А. Д. Семенов, О. В. Авдеева, А. С. Никиткин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2012. - № 1. - С. 3-11.

3. Никиткин, А. С. Определение режимов генератора технологических импульсов для электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов / А. Д. Семенов, А. С. Никиткин, О. В. Авдеева // Инженерный вестник Дона (электронный журнал). - 2012. - №2. - URL: http://www.ivdon.ru/magazine/archive /п2у2012/826.

Публикации в других изданиях

4. Никиткин, А. С. Моделирование процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов / В. О. Соколов, А. С. Никиткин // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM : сб. ст. II Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза: Приволж. Дом знаний, 2008. - С. 51-54.

5. Никиткин, А. С. Профилирование алмазных шлифовальных кругов на токопроводящих связках / А. С. Никиткин // Наука и инновации в технических университетах : материалы Всерос. форума студентов, аспирантов и молодых ученых. - СПб. : Изд-во Политехи, ун-та, 2008. -С. 45-46.

6. Никиткин, А. С. Экспериментальное определение параметров схемы замещения межэлектродного зазора при электроэрозионной обработке / А. Д. Семенов, А. С. Никиткин, О. В. Авдеева // Проблемы автоматизации и управления в технических системах: тр. Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2009. - С. 294-298.

7. Никиткин, А. С. Моделирование системы автоматического регулирования межэлектродного зазора при электроэрозионном профилировании алмазных кругов / А. Д. Семенов, А. С. Никиткин // Надежность и качество - 2009 : тр. Междунар. симп. : в 2 т. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2009. -Т. 1. - С. 270-273.

8. Никиткин, А. С. К вопросу об управлении формообразованием профиля алмазных шлифовальных кругов на токопроводящих связках/ А. С. Никиткин // Формообразование и обеспечение качества техногенных систем : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. — Пенза: Приволж. Дом знаний, 2009. - С. 74-77.

9. Никиткин, А. С. Рекуррентный алгоритм поиска экстремума статической характеристики инерционного объекта / А. С. Никиткин, О. В. Авдеева // Датчики и системы : тр. XXIX Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов. - Пенза: ОАО «НИИФИ», 2010. - С. 180-182.

10. Никиткин, А. С. К вопросу о построении автоматических систем управления для станков электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов на токопроводящих связках / А. С. Никиткин, О. В. Авдеева // Датчики и системы : тр. XXIX Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов. - Пенза: ОАО «НИИФИ», 2010. - С. 201-203.

11. Никиткин, А. С. Алгоритм экстремального регулирования автоматической системы управления процессом электроэрозионной обработки / А. Д. Семенов, О. В. Авдеева, А. С. Никиткин // Надежность и качество—2010 : тр. Междунар. симп.: в 2 т. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2010. -Т. 2.-С. 191-192.

12. Никиткин, А. С. Помехоустойчивый алгоритм экстремального регулирования инерционными объектами / А. Д. Семенов, О. В. Авдеева, А. С. Никиткин // Автоматизация & IT в энергетике. - 2011. - № 11. -С. 18-21.

13.Никиткин, A.C. Моделирование экстремального регулятора производительности / А. Д. Семенов, О. В. Авдеева, А. С. Никиткин // Новые промышленные технологии. - 2011. - № 3. - С. 46-49.

14. Никиткин, А. С. Конструкция системы управления электроэрозионным профилированием алмазных шлифовальных кругов / А. Д. Семенов, А. С. Никиткин, О. В. Авдеева // Наукоемкие технологии в машиностроении. -2011. -№ 5.-С. 17-22.

15. Никиткин, A.C. Программное управление автоматизированной установкой для глубинного электроэрозионного профилирования шлифовальных кругов / А. Д. Семенов, А. С. Никиткин, О. В. Авдеева // Новые промышленные технологии. - 2011. - № 6. - С. 5-8.

16. Никиткин, А. С. Влияние электрических режимов и характеристик рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов на производительность процесса обработки при их электроэрозионном профилировании/ А. С. Никиткин // Наука и инновации в технических университетах : материалы Всерос. форума студентов, аспирантов и молодых ученых. — СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2011. - С. 20-22.

17. Никиткин, А. С. Разработка эффективного технологического процесса глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов / А. С. Никиткин // Надежность и качество - 2012 : тр. Междунар. симп.: в 2 т. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. - Т. 2. - С. 221-223.

Научное издание

НИКИТКИН Александр Сергеевич

Интенсификация и стабилизация электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов путем автоматизированного управления режимами обработки

Специальности: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность); 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Редактор К П. Мухина Технический редактор Н. В. Иванова Компьютерная верстка Н. В. Ивановой

Распоряжение № 26/2012 от 29.05.2012. Подписано в печать 04.06.12. Формат 60х84'/16. Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 420. Тираж 100.

Издательство ПГУ. 440026, Пенза, Красная, 40. Тел./факс: (8412) 56-47-33; е-таіі: iic@pnzgu.ru

Введение.

1. Современные методы и средства профилирования алмазных шлифовальных кругов.

1.1 Профильное алмазное шлифование и области его применения.

1.2 Методы профилирования алмазных шлифовальных кругов.

1.3 Технологические методы достижения заданной точности при электроэрозионном профилировании алмазных шлифовальных кругов.

1.4 Методы и средства автоматизированного управления процессом электроэрозионной обработки.

1.5 Выводы по главе.

2. Математическое моделирование процесса глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов.

2.1 Математическая модель межэлектродного промежутка при электроэрозионном профилировании алмазных шлифовальных кругов.

2.2 Модели электроприводов подач.

2.3 Имитационная модель неровностей рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов.

2.4 Математическая модель процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов.

2.5 Выводы по главе.

3. Исследование влияния технологических режимов на параметры процесса глубинного электроэрозионного профилирования.

3.1 Определение оптимальной величины межэлектродного промежутка стабилизирующей режимы профилирования.

3.2 Методика экспериментальных исследований влияния технологических режимов на параметры профилирования.

3.3 Экспериментальное обоснование выбора алгоритма экстремального управления подачей профилирующего электрода.

3.4 Экспериментальное исследование зависимости объемного съема связки от характеристик шлифовальных кругов и электрических режимов обработки.

3.5 Определение припусков на электроэрозионную обработку алмазных шлифовальных кругов.

3.6 Экспериментальное исследование зависимости линейного относительного износа профилирующего электрода от характеристик шлифовальных кругов и электрических режимов обработки.

3.7 Выводы по главе.

4. Обоснование технологических режимов процесса глубинного электроэрозионного профилирования в автоматизированной системе управления.

4.1 Исследование геометрии рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов.

4.2 Определение параметров разрядных импульсов.

4.3 Экспериментальное исследование точности профилирования.

4.4 Влияние режимов шлифования и характеристик фасонных алмазных кругов на удельный расход алмазов и шероховатость обработанной поверхности.

4.5 Выводы по главе.

5. Практическая реализация результатов исследований.

5.1 Описание установки для глубинного электроэрозионного профилирования.

5.2 Система автоматизированного управления установкой для глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов.

5.3 Выводы по главе.

При обработке изделий сложной конфигурации, изготовленных из таких материалов, как керамика, ситаллы, твердые сплавы и т.д., широко применяется профильное алмазное шлифование высокостойкими кругами на металлических связках.

Наиболее эффективным методом получения фасонных алмазных шлифовальных кругов на металлических связках является глубинный электроэрозионный метод.

На эффективность процесса электроэрозионного профилирования алмазного инструмента оказывает влияние большое количество факторов, поэтому для достижения максимальной производительности профилирования, обеспечения заданной точности и стабильности необходимо управлять параметрами, от которых в большей степени зависит качество рассматриваемого процесса. Наряду с этим существующие системы управления электроэрозионной обработкой не обеспечивают заданных показателей качества процесса глубинного электроэрозионного профилирования, 'гак как не учитывается ряд важных факторов, например наличие в обрабатываемой детали нетокопроводящих включений (алмазных зерен), оказывающих существенное влияние на данный процесс.

Таким образом, задача повышения эффективности операций профильного алмазного шлифования путем управления качеством формообразования алмазно-абразивного инструмента является актуальной.

Цель работы - повышение стабильности и производительности процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов путем автоматизированного экстремального управления режимами обработки.

Для достижения поставленной в работе цели решены следующие задачи:

1. Построены математические модели процесса электроэрозионного профилирования и проведена их верификация по результатам экспериментов.

2. Установлены закономерности процесса профилирования, оказывающие влияние на его стабильность и производительность, а также позволяющие осуществлять автоматизированное управление его параметрами.

3. Обоснован выбор алгоритмов управления процессом электроэрозионного профилирования и разработана методика расчета технологических режимов этого процесса, позволяющие повысить его стабильность и производительность.

4. Проведены экспериментальные исследования влияния предлагаемых режимов электроэрозионного профилирования алмазно-абразивного инструмента и алгоритмов управления на эффективность профильного алмазного шлифования.

5. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований модернизировано технологическое оборудование и разработана автоматизированная система управления.

Научная новизна.

По специальности 05.13.06:

1. Установлена экстремальная зависимость средней мощности от величины межэлектродного промежутка, позволяющая обоснованно выбрать алгоритм управления подачей профилирующего электрода, для достижения максимальной величины средней мощности, что обеспечивает интенсификацию и стабилизацию процесса электроэрозионного профилирования.

2. Разработаны математические модели процесса электроэрозионного профилирования, учитывающие его электродинамические и технологические особенности, используемые для алгоритмизации и автоматизации управления этим процессом.

По специальности 05.02.07:

1. Установлено квазипериодическое расположение алмазных зерен на рабочей поверхности алмазного круга и предложен алгоритм фазовой синхронизации частоты вращения круга с частотой генератора технологических импульсов, позволивший стабилизировать процесс электроэрозионного профилирования.

2. Разработана методика расчета параметров технологических импульсов на основе вычисления среднего расстояния между алмазными зернами по характеристикам шлифовальных кругов и даны рекомендации по выбору режимов процесса профилирования, обеспечивающие повышение режущих свойств у алмазно-абразивного инструмента.

Основные положения, выносимые на защиту: по специальности 05.13.06:

1. Экстремальная зависимость средней мощности от величины межэлектродного промежутка, которая обеспечивает увеличение скорости профилирования, а также интенсификацию и стабилизацию процесса путем экстремального управления.

2. Математические модели процесса электроэрозионного профилирования, учитывающие его электродинамические и технологические особенности, используемые для алгоритмизации и автоматизации управления этим процессом. по специальности 05.02.07:

1. Квазипериодическое расположение алмазных зерен на рабочей поверхности алмазного круга, позволяющее обоснованно подойти к выбору параметров разрядных импульсов, синхронизируя их частоту и длительность с частотой вращения алмазного круга.

2. Методика расчета параметров технологических импульсов на основе вычисления среднего расстояния между алмазными зернами по характеристикам шлифовальных кругов и рекомендации по выбору режимов процесса профилирования, обеспечивающие повышение режущих свойств у алмазно-абразивного инструмента.

Практическая ценность работы.

1. Предложенный алгоритм экстремального управления подачей профилирующего электрода из условия достижения максимальной величины средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, позволяет повысить производительность процесса электроэрозионного профилирования.

2. Предложенный алгоритм фазовой синхронизации частоты генератора технологических импульсов с частотой вращения алмазного круга стабилизирует технологические параметры процесса электроэрозионной обработки алмазных кругов.

3. Разработанная модель процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов позволяет осуществить выбор режимов профилирования, обеспечивающих повышение точности и производительности процесса обработки.

4. Разработанная система автоматизированного управления установкой для глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов позволяет стабилизировать и интенсифицировать процесс глубинного электроэрозионного профилирования.

Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» на кафедре «Автоматика и телемеханика».

Результаты работы внедрены в производство на ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» им. М.В. Проценко», что позволило повысить производительность изготовления фасонных твердосплавных инструментов в 1,2 . 1,5 раза, а фасонных деталей основного производства из керамики и магнитных сплавов в 1,3 . 1,8 раза за счет сохранения режущих свойств алмазного инструмента после его профилирования и повышения точности и стойкости алмазного I круга.

Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы 2009-2012 г.» № 01200952070 в соответствии с планами госбюджетной научно-исследовательской работы Пензенского государственного университета и поддержана грантом «У.М.Н.И.К.» (в 2010 г.) Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

6 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

6. Разработана 57тии//иА:-модель управляемого процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов, которая позволяет учитывать влияние межэлектродной среды на параметры разрядных импульсов, динамические характеристики электроприводов подач, а также технологические особенности процесса профилирования. Установлено, что расхождение между расчетными, полученными в БтиИпк-модели, и экспериментальными значениями импульсов тока и напряжения не превышает 10%, а расхождение величины интенсивности съема не превышает 15%.

7. Доказано существование экстремальной зависимости средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, от его величины, а также существенное влияние на характер этой зависимости неровностей рабочих поверхностей шлифовального круга и электрода. Данная зависимость позволяет реализовать процесс автоматизированного экстремального управления профилированием.

8. Предложено использовать алгоритм экстремального управления на основе нечеткой процедуры поиска экстремума, обеспечивающий подачу профилирующего электрода из условия достижения максимальной величины средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке, и позволяющий интенсифицировать на 20 . 40% и стабилизировать процесс > электроэрозионного профилирования.

9. Проведена оценка параметров случайной функции неровностей рабочей поверхности, построена ее имитационная модель и установлено, что закон распределения этой случайной функции соответствует закону Пуассона.

10. В результате анализа спектрограмм случайной функции неровностей

1 < рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов, выявлено квазипериодическое расположение алмазных зерен на их рабочей поверхности, что позволило стабилизировать процесс электроэрозионного профилирования путем фазовой синхронизации частоты разрядных импульсов с частотой вращения алмазного круга.

11. Разработана методика расчета параметров разрядных импульсов по характеристикам алмазных шлифовальных кругов.

12. Получены экспериментальные зависимости, отражающие влияние режимов профилирования на объемную интенсивность съема алмазосодержащего слоя и линейный относительный износ электрода.

13. Экспериментально подтверждена эффективность предложенных экстремальных алгоритмов управления и режимов автоматизированного электроэрозионного профилирования, что дало возможность снизить удельный расход алмазов на 12 . 17%, шероховатость обработанной поверхности уменьшить на 15 . 20 % по параметру В.а, при повышении точности обработки до 30%.

14. Разработана система автоматизированного управления глубинным электроэрозионным профилированием, а также предложены практические рекомендации по модернизации оборудования.

1. Kitg Y., Damlos H.—H, Salje E. Wheel wear in profile grinding. In Proceedings of; the 4th International Conference on; Production Engineering.— Tokyo, 1980, p. 612-619.

2. b^acht W., Kurr К. Оптамизация процесса ЭЭО//<<Indi - Anz.>>, 1971. - №24, p. 499 - 501 и ЭИ ТОМС, 1971. - №21; реф. 170.

3. Saito Nagao, Kobayashi Kazuhiko. Electric discharge machining method & apparatus. Патент США, кл. 219-69 с (В23 pi/08), №3670.136, опубл. 1972.

4. Takase Koyn. Electricar discharge machining with an «Arcless» circuit; // Annals oftheCIRP,:1973. - vol; 22, №1, p. 55-.56.

5. A.c. 1301594 (СССР). Способ экстремального регулирования процесса электроэрозионной обработки / А.Б. Лахмостов, В В. Атрощенко -Опубл. Бюл. №13,1987.

6. А с. 1776505 (СССР). Способ управления зазором искрового промежутка при электроэрозионной обработке / В.Ю. Лукоянов, Л.Г. Гагарина/А.В: Борисов, А.Г. Ковалев - Опубл. Бюл. №43, 1992;

7: А с. 218004 (СССР). Способ, профилирования алмазных кругов / Г.В. Чайка, М О. Ицкович, В.К. Путиенко и др.- Опубл. Бюл.№16,1968:

8. А:с. 325146 (СССР); Регулятор подачи для электроэрозионных станков^I А.Г. Дороши др. -Опубл.^-Л972.;.

9. А.с. 347152 (СССР). Способ электроэрозионной обработки / К.К. Гуларян и др. - Опубл. 1972.

10. А.с. 512894 (СССР). Способ профилирования алмазных кругов на металлической связке / В.Д. Дорофеев, В.Н. Чачин, А.Н. Мартынов и др.-Онубл. Бюл. №34,1976.

11. А.с. 598024 (СССР), кл. G05 В 19/02, 1973.

12. A.c. 634903 (СССР). Способ измерения межэлектродного зазора при электроэрозионной обработке / Ю.А. Пахалин, В.Д. Дорофеев, П.И. Ящерицын, В.О. Соколов, А.Н. Мартынов - Опубл. Бюл. №44,1978.

13. A.c. 891310 (СССР). Способ автоматического регулирования подачи электродов при электроэрозионной обработке и устройство для его осуществления / А.И. Аронов, Ю.И. Сычев, В.В. Лишенков - Опубл. Бюл. №47, 1981.

14. A.c. № 889367 (СССР) Способ изготовления электрода-инструмента для электроэрозионного профилирования алмазных кругов / В.О.Соколов, В.Д.Дорофеев, П.И.Ящерицын, А.Н.Мартынов. - Опубл. Бюл. №46, 1981.

15. Адаптивные фильтры / Под ред. К. Ф. Н. Коуэна и П. М. Гранта. — М.: Мир, 1988.-392 с.

16. Азарова, Н.В. Влияние способа правки алмазного круга на характеристики его рабочей поверхности / Н.В. Азарова, П.Г. Матюха // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. - 2007. - с. 16-20.

17. Алиханян Э.С. К определению характера износа профильных кругов // Алмазы и сверхтвердые материалы, 1983. - №3, с. 7 - 8.

18. Алиханян Э.С., Пуняк В.Р. К расчету износа профильных кругов // Сверхтвердые материалы, 1980. - №2, с. 35 - 38.

19. Атрощенко В.В., Голубятников А.Г., Лахмостов А.Б., Митрофанов A.A., Полянин В.И. Повышение эффективности электроэрозионной обработки методом гибкого энергетического воздействия // Авиационная промышленность, 1989. - №10. - с. 40 - 43.

20. Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования материалов. -Киев: Наукова думка, 1978. - 207 с.

21. Бакуль В.Н. Число зерен в одном карате — одна из важнейших характеристик алмазного порошка // Синтетические алмазы, 1976. - № 4. - С. 22 - 27.

22. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер. с англ. - М.: «Радио и связь», 1988. - 128с.

23. Бахтиаров Ш.А. Контактно-эрозионная правка алмазных кругов // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы: Сб. трудов Междунар. конф. «Шлифабразив-98». - Волжский, 1998. - с. 5 - 6.

24. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука, 1981. - 720 с.

25. Вексель И.Г. О сигналах первичной информации для создания автоматических регуляторов межэлектродного зазора // «Электрофизические и электрохимические методы обработки». - М.: НИИМАШ, 1975. - №2.

26. Виноградов А.Ю., Гринин Г.П. Метод вскрытия зерен алмазных инструментов на металлической связке // Станки и инструмент, 197,7. - №2. -с. 20-21.

27. Вишницкий А.Л, Ясногородский И.З., Григорчук И.П. Электрохимическая и электромеханическая обработка металлов. - JL: Машиностроение, 1971. - 212с.

28. Воробьев Г.А. Физика диэлектриков, область сильных полей. -Томск: Изд-во Томского университета, 1977. - 252с.

29. Гринин Г.П., Дорофеев В.Д. Профилирование алмазных кругов методом пластической деформации с нагревом алмазоносного слоя // Алмазы и сверхтвердые материалы, 1977. - №4. - с. 4 - 5.

30. Гутер P.C., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. Издание второе, переработанное. Учебное пособие для втузов. - М.: Наука, 1970. - 432с.

31. Гуткин Б.Г. Автоматизация электроэрозионных станков. - Л.: Машиностроение, 1971. - 160с.

32. Деречик JI.F. Основные закономерности процесса алмазной вышлифовки канавок твердосплавного режущего4 инструмента // Металлорежущий и контрольно-измерительный инструмент, 1973. - №8.

33. Дибнер Л.Г., Дерегин Л Г. Станки для вышлифовывания: канавок на твердосплавном концевом инструменте // Станки и инструмент, 1989. - № 12.

34. Дорофеев В. Д. Основы профильной алмазно-абразивной обработки. - Саратов: Изд-во Сарат. гос. ун-та^ 1983 . - 189с.

35. Дорофеев В.Д. Основы теории и технологии профильнои алмазно-абразивной обработки. - Дис. Докт. Техн. наук, Минск, 1984. - 453с.

36. Дорофеев В.Д. Эффективные методы профилирования и правки алмазно-абразивных инструментов // Алмазы и сверхтвердые материалы, 1980.-№5.-с.7-8: •

37. Дорофеев; В.Д, Гринин Г.П., Тудоска F.B. и др. Алмазно-абразивная обработка монолитных твердосплавных сверл // Алмазы и сверхтвердые материалы, 1981. - №5.

38. Дресвянников В .А. Совершенствование технологии профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов на металлических связках.- Дис. канд. техн. наук, IIeH3aj 1998: - 159с.

39. Дьяконов В. Н;, Раскоснов М: А; Синтез« нелинейных цифровых фильтров Винера для; одного класса сигналов и помех // Изв. вузов; Радиоэлектроника. — 1985. - Т. 28. - № 8. — с. 63-69.

40; Землянский B.C. и др. Шлифование твердого сплава алмазными кругами прямого профиля. - Синтетические алмазы, 1975. - № 3, с.46 -47.

41. Иванов В.М. Электроприводы с системами программного управления. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 180с.

42. Ивченко Г.И., Медведев: Ю.И. Введение в математическую статистику: Учебник.-М.: Изд-во JUGi, 2010. - 600с.

43. Изерман Р. Цифровые системы управления.- М.: Мир, 1984.

541с.

44. Иоффе В.Ф. и др. Автоматизированные электроэрозионные станки. - JL: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. - 227с.

45. Иоффе В.Ф., Коренблюм М.В.,- Шавырин В.А. Автоматизированные электроэрозионные станки. - Л.: Машиностроение, 1984.-227с.

46. Ицкович М.С. Исследование и разработка сложнопрофильных алмазных кругов для фасонного шлифования резьбо- и зубообрабатывающего инструмента. - Дисс. канд. техн. наук, Киев, 1977. - 247с.

47. Казбанов Г.Н. Электрохимическая правка алмазных кругов на металлических связках // Вестник Харьковского политехи, ин-та, 1973. - №81, Вып.З.-с. 34.

48. Калинин М.А., Камсюк М.С. Влияние кривизны поверхности электрода-инструмента на интенсивность его износа // Электрофизические и электрохимические методы обработки, 1968. - № 4. - С. 3 - 6.

49. Коренблюм М.В. Адаптивное управление в зарубежных 5 электроэрозионных станках. - «Электрофизические и электрохимические методы обработки». - М.: НИИМАШ, 1974. - №1. %

50. Коренблюм М.В. Повышение производительности^ получистовой и чистовой электроэрозионной обработки путем использования транзисторных генераторов импульсов. Автореф. дис. канд. техн. наук. - М.: ЭНИМС, 1972.

51. Королев С.Л. и др. Цифровой анализатор формы импульсов напряжения на ЭП эрозионного станка // «Электрофизические и электрохимические методы обработки». - М.: НИИМАШ, 1975. - №5.

52. Круглов А.И. Требования к генераторам и схемы для электроискровой обработки // В сб. «Проблемы электрической обработки материалов» (труды ЦНИЛ - Электром). - М.: АН СССР, 1960.

53. Левит М.Л. Температурное состояние электродов в процессе ЭЭ обработки // «Электрофизические и электрохимические методы обработки». -М.: НИИМАШ, 1969. - №2.

54. Лецкий Э., Хартман К., Шефер В. Планирование экспериментов в исследовании технологических процессов. -М.: Мир, 1977. - 378с.

55. Лившиц А.Л. и др. Электроимпульсная обработка металлов. - М.: Машиностроение, 1967.

56. Лившиц А.Л. Основы экстремального регулирования электроимпульсных станков. - М.: ОНТИ ЭНИМС, 1962.

57. Лившиц А.Л., Кохановская Т.С. Характеристики межэлектродных зазоров // «Электрофизические и электрохимические методы обработки». - М.: НИИМАШ, 1971.-№5.

58. Линенко-Мельников Ю.П. Применение фасонных алмазных кругов для заточки горно-бурового инструмента // Прогрессивные технологические процессы точной и высококачественной обработки деталей. -Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1978. - с. 16 - 19.

59. Линенко-Мельников Ю.П., Красник В.Г., Махмудов С.Х. и др. Заточка долотчатых буровых коронок на Самаркандском опытном заводе // Синтетические алмазы, 1977. - №6. - с.70 - 72.

1. Логанин П.В. Повышение эффективности профильного алмазного шлифования путем совершенствования технологии правки круга. Дисс. канд. техн. наук, Пенза, 2008. - 131с.

2. Лохматов В.К. Профилирование твердосплавных фасонных резцов профильными алмазными кругами.- В кн.: Прогрессивные технологические процессы точной и высококачественной обработки деталей. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1978.- С. 10 12.

3. Львов В.Н., Сафронов* В.Г., Данилова Ф.Б. Электрохимическая правка шлифовальных кругов на металлических и- органических связках // Алмазы и- сверхтвердые материалы, 1976. №7.- с. 14 - 17.

4. Маслов E.H. Теория шлифования металлов. — М.: Машиностроение, 1974. —320с.

5. Методы робастного,. нейро-нечеткого и адаптивного управления/ под ред. Н. Д. Егупова. М.: Изд - во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 744с.

6. Москоленко В.В. Электрический привод. М.: Академия, 2007.160с.

7. Намитоков К.К. Электроэрозионные явления. М.: Энергия, 1978. -456с.

8. Никитин А.П., Степанов Г.И. Вскрытие зерен, алмазных кругов травлением // Станки и инструмент, 1969; №8. - с. 32 - 33.

9. Никиткин A.C. Профилирование алмазных шлифовальных кругов на токопроводящих связках // Наука и инновации в технических университетах: материалы всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. Спб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008. - с.45-46.

10. Никиткин A.C. Разработка эффективного технологического процесса глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов // Надежность и качество 2012: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПТУ, 2012. - 2т. - с.221-223.

11. Никиткин A.C., Авдеева О.В. Рекуррентный алгоритм поиска экстремума статической характеристики инерционного объекта // Датчики и системы: XXIX всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов. Пенза, 2010. -с.180-182.

12. Ордынцев В. М. Математическое описание объектов автоматизации. -М: Машиностроение, 1965. -360 с.

13. ОстремК. Введение в стохастическую теорию управления. М.: Мир, 1983.-322 с.

14. Пахалин Ю.А. Исследование и разработка эффективного технологического процесса профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов электроэрозионным методом. Дисс. канд. техн. наук, Минск, 1978.— 218с.

15. Попов С. А., Маевский Н.П., Терещенко JIM. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. — М.: Машиностроение, 1977. — 263 с.

16. Применение цифровой обработки сигналов / Под ред. Э. Оппенгейма. -М.: Мир, 1980. 552 с.

17. Разницын М.А. Закономерности изменения искрового зазора при электроэрозионной обработке электродом-проволокой // «Станки и инструмент», 1972. №5. - с. 16 -18.

18. Разницын М.А. Изменение межэлектродного зазора при бесконтактной электроэрозионной обработке. — В кн.: Новое в электрофизической и электрохимической обработке материалов. JI.: Машиностроение , 1972, с. 153. 156.

19. Романов В.Ф., Авакян В.В. Правка и профилирование абразивного, алмазного и эльборового инструмента.- М.: Машинострение, 1976. 32с.

20. Сайто Нагао, Кобаяси Кадзухико. Адаптивное управление процессом электроэрозионной обработки // «Мицубиси Дэнки гихо», 1970. -№12, с. 1644- 1651.

21. Седыкин Ф.В. Размерная электрохимическая обработка деталей машин. -М.: Машиностроение, 1976. 302с.

22. Семенов А.Д., Авдеева О.В., Никиткин A.C. Алгоритм экстремального регулирования на основе рекуррентной процедуры метода наименьших квадратов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки, 2012. №1. - с.3-11.

23. Семенов А. Д., Авдеева О.В., Никиткин A.C. Алгоритм экстремального регулирования автоматической системы управления процессом электроэрозионной обработки // Надежность и качество 2010: в 2 т. -Пенза: Изд-во ПГУ, 2010. - 2т. - с.191-192.

24. Семенов А.Д., Авдеева О.В., Никиткин A.C. Моделирование экстремального регулятора производительности // Новые промышленные технологии, 2011. №3. - с.46-49.

25. Семенов А.Д., Авдеева О.В., Никиткин A.C. Помехоустойчивый алгоритм экстремального регулирования инерционными объектами // Автоматизация & IT в энергетике, 2011. №11. - с.18-21.

26. Семенов А. Д., Никиткин А. С. Модель процесса электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов // Новые промышленные технологии, 2009. №3. - с.14-16.

27. Семенов А. Д., Никиткин А.С., Авдеева О.В. Конструкция системы управления электроэрозионным профилированием алмазных шлифовальных кругов //Наукоемкие технологии в машиностроении, 2011. №5. — с. 17-22.

28. Семенов А.Д., Никиткин A.C., Авдеева О.В. Программное управление автоматизированной установкой для глубинного электроэрозионного профилирования шлифовальных кругов // Новые промышленные технологии, 2011. №6. - с.5-8.

29. Синтетические алмазы в обработке металлов и стекла / Под ред. Н.А. Розно. М.: «Машиностроение», 1968. 256с.

30. Соколов В.О. Исследование точности профилирования и правки алмазно-абразивных инструментов на металлических связках электроэрозионным методом. — Дис. канд. техн. наук. Минск, 1982. 211с.

31. Соколов В О. Комплексное обеспечение; точности профильной алмазно-абразивной обработки. Дйсс. докт. техш наук, Саратов, 2000: -397с. '

32. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем: Учебник для вузов. Мн.: ДизайнПРО, 2004: - 640с;

33. Тихомиров; В:Б. Планирование и; анализ: эксперимента (при проведении, исследований в легкош и* текстильной промышленности): М;:

34. Легкая индустрия», 1974. 262 с.' •

35. Ушаков В.Я. Импульсный электрический пробой жидкостей; -Томск: Изд-во ТГУ, 1975.- 254с.

36. Фотеев Н.К. Расчет режимов электроэрозионной правки алмазных кругов на металлической связке. — Алмазы и сверхтвердые материалы, 1977, Вып.1, С.5.8.

37. Хемминг Р. В. Цифровые фильтры. М.: Сов. радио, 1980. - 224с.

38. Цепков А.В., Ардашов В.В., Пахомов В.И. Электрохимическая правка алмазных кругов на токопроводящих связках // Применение методов электротехнологии в машиностроении: Тематич сб. Пермь: Перм. политехи, ин-т, 1972. - с. 20 - 22.

39. Чачин В.Н., Дорофеев В. Д. Профилирование алмазных шлифовальных кругов. Минск: Наука и техника, 1974.- 160с.

40. Черный А.П., Прусенко Э.Г. Профилирование фасонных алмазных кругов методом пластического деформирования // Станки и инструмент, 1972. №6. - с. 42-43.

41. Ящерицын П.И., Дорофеев В.Д., Гринин Г.П. Профилирование алмазно-абразивных инструментов пластическим деформированием. Изд-во Сарат. ун-та, 1982. - 112с.

42. Ящерицын П.И., Дорофеев В.Д., Пахалин Ю.А. Электроэрозионная правка алмазно-абразивных инструментов. Минск: Наука и техника, 1981. - 232с.

43. Ящерицын П.И., Пахалин Ю.А., Дорофеев В.Д. Напряжение в алмазных зернах при электроэрозионной правке алмазных шлифовальных кругов. — Алмазы и сверхтвердые материалы, 1978, Вып.7, с. 6.7.

44. Ящерицын П.И., Соколов В.О., Дорофеев В.Д. Расчет инструмента для профилирования алмазных шлифовальных круговэлектроэрозионным методом. В сб. Алмазная и абразивная обработка деталей машин и инструмента. Пенза, 1980. - № 9, с. 48 - 50.