автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Научные основы создания системы автоматизированного определения обрабатываемости металлов резанием

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ-УКРАИНЫ "КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ'

Р Г 5 ОД

3 П 01(7 ¡СТ На правах рукописи

УДК 621.9.08:621.91.01

МИРЗАЕВ АБДУНОСИР АБДУЛХАМИТОВИЧ (гражданин Республики Узбекистан)

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Киев - 1995

Научные консультанты

Работа выполнена в Национальном техническом Университете Украины "Киевский политехнический институт" на кафедре "Технология приборостроения" Имеется рукопись диссертации.

• академик АНН Украины, д.т.н..профессор Остафьев В.А. • академик АИН Украины,

д.т.н. Махмудов К.Г. - д.т.н., профессор Румбешта В.А.

Официальные оппоненты

- член-кор. HAH Украины, д.т.н., профессор Родин П.Р.

Ведущая организация

- академик АИН Украины, д.т.н., профессор Розенберг O.A.

• Заслуженный деятель науки и техники Узбекистана д.т.н., профессор Якубов Ф.Я.

-Киевское производственное объединение им.Артёма г.Киев

Защита состоится ноября 1995г. в часов на заседании

специализированного Совета Д 01.02.09 по присуждению ученой степени доктора технических наук в Национальном техническом университете Украины "Киевский политехнический институт", корп.1, аудитория 214, Адрес: 252056 г.Киев пр. Победы,37.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НТУУ "Киевский политехнический институт" -

Автореферат разослан ^¿октября 1995г.

Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим присылать на адрес НТУУ. "Киевский политехнический институт" ученому секретарю.

Ученый секретарь специализированного Совета Д 01.02.09 доктор технических наук, профессор

Й.С. Райская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Повышение эффективности производства, ускорение [аучно-гехиического прогресса п машиио- и приборостроении - это фежде всего автоматизация производственных процессов, широкое шедрение в производство автоматизированного станочного

|борудовання, автоматических линий, роботизированных станочных ;омплексои и создание интеллектуальных производственных систем. Этот процесс находится в прямой зависимости от уровня автоматизации ехнологической подготовки производства и в первую очередь от ффективного автоматизированного определения обрабатываемости шталлов. Именно знание обрабатываемости металлов позволяет 1ешить важнейшую проблему комплекса технологической подготовки |роизводства - назначение рациональных режимов обработки, что, в вою очередь, обеспечивает гибкость всего технологического цикла |роизводства изделий.

Определение обрабатываемости металлов в ускоренном или втоматизированпом режиме еще не имеет достаточного комплексного и истематизировапного решения. Поэтому, такие вопросы, как выбор 1ациош1Лыплх режимов резания, геометрии инструмента, марки мазочно-охлаждающих технологических средств, инструментального ■атериалс) и другие, решаются на основе длительных трудоемких и ттериалоемких стойкостных испытаний.

Таким образом, для совершенствования производства в целом [еобходима единая научная основа, новые методологические подходы к пределеппю обрабатываемости металлов, проектированию и разработке оответствующих систем контроля и прогнозирования состояния «жущего инструмента и процесса резания в целом. С учетом овременных направлений и результатов исследований обрабатываемости геталлов резанием сформулирована цель настоящей работы, которая читывает комЬлекспость понятия «обрабатываемость металла резанием» динамику самого процесса резания.

Цель работы 1. Разработка научных основ создания эффективной истемы определения обрабатываемости металлов резанием:

- создание общего подхода к системе определения обрабатываемости металлов резанием;

- выявление эффективной структуры системы определения обрабатываемости металлов резанием;

- разработка методов определения обрабатываемости металлов, использующих априорную и апостериорную информацию процес: са резания;

2. Разработка принципиально новых эффективных методов автома-изированного определения обрабатываемости металлов и установление омплексного ее показателя;

3. Создание автоматизированного стенда системы определения об рабатываемости металлов резанием, использующего современны средства контроля, диагностики, прогнозирования состояния режущеп инструмента и процесса резания в целом.

Для достижения поставленной цели были получены решения ряд задач, из которых на защиту выносится следующее :

1. Структура, принципы работы и методика построения систеш автоматизированного определения обрабатываемости, использующе! априорную и апостериорную информацию о процессе обработк! металлов резанием;

2. Моделирование динамики процесса резания при минимально» использовании эмпирических данных с учетом механических свойст TOC, контактных нагрузок, тепловых процессов, трения и износ-резца, позволяющее установить связь параметров процесса резания 1 параметрами обработки металлов резанием путем вычислительное эксперимента. В том числе :

- оригинальный метод расчета контактных нагрузок на передне) поверхности резца и участке износа его задней поверхности, отли чающийся от известных уточненной формой получаемой эпюр! контактных нагрузок и тем, что для расчета не требуете: предварительного знания зависимости угла наклона плоскости сдвига I длины контакта стружки с передней поверхностью резца о' коэффициента трения и переднего угла резца, т.к. эта зависимост: определяется в ходе расчета;

- формулы расчета нестационарных тепловых процессов npi резании, учитывающие вид эпюр контактных нагрузок на передне! поверхности резца и . участке износа его задней поверхности получающийся по вышеуказанной методике расчета контактны: нагрузок;

- разработанные методы численного вычисления специальны: функций в формулах теплового расчета, конкретная схем. приближенного решения уравнения теплового баланса i использованием ЭВМ;

- оригинальный метод расчета коэффициента трения на контактны: площадках резца, исходя из нормальной нагрузки и параметро! микрогеометрии профиля контактной поверхности Rraax и Y

3. Результаты численного моделирования динамики виброакусти ческого сигнала (ВАС)- при резании, раскрывающие причину реалык наблюдаемого после начала резания неустановившегося процесса i подтверждающие возможность использования параметров ВАС характеризующих динамику этого процесса, для определения обрабаты ваемости металлов резанием;

4. Результаты натурных исследований процесса резания, устано виишие связь параметро» процесса резания с параметрами обработк! металлов резанием и обрабатываемостью, в том числе :

связь общего уровня вибропкустпческого сигнала с ттепсивиостыо износа режущею инструмента и шероховатостью юверхпостн при обработке с изменяющейся во времени подачей;

- связь интенсивности изменения ппброакустического сигнала в тчало обработки различных обрабатываемых материалов резцами из эазных твердых сплавов при постоянной продольной подаче инструмента с интенсивностью износа резца;

5. Разработанные принципиально полые автоматизированные четоды экспресс-оценки обрабатываемости металлов по силовым и энергетическим параметрам процесса резания и установления ее комплексного показателя;

6. Разработанный автоматизированный стенд для определения об-, рабатыпаемости .металлов с использованием современных средств контроля, диагностики, прогнозирования состояния режущего инструмента и процесса резания в целом.

Обитая методика__исследовании. Общин подход к системе

определения обрабатываемости был сформирован путем анализа существующих подходов к определению обрабатываемости и синтеза общей систем!.! па его основе.

Признанные необходимыми модели связи параметров системы резания создавались па базе основных положений теории резания, теории пластической п упругой деформации материалов, прикладной механики, теории анализа тепловых процессов методом тепловых источников, теории трения и износа, теории численных методов. Также использовался многорядпый алгоритм самоорганизации математических моделей.

При проведении экспериментальных исследований применялись методы и устройства, разработанные автором, н стандартная аппаратура для измерения сил, мощности резания, температуры, вибрации, износа режущих инструментов, длины контакта, усадки стружки, шероховатости обработанной поверхности.

Для выявления информативных параметров в сигналах, поступающих с датчиков в ходе экспериментов, использовались методы цифровой обработки информации: статистический, корреляционный и дисперсионный анализ. Также использовался метод конечных элементов для расчета температурного поля в резцах п прочности режущих инструментов по экспериментальным данным.

В разработке методики определения обрабатываемости использовались статистическая теория стойкости режущего инструмента и теория планирования эксперимента.

Измерительные устройства системы определения

обрабатываемости металлов резанием проектировались с помощью теории аналоговой и цифровой обработки информации.

Научная новизна. Впервые разработаны единые научные основ создания автоматизированной системы определения обрабатываемое! металлов резанием.

Построена система автоматизированного определени обрабатываемости металлов резанием, созданы конкретны подсистемы, которые осуществляют предварительное априорнс определение режимов резания и апостериорное их уточнение дя конкретного процесса резания.

Как важнейшая и наиболее сложная компонента систем определения обрабатываемости впервые создана действующа рациональная комплексная модель динамики процесса резани: воспроизводящая механику TOC, контактные нагрузки на передне поверхности резца и участке износа его задней поверхности, тепловы процессы, процессы трения и изнашивания контактных поверхносте резца.

Входящая в нее модель стружкообразования при автономном и« пользовании дает новые теоретические зависимости угла наклон Плоскости двига и длины контакта стружки с резцом от коэффициент трения и переднего угла резца, которые являются промежуточным среди наиболее достоверных известных экспериментальных эмпирических зависимостей.

Впервые разработана рациональная модель трения и износа пс верхностей резца, воспроизводящая процесс приработки поверхносте pe3i,i и опускания шероховатой поверхности резца вглубь материал резца по мере ее износа.

Установлена связь между интенсивностью изменени ■ виброакустического сигнала, генерируемого зоной резания в начальны период обработки, с периодом стойкости режущих инструментов ; проанализированы причины этой связи на теоретическом уровне.

Получена аналитическая зависимость периода стойкости режущи инструментов от интенсивности изменения виброакустическог сигнала и разработана методика прогнозирования периода стойкост] режущих инструментов.

Создана эмпирическая модель обрабатываемости, позволяющая m химическому составу и механическим свойствам металлов с у четен свойств инструментальных материалов определить обрабатываемость i предварительно установить режимы обработки.

Созданы новые способы апостериорного определения и получе! комплексный показатель обрабатываемости металлов резанием.

Практическая ценность. Проведенные экспериментально теоретические исследования способствуют повышению эффективносп металлообработки в условиях как автоматизированного, так i неавтоматизированного производства.

Изложенные в работе научные основы создашп автоматизированной системы определения обрабатываемости металле)!

резанием позволяют методически подойти к проектированию подобных истем, тем самым сэкономив время необходимое для проведения [сследований, обеспечив возможность дальнейшего совершенствования оздаваемых систем и ценность приобретенного при этом опыта для .ругих разработчиков.

Полученная комплексная модель процесса резания дает юзможность изучать процесс резания, анализировать скрытые физические процессы при резании, находить информативные [араметрм механообработки, по которым целесообразно оценивать ехнологические параметры обработки и обрабатываемость металлов. Эсобенпость модели, заключающаяся в рациональном принципе ее гостроения, обуславливает возможность более глубокого анализа фоцесса резания по сравнению с экспериментальными методами. Модель позволяет прогнозировать процесс резании, значения его !Торичпых параметров и отсюда обрабатываемость металлов.

Входящая в комплексную модель модель механики струж-сообразованим может быть . использована автономно для фопюзировапня контактных нагрузок с целью выявления опасности голомки инструмента.

Входящая в комплексную модель модель трепня может быть ис-юльзоцдиа модолыо расчета контактных нагрузок для определения коэффициента трения. Так, модель трения, исходя на нормальной сонтактиой нагрузки и параметров Rm<u , V микрогеометрии профиля юперхности резца, уточняет коэффициент трения, который первона-1ально может быть задан довольно приближенно. Используя ггочиепное значение, модель расчета контактных нагрузок определит ювую нормальную нагрузку и далее итерационный процесс уточнения созг|)"фнциеита трения повторяется, приводя в конечном итоге к -очному значению коэффициента трения, • и, избавляя от геобходимосги для его определения проводить специальные натурные эксперименты.

Созданные математические модели эмпирического определения збрабатываомости металлов позволяют установить "численные значения 1араметров эффективного режима резания без проведения трудоемких :то й ко стн ы х и с н ыта и и й.

Все методы определения обрабатываемости металлов, ]риведенные в работе, отличаются высокой точностью, легкостью фактической реализации и автоматизацией в конкретных случаях механообработки, согласованной с технологическими требованиями, тредъявляемыми к проведению процесса обработки и оборудованию.

Разработанные технические средства могут использоваться как 1АЯ определения обрабатываемости, так и для контроля, диагностики, трогнозирования процесса резания металлов.

Результаты работы внедрены на машиностроительных 1редпрнятиях Украины и Республики Узбекистан;

l-S-W

о

Апробация работы. Результаты работы до клады пали с ь, обсуждались и были одобрены на международных, всесоюзных (в рамках СНГ), республиканских и региональных научно-технических Конферепциях:«Теплофмзнка технологических процессов» (г.Тольятги, 1988г.); «Высокие технологии» - Интериартнер - 94 (г.г. Харьков -Алушта); «Прогрессивные конструкции режущего инструмента для ГПС и роботизированных комплексов» (г.Москва, 1987 г.); «Автоматизированное управление энергетическими системами, технологическими процессами и оборудованиями» (г.Севастополь, 1995г.); «Международная научно-техническая конференция молодых ученых - выпускников высших учебных заведений СССР и Польши» (г.Киев, 1986г.); «Остнастка - 95» (г.Киев-95 г.); «Прогрессивная технология обработки маложестких деталей» (г.Толья тги, 1987 г.); «Опыт разработки и внедрения технологических и конструкторских решений интенсификация процессов резаиия»(г.Киев,1909 г.); «Конверсия - 95" (г.Киеп, 1995 г.); «Пути повышения качества и надежности инструмента» (г.Барнаул, 1989 г.); «Решение проблемных вопросов теории механизмов и машин» (г.Фергана, 1991, 1994 гг.); «Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических сип ем» (г.Краматорск, 1995г.); «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в машиностроении» (г.Одесса, 1995 г.); ' «Аэрокосмический комнлескс: конверсия и технология» (г.Житомир 1995 г.).

Публикации. На тему диссертации опубликована 41 печатная работа, в том числе 6 авторских свидетельств, 1 монография.

Структура п объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложения. Изложена на 379 - страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 140 рисунков и 212 библиографических наименоиаанпй.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Научно-технический прогресс на современном этапе связан с расширением диапазона требований,- предъявляемых к процессу производства, в том числе производственной продукции, с появлением ряда новых конструкционных и инструментальных материалов, а также нового технологического оборудования. Поэтому в настоящее время повышение эффективности производства обуславливается рациональной организацией обработки, выбором оптимальных с точки зрения эффективности процесса обработки его первичных параметров, таких, например, как режимы обработки. Ключевое значение здесь имеет определение эффективности каждого из возможных вариантов проведения процесса обработки. Эффективность процесса обработки, оцениваемая по комплексу параметров, отличающих собственно обработку от других процессов,по сути есть обрабатываемость. Отсюда обрабатываемость металлов резанием есть эффективность обработки Металлов резанием, способность металлов поддаваться обработке

оезанием. Именно знание технологической обрабатываемости металлов оезанием позволяет оценивать и сопоставлять технологическую эффективность процесса резания, оптимизировать этот процесс с точки зрения его технологической эффективности и таким образом ювышать эффективность производства н целом.

Актуальными становятся: автоматизация определения обрабатываемости металлов резанием, снижение временных и материальных затрат на определение обрабатываемости, повышение точности определения обрабатываемости и расширение области контролируемых параметров обработки. Существующие исследования обрабатываемости носят, как правило, частный характер и не удовлетворяют перечисленным выше потребностям, в связи с чем в данной работе была поставлена главная задача - разработка научных основ создания автоматизированной системы определения

обрабатываемости металлов резанием. Решение этой глобальной задачи, оыло сведено к решению последовательности частных задач.

Согласно поставленным задачам, сначала в работе был обобщен опыт существующих исследований обрабатываемости металлов резанием. Решению проблемы определения обрабатываемости юсвящены работы таких видных ученых, как Бобров В.Ф., Грановский Г.И., Кривоухов В.И., Лоладзе Т.Н., Остафьев В.А., Подураев В.Н., Розенберг A.M., Силин С.С., Талантов Н.В., Ташлицкий Н.И. и др. в :транах содружества и E.J.A.Armarego, Merchant М.Е., Trent Е.М., Oxley P.L.B. и др. за его рубежами. Следует отметить, что в работах наблюдается различия в подходах. Порой для обозначения одного и того же используется разная терминология. Так, например, наряду с термином "определение обрабатываемости" употребляется термин 'оценка обрабатываемости". На наш взгляд "оценка" связана по сути с гоотнесением с мерой, а "определение" связано с указанием мер и гоотнесением с ними. Понятно, что перед соотнесением с мерой требуется найти саму меру. Для такого нетривиального понятия как обрабатываемость это выливается в общем случае в непростую задачу. Поэтому употребление термина "определение обрабатываемости" в оаботе подчеркивает, что сначала устанавливаются принципы 1змерепия, а затем производится измерение, оценка обрабатываемости. При этом система определения • обрабатываемости оказывается, как правило, более сложнон.чем система оценки обрабатываемости. Известные исследования обрабатываемости металлов резанием показывают, что в настоящее время 1спользуегся только небольшая часть параметров обработки, которые »югут бить использованы при определении обрабатываемости. Традиционно оперируют оценкой обрабатываемости металлов оезанием величиной скорости, обеспечивающей заданный период гтойкости режущего инструмента. Больше скорость - лучше обрабатываемость, меньше - хуже. Отсутствие общей методической основы определения обрабатываемости приводит к тому, что обусловленная развитием производства насущная потребность учета ювых параметров обработки при- определении обрабатываемости удовлетворяется путем введения ограничений на условия обработки г *

или всевозможных поправочных коэффициентов при использовании базовой оценке обрабатываемости прежней малой доли значимы параметров обработки. .Так зачастую, характеризуя обрабатываемост скоростью резания, используют частную зависимость скорост резания от стойкости режущего инструмента, подачи и глубшн резания, аппроксимирующую результаты экспериментов. Зада стойкость равной, например 60 мин, получают оцепк обрабатываемости по скорости резания при заданной подаче и глубин резания. Ограничивая режимы резания с точки зрения "оптимизации процесса обработки по другим параметрам, например, п шероховатости поверхности, выходят па оценку обрабатываемости пр "оптимальных" условиях обработки. Корректируя в зависимости о требований к процессу резания "оптимальность" условий обработк рассматриваемого материала, ограничением режимов резанш получают оценку обрабатываемости, учитывающую требования процессу обработки, которая соотносится с "базовой" оценкой пр "базовых" условиях посредством корректирующего коэффициент; Однако, обрабатываемость металлов по смыслуспособность металло поддаваться обработке, поэтому она подразумевает полный учет все интересующих параметров обработки именно в самой оценке, а н в ограничениях, устанавливающих область справедливости неко половинчатой оценки, выполненной не но полному перечню значимы параметров. В общем случае обрабатываемость может быть даже н пропорциональной скорости резания, как, нопример, пр

первостепенной значимости в суждении об эффективности обработк структурных изменений в обрабатываемом материале после обработк или ширины диапазона скоростей резания, обеспечивающих стойкост резца в заданных пределах. Традиционно все эти новые значимы требования к процессу обработки сводятся к скорости резания. Но этих случаях скорость резания не является естественно характеристикой обрабатываемости, ее нельзя использовать, в отличи от истинной оценки обрабатываемости, например, для рационально загрузки различного по своим техническим, точностью

экономическим параметрам металлорежущего оборудования, когд допускающие более широкий диапазон скоростей резания заготовки большей истинной обрабатываемостью назначаются к обработке н менее дорогостоящем низкоскоростном, узкодиапазонно! оборудовании.

Таким образом, в общем случае, оценка обрабатываемости зависи от типа параметов, характеризующих эффективность обработки, ка собственно обработки, согласно имеющимся представлениям о обработке, требованиям к пей. В связи с этим при разработке общего подхода к определению обрабптыаемост и металлов резанием был выполнена классификация в общем случае значимых на современно! этапе развития производства параметров обработки в зависимости о превалирующего аспекта. Схема позволяет прогнозировать появлени новых параметров обработки, группировать известные параметры, также может быть использована для выбора наиболее подходящи параметров обработки при решении задачи определеии

эбрабатываемости в конкретной производственной ситуации. Далее Зыла составлена общая принципиальная схема технологического эпределения обрабатываемости металлов резанием. Согласно ей в эбщем случае определение обрабатываемости может быть произведено но реальному процессу резания и по его моделям. При этом технолог указывает первичные параметры обработки, ее структуру, выбирает значимые технологические показатели обработки, параметры показателей и формирует функцию, которая, исходя из отдельного, единичного набора их значений дает технологическую оценку обрабатываемости. Эта оценка, будучи полученной на единичном наборе значений входных параметров, является единичной технологической оценкой обрабатываемости. Так, учет п значимых параметров обработки в единой комплексной оценке обрабатываемости и осуществлен путем приведения оценок этих параметров к эффективности обработки, выражаемой степенью заинтересованности технолога в тех или иных значениях параметров обработки, которая для ¡-го параметра П, равна и, и вычисляется с помощью функции преобразования Фп(: и,=ФП,(П|). Тогда и получается суммированием частных оценок обрабатываемости и, и нормализацией результата

путем его деления на количество частных оценок: . В работе

указаны возможные виды функции преобразования. Как правило, существует множество возможных наборов значений первичных параметров обработки, поэтому оценку обрабатываемости в общем случае следует найти и соотнести с другими при всех возможных единичных наборах. • Это достигается путем перебора с помощью некоторого метода наборов значений первичных параметров обработки и сопоставления получающихся единичных технологических оценок обрабатываемости. По завершению перебора и сопоставления на выходе системы определения обрабатываемости получается полная, т.е. множественная, распределенная, оценка обрабатываемости. При оптимизации процесса обработки, в значительной мере дублирующей процесс определения обрабатываемости, на основании сопоставления значений целевой функции определяется в итоге набор значений параметров обработки, соответствующих оптимальному значению целевой функции. Если целевая функция линейно отражает обрабатываемость металлов и только ее в зависимости от величин значимых параметров обработки, то она тождественна функции обрабатываемости. Отсюда, в частности, следует, что функция обрабатывемости может быть использована в качестве целевой функции при оптимизации процесса обработки металлов резанием по имеющимся представлениям об эффективности этого процесса резания, как обработки металла. Традиционной оценке обрабатываемости соответствует функция обрабатываемости в виде зависимости скорости резания от подачи и глубины резания при заданном периоде стойкости инструмента. Эта зависимость может быть найдена априорно по рациональной или эмпирической модели процесса резания. Можно также контролировать параметры процесса обработки с помощью датчиков н в процессе обработки получить

текущую, апостериорную оценку обрабатываемоеru, которую зате использовать как самостоятельно,, так и для уточнения априорно оценки обрабатываемости. Функциональная схема общей систем автоматизированного определения обрабатываемости показана 1 рис.1. IIa основании априорной и апостериорной оценс

обрабатываемости целесообразно в общем случае предварителы определять и уточнять режимы резания.

Далее в диссертационной работе обсуждаются вопросы создан» различных элементов системы автоматизированного определения обрабатываемости. В соответсвии с рис.1 важнейшими элементам этой системы являются подсистемы априорной иаиостериориой оцени первичных и вторичных параметров обработки. Обмен информацией управление подсистемами оценки параметров обработки в систег* автоматизированного определения обрабатываемости осуществлж информационно-управляющий диспетчер системы, передающи оценки параметров обработки в блок функции обрабатываемост осуществляющий в общем случае перебор варьируемых первичнь параметров обработки и получающий от блока функци обрабатываемости единичные оценки обрабатываемост сопоставляющий их и выдающий во внешнюю среду итоговую оцеш< обрабатываемости.

Значения вторичных параметров обработки дает либо сам проце« резания, либо его модель. Когда прямой контроль вторичнь параметров процесса резания с помощью измерительных устройсч или проведение натурного резания не возможно, особое значена приобретают модели процесса обработки. Наиболее сложными, кг правило, являются рациональные модели, построенные исходя т знания видов физических явлений, определяющих процесс резапИ .их теории и причинно-следственной взаимосвязи. Эти модели бе материалозатрат позволяют вскрыть глубинные закономерное! процесса резания, влияние одних параметров обработки на другя даже при невоспроизводимых по тем или иным причинам, н представляющих интерес условиях обработки, например, при опаспь критических режимах. Создание такой модели для подсистем априорного определения обрабатываемости было осуществлено в рабой в первую очередь. Затем подсистема априорного определени обрабатываемости была дополнена эмпирической моделью.

Следуя методу рационального моделирования, показывая как с может быть применен для получения значений вторичных параметров общем случае нестационарного процесса резания, составлена схег> физической структуры процесса точения, канонического для други видов обработки металлов резанием. Схема приведена на рис.2. Он содержит 4 подсистемы : детали, инструмента, стружкообразования контактной зоны, и выявляет внутренние, наиболее важные элемент этих подсистем, их взаимодействие.

гкраматроа обраСотш

Рис. 1. Функциональная схема общей системы автоматизированного определения обрабатываемости металлов резанием

Расчет динамического поведения подобной структуры может быть выполнен ц общем случае только итерационным способом, рис.3, когда двусторонние связи разрываются, задается приближенно величина прямого воздействия, но ней определяется обратное воздействие, и по этому обратному воздействию находится каким должно быть прямое воздействие. Разница между этими величинами прямого воздействия используется для уточнения исходно заданной величины прямого воздействия, по которому опить вычисляется обратное воздействие и т.д. до тех пор пока разница не станет достаточно малой. Кроме того расчет приходится вести по времени пошагово, со сдвигом во времени на один временной шаг в действительности одновременно идущих механических и тепловых процессов, поэтому для корректности такого приема временной таг должен быть достаточно малым.

Конкретное моделирование требует схематизации моделируемых технологических операций. В работе при моделировании были выбраны схемы продольного и поперечного точения с постоянной и равномерно ускоренной подачей, учитывающие наличие цилАнидрических переходов разной длины и диаметра на поверхности детали.

Условия закрепеления инструмента и детали сводились к параметрам эквивалентных механических систем инструмента и детали, каждая из которых имеет свои главные координаты (],, ¡ = 1,2,3 с ориентированными но их осям прнмедоными эквивалентными упругими СЧ|, инерционными тч(- и демпфирующими элементами. Расчет динамики указанных механических систем инструмента и детали осуществлялся по консчиоразпостным аналогам, описывающим их динамику дифференциальных уравнений второго порядка, типа

РЧ(1) + ч(1 + Л1)| ^ + | - ч(1 ч 2Л1) Ч0) = —--,1(| --------, где д (.-временной шаг.

> + + Са

Взаимные смещения резца и детали приводят к изменению геометрии среза, расчет которой в условиях вычислительного эксперимента для общего случая оказывается довольно громоздким. В модели учитывались взанмосмещепня резца и детали как в плоскости поперечного сечения детали УОХ, так и п плоскости ХОУ. Характеристики положения резца относительно детали на полном обороте детали, .т.е. на 360-ти градусах в направлении обратном направлению вращения детали, запоминаемые через малый угловой шаг, позволит определить след инструмента, оставленный им на поверхности детали во время предыдущего оборота детали. Общий алгоритм расчета геометрических параметров среза с учетом всех упомяпутых влияющих на пего факторов приведен непосредственно в работе. Вычисления по алгоритму завершаются нахождением ширины и глубины эквивалентного прямоугольного среза.

Когда геометрические параметры среза известны нужно найти контактные нагрузки на резце и силы резания.

достаточно ближе к заданным при"" расчстр нормальных смлолмх нагрузок

Коррекция коэффициентов

Рис. 3. Общий алгоритм расчета динамики модели процесса резания

Для облегчения решения огой задачи принято, что механика тружкообразования внутри временного шага стационарная, шпряжелцое состояние плоское, механизм стружкообразования ливной с единственной прямолинейной условной плоскостью [ластического сдвига, коэффициент трения па передней поверхности >езца постоянный. В результате ее решения была создана новая юдель механики стружкообразования, отличающаяся от известных лавмым образом тем, что и модели максимально используется >ационалы1ые, и неиспользую гея эмпирические предпосылки, для 1ычнсления контактных нагрузок; не требуется задание зависимостей ля угла наклона условной плоскости сдвига и длины участка контакта :тружки с передней Поверхностью резца от коэффициента трения и треднего угла резца. Эти зависимости автоматически определяются |ри расчете, исходя из более глобальных предпосылок. Так при течете контактных нагрузок двумерное ноле напряжений, шалитически представленное квадратичной формой общего вида, юдчиняется следующим 7 очевидным первичным требованиям: : Удовлетворение уравнениям равновесия элементарного объема,

Эстх да™ л ЛсГу ¿^Зух ..

—- + -^• = 0; и + = 2) пропорциональность касательных (агрузок нормальным па участке контакта стружки с передней юперхностыо резца в соответствии с коэффициентов трения, Тху=ра; ¡( равенство касательных напряжений на плоскости сдвига максимальным касательным напряжениям для данного обрабатываемого материала, тху =т^; 4)' параллельность плоскости сдвига площадок с максимальными касательными напряжениями в точках плоскости :двига, ох=ау; 5) равенство касательных и нормальных нагрузок нулю 1 точке разрыва контакта с тружки с резцом, т хч ~(]ч=0; 6) равенство )дного главного напряжения нулю в верхней точке плоскости сдвига, г.е. на свободной поверхности обрабатываемого материала, ох=т5;

равенство сил и моментов, действующих па стружку со стороны 1лоскости сдвига и участка контакта передней поверхности резца со :тружкой, К= -й„иМм +М„, = м„„. После удовлетворения всем перечисленным требованиям определяются все неизвестные коэффициенты квадратичной формы. Квадратичная форма шалнтического представления поля напряжений выбрана потому, что золее простая чем она линейная форма не может удовлетворить всем теречнеленным требованиям и, следовательно, квадратичная форма шляется наиболее простой из подходящих. Для определения коэффициентов форм более высокого порядка потребуются дополнительные неочевидные требования к полю напряжений.

Алгоритм нахождения коэффициентов квадратичной формы, а шачит и контактных нагрузок, имеется и работе. Вместе с нагрузками 1а передней поверхности вычисляются и нагрузки па участке износа ¡адней поверхности резца в предположении: наличия там герцевского заенределеиия нормальных нагрузок; пропорциональности' <асательпых нагрузок нормальным соогласпо коэффициенту трения на участке износа задней поверхности; соответствия нормальных

нагрузок в вершине участка износа задней поверхности нормальным напряжениям на площадке максимального касательного напряжения в нижней точке плоскости сдвига. Сила и момент, действующие на участке износа задней поверхности резца, согласно алгоритму, учитываются при определении сил, действующих со стороны передней поверхности резца на стружку.

Получающиеся в результате расчета эпюры нормальных нагрузок на передней поверхности резца и нормальные напряжения для точек плоскости сдвига на площадках параллельных и перпендикулярных плоскости сдвига в зависимости от значений коффицнеита трения на передней поверхности резца и переднего угла резца показаны на рис. 4. Эти зависимости достаточно хорошо согласуются с существующей теоретико-экспериментальной информацией.

Представляет интерес некоторое смещение максимума нормальной нагрузки на передней поверхности резца от вершины резца, которое приводит к соответствующему смещению в распределении температур. Для проверки адекватности и точности созданной модели механики стружкообразования было изучено поведение ее выходных параметров, таких как угол наклона условной плоскости сдвига |), длина контакта стружки с передней поверхностью резца с , силы резания Ру1 Рг , в зависимости от переднего угла резца У и коэффициента трения на его передней поверхности Ц. Сопоставление полученных зависимостей с общепризнанными экспериментально-теоретическими, рис.5, показывает что они занимают промежуточное, усредняющее положение, поэтому могут быть признаны достаточно корректными.

Для использования созданной стационарной модели механики стружкообразования в динамическом . расчете с целыо сокращения временных затрат на него были предварительно сформированы .матрицы связи выходных параметров модели механики стружкообразования с разными возможными п динамике значениями ее входных параметров, таких как: 1) коэффициент трения на передней поверхности резца, 2) коэффициент трения на участке износа задней поверхности резца, 3) длина участка износа. Таким образом, в динамической модели при расчете контактных нагрузок предполагалось резание стационарное внутри отдельного временного шага, первичные параметры модели механики стружкообразования постоянный, а нестационарность резания на более длинных временных отрезках воспроизводимо путем изменения по необходимости значений первичных параметров модели механики стружкообразования от одного временного шага динамического расчета к другому. После получения модели механики стружкообразования комплексной динамической модели было проведено моделирование тепловых явлений. При этом использовался известный метод тепловых источников с заменой движущихся источников быстродвижущимися. Учет тепловых явлений на участ ке износа задней поверхности ро.чцп, и соответствии с полученными при моделировании механики стружкообразования эпюрами контактных нагрузок, приводился по новым уравнениям для источников тепла от трения по передней

О-) «п

Рис. 4. Эпюры нормальной контактной нагрузки на передней поверхности резца и нормального напряжения на условной плоскости сдвига:

а) при -/=0; Ц= ¡0.15(1), 0.3(2), 0.45(3), 0.6(4), 0.75(5), 0.9(6)};

б) при р = 0-5; у = {20°(1), 10°(2),0°(3), -10°(4), -20°(5)}

СЬг

Л'

40

N

N

Ч

А 10

о о.г о♦ а.б о,л щ

У

X У

•го -ю о ■ ю го

- !

■

) 1

¡1 1

/ -1

Т~<!

—Ь2

о о.г о,4 0.6 #г /.о ^

<о го у'

1

1

Я — 1

1

1

1

Р,- э> !

Р,- _ 1

- _

Ю

а го г,"

и Ф

Рис.5. К анализу выходных параметров модели механики стружкообразования:

а) р(ц,у =0); б) Р(ц = 0.5,-/), 1- по модели. 2- по Мерчанту, 3- по Оксли, 4- по Ли и Шафферу; в) = 0°); г) С(ц = 0.5,7) • 1" по модели, 2-по Абуладзе, 3- по Полетике, 4- по Оксли; д) Я. Р2, Рг(ц, у = 0); е) Я, Р2, Ру(р = 0.5у)

V — — — 2

поверхности резца qn0, qn=3.9-^T5n(B, + Bjl + Bjl1),кал/см с, где Vp-

скорость резания, м/мин; ^-усадка стружки; В,,В2,В,-const; и для источников тепла от трения на участке износа задней поверхности

резца q3, q3 = 3.9Vrnicx„t„V' / 'Ъ)2 ,кал/см2с. Введением фиктивных источников удовлетворялись граничные условия па трехсторонне ограниченной поверхности резца. Определялись средние температуры стружки, детали, резца нп участках их контакта путем усреденепия локальных температур в пятнадцати точках прямоугольных областей контакта. Из уравнения теплового балланса, составленного путем приравнивания средних температур на участках контакта для каждого из контактирующих тел, находились неизвестные значения тепловых потоков. Учитывался нагрев детали теплом приобретенным деталью па предыдущем обороте. В вышесказанном , расчетах применялись формулы, полученные для метода тепловых источников проф. Резниковым Л.П. Однако, как понятно из формулы были видоизменены. Кроме того была детально проработана методика численного вычисления ряда интегралов от аналитически неинтегрируемых функций, входящих в уравнения метода. Переход от стационарного теплообмена, и предположении которого вычислялись значения тепловых потоков внутри каждого временного шага, к нестационарному, с отличающимися от шага к шагу тепловыми потоками осуществлялся Но известной методике путем использования представления о процессе распространения в резце тепла от ступенчато включившегося источника тепла. Формулы и алгоритм расчета динамики тепловых процессов по полученной модели тепловых явлений приведены в работе. Цикл прохождения алгоритма завершается - расчетом средних температур и тепловых потоков на участке контакта передней поверхности резца со стружкой и площадки износа задней поверхности резца с деталью.

Следующая модель, необходимая при полноценном комплексном моделировании процесса резания это модель трения и износа. Точное моделирование этих физических явлений необычайно проблематично, поэтому для решения задачи моделирования использовались допустимые упрощения. Так поверхность резца считалась шероховатой и жесткой, изнашиваемой, а поверхность стружки или детали плоской, идеально пластичной и неизнашиваемон. Шероховатая поверхность резца моделировалась примыкающими друг к другу

циллиндрическими сегментами, образующая которых лежит вдоль главной режущей кромки, потому весь анализ сводился к анализу в плоскости, перпендиклярпой главной режущей кромке. Высоты циллиндрических сегментов, зависели от параметра Rmnx и крутизны опорной кривой профиля, связанной с параметром V крутизны огибающей профиля, h(x)=RniB1(l-x//) , где х- рпсстояп. о от начала базовой линии длины / до першннм (сегменты вдоль базовой липни), рнс.6. Эти параметры являются базовыми при моделировании трепня и износа.

Рис, б. Связь огибающей моделирующих микроиеровиости поверхности цилиндрических сегментов с опорпой кривой профиля поверхности.

0,75

0,5 Ц?5

О 0,5 / /,5 2,0 2,5 . -/У...

Г ¡2 ё

- ь

Рис. 7. Зависимость ^l(N ) модели трения.

Механизм трения на основании проведенных икрофотографических исследований контактных площадок резца ыл принят внутренним, граничащим с внешним, поэтому в модели спользовался еще один базовый параметр - максимальное касательное апряжепие или предел текучести на сдвиг \ля нриконтактпых слоев [атериала стружки и детали. Рассматривались три этапа онтактирования. Переход от одного к другому происходит с ростом ормалыюй нагрузки на Контакт. Па первом этапе контакт неровности обтекающим ее материалом не полный односторонний. На втором тане со стороны набегания материала на неровность контакт полный [ неполный с тыльной стороны неровности. На третьем этапе вся юверхность неровности контактирует с обтекающим ее материалом, юнтакт сплошной, внедрение полное. Нормальная нагрузка па контакт юзволяет, исходя из данной модели контакта, вычислить значение ;оэффициента трения между неровностью и обтекающим ее 1атериалом, интегрально между всеми микронеровностями профиля юверхности резца и контактирующим с ними материалом детали или тружки, т.е. коэффициенты трения па контактных участках передней ( задней поверхностей резца.

Получающаяся зависимость коэффициента трения от нормальной тгрузки па контакт приведена на рис.7.

Износ трущейся поверхности резца полагался происходящим по 'сталостному механизму. В результате непрерывного движения >бтекающего материала контакт каждой неровности поверхности >езца с ним происходит циклически. Циклы пагружепня неровности ткапливают микроповреждения в материале неровности и по ¡течению определенного количества циклов п неровность разрушается 1=(2тр1р/тт1н)\ где /р .и длины поверхностей разрушения и

тгруження; трДт - напряжение разрушения инструментального материала и . максимальное сдвиговое напряжение обтекающего шровность материала; t- параметр кривой фрикционной усталости. Этот процесс. в модели отслеживался с помощью специальной временной - накопленного потенциала рщрушения. Воспроизводился один из возможных сценариев разрушения неровностей. Для того, ггобы его характеристики соответствовали средним значениям сарактеристпк наблюдающегося на практике случайного процесса разрушения, разрушение всех контактировавших неровностей :инхронизироволось с разрушением неровности, наиболее интенсивно скапливающей потенциал разрушении, на глубину равную среднему эадиусу зерен материала резца ниже линии основания модели шрошюстп, т.е. липни впадин. Тогда поверхности разрушения другйх 1еровностей располагались па уровнях от максимально низкого, т.е. 1иже линии впадин па величину среднего радиуса зерен, до максимально высокого - на вершине неровности, ..оторая не оазрушалась. Поверхность после разрушении моделировалась новым тбором цнллиндрическнх сегментов и т.д. Алгоритм р.кчета выходных параметров модели трения и износа имеется в работе. При расчете \ипампки комплексной модели он выполняется по отдельности для

на

передней поверхности резца й задней. Отдельно для этих поверхностей от одного временного шага к другому сохраняется информация об их состоянии. Возможность определения коэффициента трения по нормальной нагрузке на контакт избавляет от необходимости использования для его нахождения при комплексном расчете динамики процесса резания эмпирических зависимостей. Так согласно ранее отмеченному общему алгоритму динамического расчета, вначале мы задаем некоторые условные, ориентировочные значения коэффициентов трения на передней и задней поверхностях резца, для которых вычисляем контактные нагрузки, а потом эти контактные нагрузки используем для уточнения.коэффициентов трения.

После завершения моделированием трения и износа базовой комплексной модели процесса резания был проведен вычислительный эксперимент по этой модели, подтвердивший ее работоспособность и выяснивший природу неустановившегося процесса в высокочастотном виброакустическом сигнале, регистрируемом экспериментально в режущем инструменте после начала резания острым резцом до затупления его на величину порядка 0.2-0.3 мм по задней грани. Всего было проведено 16 опытов. Некоторые результаты представлены на рис. 8 и 9. Виброакустический сигнал, был выбран среди характеристик процесса резания, вторичных по отношению к базовым потому, что отмеченная его нестационарность при разных условиях обработки и легкость регистрации предрасполагают к использованию его для оценки параметров процесса обработки, и отсюда определения обрабатываемости. Виброакустический сигнал вычислялся отдельно для передней и задней поверхностей резца как величина прямо пропорциональная соответствующим касательным силам, скоростям роста накопленного потенциала разрушения неровностей, геометрическим площадям контакта. Анализ всех полученных результатов свидетельствует о том, ч то общий внброакстичг'жий сигнал в начале резания будет неустановившимся нестабильным, пока не осуществится приработка передней и задней поверхностей резца. При этом начальный пик в сигнале вызван сигналом с передней поверхности резца,-а после следующего за пиком спада ВАС основу его составляет сигнал с участка износа задней поверхности резца. Вычислительный эксперимент подтверждает возможность

использования таких параметров ВАС, как время его стабилизации, разница между пиковым (максимальным) значением и значением в момент стабилизации, приближенно соответствующий моменту достижения растущим виброакустическим сигналом с участка износа задней поверхности резца величины убывающего ■ вцброакустического сигнала с участка контакта передней поверхности резца со стружкой. Более подробно результаты моделирования обсуждаются непосредственно в работе. Полученная рациональная модель процесса резания позволяет оценить динамику процесса'резания по значимым для определения обрабатываемости параметрам, объяснить причину тех или иных ■ значений параметров, выявить информативные параметры процесса резания и отсюда априорно определить обрабатываемость металлов, в частности установить связь скорости

Рис. 8. Базовые выходные параметры комплексной динамической модели процесса точения в вычислительном эксперименте, а) толщина-а, ширина- площадь- Б среза; б) сила резания Р1Р Ру, Р.4;_ в) накопленный потенциал разрушения- П., ^^а участке износа задней поверхности резца; г)'П„, на передней позерхности; д) средняя температура 9пи£^ на передней и задней поверхности резца; е) тепловые потоки " 1з передней поверхности резца и участке износа его задней поверхности величиной

Рис.9. Пример динамики ВАС в вычислительном эксперименте: А,- сигнал с передней поверхности резца;

А2- сигнал с участка износа по задней поверхности резца длино!

резания со стойкостью резца, гюдачи и глубины резания, лежащую | основе традиционного определения обрабатываемости и назначени: режимов резания.

Кроме рациональной модели процесса резания была создан, эмпирическая модель методам "черного ящика". Модель позволяв' для вновь создаваемых материалов по значениям отобранных модель» физико-химических параметров априорно найти параметрь .стойкостной зависимости резца от режимов резания, I предварительно установить режимы обработки. При этом дл; выявления значимых первичных параметров обрабатываемого I инструментального материалов па базе априорно имеющейа информации использовался многорядный алгоритм самоорганизацш математических моделей-метод группового учета аргументов (МГУА) За основу бралась эмпирическая зависимость, связывающая скоросп резания со стойкостью инструмента, подачей и глубиной резания, типа У=Су/ТпЧх'Зу>', где коэффициент Су учитывает весь комплекс свойсп инструмента и детали; ш, х; , у5 - показатели степени влияния подачи 5 и глубины резания I при принятом периоде стойкости Т режущегс инструмента. Анализ априорной информации, содержащейся г справочно-пормативной литературе показал, что значения т, ху , у,

гогут быть приняты равными изестным для группы, к которой вносится обрабатываемый металл в пределах диапазонов подач V ¡=0.06...0.2 мм/об и 5>0.2мм/об, Задача моделирования сводилась аким образом к идентификации зависимости Су от параметров >брабатмиаемого и инструментального материалов. Для этого [спользовался степенной полином Колмогорооа-Габора. Вначале ависимости Су синтезируются в каждой группе только для

базового" инструментального материала Су5(Х), где Х- параметры :имического состава и механических свойств обрабатываемого металла, 1 затем для другого инструментального материала устанавливается

юэффициент А, как А(Х)ТК или А(Х)„К, где Х- параметры механических :войств инструментального материала соответственно д^я •вердосплавных режущих инструментов группы ТК и ВК, который считывает влияние механических свойств (предела прочности и •вердости) инструментального материала. Таким образом осуществлена ^композиция априорных данных по группам обрабатываемых и инструментальных материалов. Кроме того проведена декомпозиция тожества входных переменных х на не пересекающихся

юдмножествах ХиХ, х=хих,хп Х=0. Тогда решение имеет вид:

;у = А(х)тксих);с, = л(х)№сих).

В соответствии с вышесказанным важное значение в системе [втоматизировапного определения обрабатываемости имеет

годсистема апостериорной оценки параметров обработки и >брабатьнзаемости. В работе исследовалась возможность создания таких :истем на базе технически измеримых в процессе резания параметров [роцесса резания • внброакустического сигнала (ВАС), мощности и сил ¡езания. Экспериментальные исследования ВАС показали, что тиболее эффективным параметром его по отношению к стойкости шетрумента является параметр 1л= (Атах - Аст)/Тст. Этот параметр по шачению максимума нарастающего после начала резания ВАС Атах, гровшо последующей стабилизации ВАС Аст и соответствующему фрмени стабилизации Тст позволяет апостериорно контролировать :тойкость инструмента, что, например, можно использовать для шостериорного уточнения параметров скоростной зависимости гмпирической модели процесса резания, а значит и традиционной щенки обрабатываемости. Соответствующая модель стойкости по 5АС имеет вид Т = Ст I* , где постоянные коэффициенты Ст и К для :адашюй пары "обрабатываемый образец - - 1)ежущий инструмент" шределяются классическим методом исследования стойкости шетрумепта с помощью только двух опытов из множества [еобходимых, а.с. 154397В.

Другим ценным информационным параметром процесса резания, ис юльзуемым в подсистеме апостериорной оценки; является суммарная ющность N. . потребляемая двигателем главного привода станка от юмента возникновения контакта'инструмента с'заготовкой до начала • ¡езания при стабилизировавшейся площади среза :т время тв, I.с. 1374090. Будучи проинтегрированной по времени чтого процесса.

мощность дает энергетические затраты. Данный параме

характеризует работу V»', затрачиваемую на процесс' резания\\Г=| N

.1 и

Использование его помогает решать задачу учета при комплексн определении обрабатываемости различных энергетических показател процесса обработки.

Измерение сил резания дает дополнительную возможное апостериорно оценить обрабатываемость, т.к. сила резания являет одним из базовых параметров, от которых зависят друг многочисленные . показатели процесса обработки. Исследован показали, что при обработке разных материалов меняется коэффицие вариативности, определяемый как отношение абсолютных приращен! ■ составляющих сил резания к первоначальным значениям одинаковых интервалах времени. Поэтому по отношни коэффициентов вариативности для данного обрабатываемо материала и эталонного можно судить об обрабатываемости данно материала, а.с. 1305575.

Непосредственный выход на параметры шероховатое обработанной поверхности возможен через параметр общего уров! ВАС в условиях обработки заготовки с переменной подачей Э. Так п'1 продольном точении цилл-индрнческой заготовки с переменной наблюдается участок экстремальных значений Рг, N. Е, На, Т (1 мощность, потребляемая двигателем главного привода станка, Е-э.д резания, Т-стойкость резца), соответствующих одному и тому я значению Б. Для Рг. в данной области Б могут иметь место учасп немонотонного поведения, а для э.д.с. резания скачкообразна изменения. Общий уровень ВАС С падает до минимума и в дальнейше с увеличением Э монотонно возрастает. Минимуму С соответству« .минимальная шероховатость обработанной • поверхности Нл максимальная стойкость режущею инструмента. Зависимость С = П является наиболее информативной и удобной для измерений, поэто\ с ее помощью можно косвенно контролировать шероховатое; поверхности , стойкость инструмента и оценить обрабатываемое; маталлов, а.с. 1427233. Ъ

Завершающим этапом в создании автоматизированной систем определения обрабатываемости является разработе

автоматизированного измерительного стенда. В диссертации указан эффективные для использования в стенде принципы работ! конструктивные схемы, характеристики устройств нзмерепи необходимых для определения обрабатываемости параметров процесс; резания. Стенд в общем случае управляется ЭВМ, реализугоще функцию диспетчера системы и, возможно, вычисляюще комплексную итоговую оценку обрабатываемости, а.с. 1543978. Сначал производятся априорные расчеты, зачем начинается процесс резани: применительно к которому априорная оценка обрабатываемое!' апостериорно уточняется. Алгоритм функционирования подобны систем определения обрабатываемости представлен в диссертационно работе. Комплексная оценка обрабатываемости, как суммарна относительная оценка обрабатываемости данного материала и

юшению к эталонному производилась по стойкости режущего ггрумента, силам резания, мощности, потребляемой двигателем вного привода при резании И параметрам Иа или Лг шероховатости эаботаниой поверхности. Эта оценка получалась с помощью чплексиого показателя определяемого посредством умножения ■кдой частной оценки на соответствующий коэффициент эномической эквивалентности и дальнейшего усреднения. Среди зможных методов получения значений коэффициентов эномической эквивалентности был выбран метод экспертных оценок, злизовапные системы определения обрабатываемости позволили гоматизированно получать комплексную оценку обрабатываемости использовать ее для назначения и уточнения режимов обработки таллов резанием.

Сформированные в работе научные основы создания гоматизироионных систем определения обрабатываемости позволяют будущем при необходимости эффективно модернизировать эти стемы для решения новых задач производства, что подтверждает их рспективность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате всесторонних исследований существующих л,ходов к определению обрабатываемости, физических процессов при занпи металлов разработаны научные основы создания системы гоматизированного определения обрабатываемости металлов занием, осуществляющей априорный и апостериорный анализ оцесса резания, как приближенный предвари тельный и уточняющий <ущую оценку обрабатываемости и устанавливающей ее милексный . показатель с целью назначения и уточнения циональпых режимов резания.

2. Анализ результатов и направлений современных исследований рабатываемости металлов резанием позволил классифицировать новные методы определения, показателей обрабатываемости и зработать эффективную подробную структуру и принципы работы стемы автоматизированного определения обрабатываемости, новными элементами, которой, являются подсистемы априорной и остериорпой оценки параметров обработки, пиформацнонно-равляющий диспетчер, функции обрабатываемости, формализующая язь между технологической оценкой обрабатываемости и рактеристиками технологической эффективности обработки.

3. На базе разработанной систем!,I определения рабатыпаемости, пыявлены основные моменты в решении проблемы

автоматизированного определения, проанализированы сложные руктурпые элементы системы определения обрабатываемости-

модели процесса обработки, входящие в подсистемы априорной 1 апостериорной рценки обрабатываемости.

4. Созданы новые эффективные модели процесса обработю металлов точением, использующие априорную и апостериорцук информации, в том числе:

- разработана и реализована комплексная математическая модел динамики процесса точения, воспроизводящая динамику базовы: физических явлений процесса резания - упругих взаимны: перемещений резца и детали, контактных нагрузок, трения и износа тепловых явлений, которая может быть использована при решенш всевозможных задач, связанных с априорным апгишзом процесс; резания, в том числе для анализа производных базовых явлений, таки: как виброакустический сигнал режущего инструмента;

- благодаря комплексной динамической модели, впервые установле! механизм формирования общего . уровня высокочастотной виброакустического сигнала, показана его связь с процессам! изнашивания передней и задней поверхностей резца, обоснован; возможность использования параметров виброакустического сигнала характеризующих динамику неустановившегося процесса наблюдаемого в начальный период резания для прогнозированш стойкости режущего инструмента и определения обрабатываемое™ металлов резанием;

- на основе метода самоорганизации разработана и реализован; эмпирическая математическая модель процесса обработки 'позволяющая для новых металлов априорно определять .зависимости скорости резания от стойкости режущего инструмента, подачи I глубины резания путем нахождения коэффициентов эмпирической формулы и назначать предварительные режимы резания!

5. Созданы эффективные методы апостериорной оценк! параметров процесса обработки и обрабатываемости металлов не основе виброакустического сигнала, сил и мощности резания позволяющие оперативно уточнять режимы резания, стойкосп режущего инструмента, определять энергоемкость процесса обработки ее эффективность в смысле достижения минимальной шероховатости обработанной поверхности.

6. Разработаны технические средства системы комплексного определения обрабатываемости, проведена • их оптимизация и интеграция в автоматизированный измерительный стенд, получен детальный алгоритм работы автоматизированной системы комплексного определения обрабатываемости Металлов резанием.

SS9

7. Теоретически и экспериментально обоснованная и шробиропанная практикой система автоматизированного определения )брабатываемости металлов резанием позволяет решать разнообразные технологические задачи обработки металлов, связанные с ¡брабатываемостыо, главным образом, эффективного выбора эациональных режимов резания, что подтверждено экономическим »ффектом от внедрения результатов работы на машиностроительных федприя! иях Украины и Республики Узбекистан.

По теме диссертации опубликовано более 40 научных работ, >сновные из них:

1. А. с. 1305575(СССР)Способ оценки обрабатываемости материалов >езанием./Остафьев В.А., Мирзаев A.A., Александров А.И.- Опубл. в >.И. 1987,№15.

2. A.c. ,1374096(СССР) Способ оценки обрабатываемости 1атериалов./Остафьев В.А..Мирзаев A.A., Малэк З.Б. и др.- Опубл. в >.И. 1988,№6

3. A.c. 1427233(СССР) Способ определения коэффициента относительной обрабатываемости./Остафье в В.А., МирзаевА.А., (.окаровцев В.В. и Скицюк В.И.- Опубл. в Б.И. 1988,№36

4. A.C. 1543978(СССР) Стенд для определения обрабатываемости ттериа\ов резанием./Остафьев В.А., Мирзаев A.A., Скицюк В.И. и др., 989.

5. A.c. 1458160(СССР) Способ оптимизации процесса 1езания./Остафьев В.А., Мирзаев A.A., Кокаровцев В.В.- Опубл. в В.И. 989, №6 ,

6. A.c. 1414569(СССР) Способ адаптивного управления процессом 'езания./Остафьев В.А., Шевченко В.В., Мирзаев A.A. и др.- Опубл. в 1.И. 1988,№29

7. Остафьев В.А..Мирзаев A.A. Автоматизированные методы оценки брабатываемости металлов/Материалы международп. конф."Высокие ехнологии: моделирование, оптимизация, диагностика"- Интерпартнёр-4. Харьков-Алушта. 1994.с.155-156.

8. Остафьев В.Л., МирзаеиА.А., Кокаровцев В.В. Ускоренное пределение обрабатываемости мотериалов резанием./Станки -и нструмент. 1989.№8 с.26-27.

9. Махмудов К.Г., Остафьев H.A., Мирзаев A.A. Автоматизированные [етоды определения обрабатываемости металлов.-КисчгВнндл, 1995.-91с.

10. Мирзаев A.A. Комплексное моделирование процесса езпния./Материалы конф."Лзрокосмпческии комплекс: конверсия и ехиология". Житомир. 1995г.с.9В-100.

оо

11. Мирзаев A.A. Математические модели обрабатываемое-металло.Киев. 1995 деп. в ГНТБ Украины. 16.06.95. №1538-Ук95. 14с.

. 12. Моделирование обрабатываемости металлов по их химическог* елставу и механическим свойствам./Остафьев В.А., Махмудов К-1 Мирзаев A.A., Халилов К.Б.//Информация и новь технологии.Киев. 1995. №2 с.24-25

13. Априорная и апостериорная информация при определен! обрабатываемости металлов резанием./Остафьев В.А., Махмудов К.1 Мирзаев A.A., Харкевич А. Г.//Материалы международ конф."Решение проблемных вопросов теории механизмов и машин Фергана. 1994. с. 173-174.

14. Мирзаев A.A., Махмудов К.Г., Халилов К.Б. Ускоренш определение обрабатываемости материалов но иеустановившему! процессу резания. Киев.1994. Деп. в ГНТБ Украины .13.02.94. №31 Ук.94.20с.

15. Нощенко А.Н.,Мирзаев A.A. Термо напряженное состоят режущего инструмента при обработке, труднообрабатываемь материалов./Материалы конф. "Теплофизика технологическ! процессов".Тольятти. 1988.с.63-64

16. Мирзаев A.A., Кокаровцев В.В. Автоматизация определен! обрабатываемости металлов резанием. Технология и автоматизащ машиностроения. Сб.-Вып.42. Киев.:Вшца школа. 1988.с.79-82.

17. Махмудов К.Г., Мирзаев A.A., Ридвапов И.Х. Прогнозирован! износостойкости режущих инструментов. Технология и автоматизащ машиностроения. Сб.-Вып.45. Киев.: Вища школа. 1990. с.69-73.

18. Махмудов К.Г., Мирзаев A.A. Информационное обеспечен! САПР ТП механической обработки/Материалы конф."Оснастка-95 Киев. 1995. с.64-65.

19.' Мирзаев" A.A. ■«Оптимизация механической обработ* композиционных материалов на станках с ЧПУ./Материал международн. конф."Решение проблемных вопросов теори механизмов и машин".Фергана.1991.С.19-20.

20.Мирзаев A.A., Ридвапов И.Х. Автоматизированное определен! обрабатываемости труднообрабатываемых материалов./ Материал научно-технической конф. Мариуполь. 1989. с. 36-37.

21. Махмудов К.Г., Мирзаев A.A., Харкевич А.Г. Оцен» обрабатываемости металлов в САПР ТП механообработки./Материалы конф. "Копверсия-95".Киев. 1995. с. 55-5(

22. Файзиматов Б.Н., Мирзаев A.A. Ускоренный метод определен!; обрабатываемости материалов /Материалы семинара "Опыт работы

зх

едрепия технологических и конструкторских решений ггенсификации процессов резания".Киев. 1989. с.9.

23. Дифференциальное уравнение прчннно-следственных

язей.

'аланчук П.М., Остафьев В.А., Махмудов K.I., Мирзаев A.A., Троц A.A. Весник киевского политехнического 'института: приборостроение 595 №24. с. 102-116.

2 t. Остафьев В.А., Мирзаев A.A., Кокаровцев В.В. Метод коренного определения относительной обрабатываемости гталлов./Материалы семинара "Прогрессивные конструкции ■жущего инструмента для ГПС и роботизированных комплексов. М. 187. с. 99-103.

АНОТА1Д1Я

М1рзаев A.A. HayKOBi основи створеипя системи автоматизованного 1значеня оброблювальносп метал1в р1заинпм(Иа правах рукопису).

Днсертащя на здобугтя вченоТ ступеш доктора гехшчних наук з аху 05.03.01-"Процесн мехашчпо! обробки, верстатп та шструмент". 1XHCT В1'дбудеться в Национальному техишому ушверситеп Укра'пш Си'тський полггехшчний ¡исппут", 1995р., м.Кшв.

В д!сертац1Й1ПЙ po6oTi показан комплекс теоретико-;спер!ментальних знань, що е загальною паукового основою створення зномаштних автоматизованих систем визпачення оброблювальносп зтал1В р1занням. 3 урахуванням в!домих метод1в визначення 5роблювальносп розроблени структуру та принциПи фупкцюнування (сгем аптомйтизовшгого визначення. Одержано базов1 napiainn эделей процесу обробки щодо подсистем aripiopiioi та anocrepiopnoi цнкн оброблювальносп. Встаповлено принципи рацюнального !Х1Йчяого обладнання та авгоматизацн системи визначення Зроблювалыюсть Надано розроблепу на паукошй фупдацп конкретну 1стему автоматазованого визначення оброблювальносп, що anpiopno эиблизно оцнпое та anocrepiopno уточшос комплексний показннк Зроблговальносп з метою рацюнального призначения та корекцн ;жим1в р1зання.

Ключов! слова: оброблюволыгость металш ркзанням, шпоматнзовапе {значения оброблювальносп, aitpiopne визначення оброблюпальиост!, одель процесу обробки, комплексний показннк оброчлюиальиосН, эИзначенпя режнм1в ршанпя.

ABSTRACT

Mirzaev A.A The scientific principles of thfe automation system desig for the metal cutting macliinability definition. (On the typescript rights).

The doctor, de gree thesis on speciality 05.03.01 - "Metal cuttin process, machines and tools".

The defence of the thesis will be on Ukranian National Techni University "Kiev Politechnic Institute", 1995, Kiev.

There is the theoretical - expeiimantal knowledges complex to be th common scientific principles of the different automation systems design fc metal cutting definition. The common principle to define the met< macliinability was formend used on the wellknown macliinability principle definition. The structure and system for macliinability definition processin principles were oftained. The main variants of the metal cutting model were oftained for the priori and posteriori macliinability estimatio sybsytems. The rational technical equipment and automation principle were proposed for the machinalbiiity definition system for the autommatio macliinability definition were opfleied. The system estimates approximate! priori and defines more exactly posteriori the complex macliinability inde with purpose more rational cutting conditions fixing and correction.

Key words: the metal cutting macliinability, the automatio macliinability definition, priori macliinability definition, priori machinabilit definition, posteriori machinability definition, the metal cutting model, th complex machinability index, cutting condition fixing.

одп. к печ. Формат 60 x 84'/,..

Бумага тип. М * . Способ печати офсетный. У слоен. печ. a./.Si, Условн. кр.-отт. S.S/1 . Уч.-изд. л. S, О . Тираж /с>0 . Зак. Jmj

Фирма «ВИПОЛ» 252151, г. Киев, ул. Волынская, 60. .