автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение производительности и точности обработки на круглошлифовальных станках с ЧПУ на основе учета динамических свойств процесса шлифования

7 И

ЯЕЛЯБЙНЖШ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ИОГОЛЕН1Ч Владимир Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ НА КРУГЛОШШКЮВАЛЬНЫХ СТАНКАХ : С Т-ШУ НА ОСНОВЕ УЧЕТА ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ

Специальность 05.02.08 -"Технология машиностроения"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск - 1992

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Челябинского государственного технического университета.

Научный руководитель -

заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Корчак С. Е

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Митрофанов К Г. ;

кандидат технических наук, доцент Сурков Е И.

Ведущее предприятие - Челябинский агрегатный завод.

Защита диссертации состоится 24 апреля 1992 года,

в ^ часов, в ауд. 502 на заседании специализированного совета Д053.13. 05 в Челябинском государственном техническом университете по адресу: 454080, Челябинск, пр. им. Е-И. Ленина, 76.

Просим Вас принять участие в заседании специализированного совета или прислать по указанному адресу отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного технического университета.

Автореферат разослан 'ус-З" с-^с^^ 199^ г.

Ученый секретарь" специализированного совета,

доктор экономических наук, ^/

профессор ¿Я*"--И. А. БаеЕ

1 - ал I

I

' | ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В современной технике используется большое количество ступенчатых валов. Эти детали производятся при изготовлении двигателей, редукторов, шпинделей, коробок скоростей и т. д. Постоянно возрастающие требования к повышению производительности и точности обработки таких изделий вызывают необходимость интенсификации и автоматизации процессов их изготовления.

Эффективным средством автоматизации обработки многоступенчатых валов на круглошлифовальном оборудовании в мелкосерийном к серийном производстве являются станки с ЧПУ. Их высокая производительность обеспечивается за счет снижения вспомогательного времени на установку и снятие заготовки, на переналадку для обработки следующей шейки вала, на измерения. Резервы расширения технологических возможностей этого оборудования с точки зрения обеспечения требуемого качества обработки и, в том числе, точности при уменьшении основного времени заложены в управлении автоматическими циклами шлифования с использованием приборов активного контроля или путевых датчиков. Эти циклы составляют основное, содерканиие управляющих программ для круглошжфовальных станков с ЧТО'.

При разноообразии. схем обработки на круглошжфовальных станках с ЧПУ'формирование циклов врезного шлифования ослокняется значительным несовпадением скорости съема припуска с программной скоростью движения шлифовальной бабки. Это связано с соизмеримостью по абсолютным значениям величин снимаемых припусков с упругими от-татиями, иногда величиной износа круга и', допуском на заготовку и требует учета динамических свойств процесса шлифования. Обусловленная этим инерционность процесса шлифования оказывает существенное влияние на производительность и точность обработк1.;. 3 насто-я|щ ^ время динамические свойства процесса учитываются технологом-программистом или наладчиком интуитивно, на основе собственного опыта поскольку отсутствуют нормативные материалы, в которые си количественно связывались параметры управляющей программы (припуски, программные скорости подачи на этапах цикла) с качеством и. :-частности, точностью обработки. Чтобы уменьшить многочисленные экспериментальны? поправки программ на станках, вызывающие пос:-тси, технолог часто идет на заведомое занижение режимоЕ резания, гарантирующее получение требуемых точности и качества обрабатываемых поверхностей и, 'следовательно', на соответсвуюшэе снижение производительности обработки. Поэтому весьма актуальной является разработка рекомендаций по обоснованному назначению режимов шшфо-

3

ванна с учетом динамических свойств этого процесса. Разнсооразие схем обработки на круглошлифовальных станках с ЧПУ при ограниченных возможностях эмпирических силовых зависимостей, учитывающих узкий диапазон варьирования параметров шлифования, вызывает необходимость разработки комплекса аналитических силовых зависимостей для реализации управления режимами резания и точностью обработки. Формирование циклов врезного шлифования требует выявления по силовой модели обобщенных динамических характеристик этого процесса и их взаимосвязи с широким набором технологических параметров. На основе чего может быть разработана формализованная методика расчета производительных циклов круглого наружного врезного шлифования, учитьрагсщая ряд технологических ограничений, для использования в нормативных материалах, САПР и программном обеспечении станков с ЧПУ. .

Цель работы. Разработка методики формирования управляющих программ для круглошлифовальных станков с ЧПУ с учетом динамических свойсте процесса для управления точностью и повышения производительности обработки.

Основные задачи. В работе решались следующие задачи.

1. Разработать силовые зависимости для различных схем обработки на круглошлифовальных станках с ЧПУ.

2. Разработать зависимости для определения взаимосвязи постоянной времени процесса шлифования' как обобщенного динамического • параметра с технологическими параметрами процесса.

3. • Сформировать методику и алгоритм расчета циклов врезного шлифования для применения б системах автоматизированного проекти-. рования технологических процессов, а также в станочных системах ЧПУ.

4. Разработать измерительно-вычислительный стенд для комплексны:-; экспериментов по' проверке адегааткости моделей.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились па базе научных основ технологии ыаамностроения, теории резания металлов, законов механики, аналитической геометрии и теории автоматического управления.

Достоверность результатов аналитических решений проверялась экспериментально на специально разработанном измерительно-вычислительном стенде, обеспечивающем автоматизированные комплексные экспериментальные исследования процесса шлифования. Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики. Вычисления и математическое моделирование выполнялось на ЭК-.! 0У1420 и 1БМ PC/XT.

ааучная новизна. 1. Ба основе закона механики о равенстве ак-

4

тивных и реактивны^ сил, а также осноеных законов теории пластич-.ностл разработаны аналитические силовые зависимости для различных схем обработки на круглоали£овальных станках с ЧПУ, учитывающие геометрические параметры и физико-механические свойства детали, а так-состояние шлифовального круга и технологической системы в целом.

2. На основе анализа баланса скоростей и силового взаимодействия в технологической системе получена аналитическая взаимосвязь «e.W постоянной времени процесса илифоваиия как его обобщенно;; динамической характеристикой и параметрами этого процесса.

3. Разработана методика расчетного определения технологического ограничения по точности обработки на параметры цикла врезного шлифования для расчета управляющих программ, основанная на использовании динамических характеристик шлифования.

Практическая ценность. 1. Для круглошлифовальних станков с ЧПУ впервые разработаны и изданы общемашиностроителыше нормативы режимов''резания, обеспечивающее полный выбор параметров цикла врезного шлифований и учитывающие их связь с точностью обработки.

2. Разработаны рабочие программы расчета автоматических циклов илпфорания для ЗЕМ, включенные в состав двух систем автоматизированного нормирования операций для станков с ЧПУ» спроектированных по заказам предприятий.

Промышленное использование разработанных нормативных материалов позволило сократить Ере;-я отладки управляющих программ в среднем на 40%. При обеспечении требуемой точности и качества поверхности детали время циклов обработки сократилось в среднем в 1,4 раза.

Реализация работы. На 'ПО АвтоВАЗ внедрены "Руководящие материала) по режимам резания для круглошз:фовальных станков с ЧПУ".

По заданию Центрального бюро нормативов по труду (ЦЕНТ) в "ССпэмтчхюстроителъные нормативы времени и регимоз резания для перегревания работ, выполняемых на t.c-гагоцелевых и универсальных станка^ с ЧПУ" включен раздел "Круглое наружное шлифование", при разработке которого использовались результаты диссертационной работы. Годоеой экономический зйест - 103 тысяч рублей.

Ка основе этих нормативов разработана система автоматизированного нор.\ярования операций для станков с ЧПУ, ^ ориентированная па с;'4, CI.Í1420. По заказу одного из предприятий завершена разработ-системы нормирования программных операций для ЭЕМ класса IBM PC.

Разработанные система автоматизированного нормирования операций и стенд используются в курсовом и дипломом проектировании студентами специальности 1201, а такйэ слушателями специального

5 ■

Факультета переподготовки инженерных кадров ЧГТУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на областной научно-технической конференции молодых'ученых и специалистов "Автоматизация машиностроительного производства", Челябинск, 1934 г. , на областной научно-практической • конференции "Участие молодых ученых и специалистов в реконструкции и модернизации производства", Челябинск, 1986 г. , на конференции "Опит технологической подготовки и эксплуатации станков с ЧПУ", Свердловск, 1986 г. , на научно-методическом семинаре "Внедрение микропроцессорных средств в машиностроении", Челябинск, 1987г. ,. на всесоюзной научно-технической конференции "Технологическое и нормативное обеспечение станков с ЧПУ и ГПС", Челябинск, 1988 г. , на втором всесоюзном семинаре "Роботы и ГПС", Челябинск, 1988 г. , на респу-сликанской конференции "Автоматизация машиностроения на базе ГПС и РТК",'Баку, 1988 г. , на республиканском семинаре "Автоматизация ■ контроля качества в ГПС", Севастополь, 1989 г. , на региональном научно-техническом семинаре "Механика и технология машиностроения", Свердловск, 1990 г. , на научно-технических конференциях Челябинского политехнического института 1984 - 1987 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10, печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 113 страницах мзшинойисного текста, содергшт 60 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 101 наименования и 10 приложений на 59 страницах. Общий объем работы 2Е6 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

Одной иэ главных задач технологии машиностроения является установление связей между технологическими факторами, определяющими производительность и точность обработки. Основы такой связи разработаны в трудах Б. С. Балакшина. В работах Б. М. Еазрова, Л. Б Худо-оина, И. Е. йрагина, И Л Ящерицины и др. обосновано рассмотрение силы резания как интегрального показателя многих факторов шлифования, которые порождают погрешность'динамической настройки, а также определяющая роль нормальной составляющей силы резания в управлении упругими перемещениями, точностью и производительностью обработки через управление режимами резания. В связи с этим .расчетные

б

зависимости сил резания при шлифовании во многих известных работах полсмены в орнову проектирования автоматических циклов, в том числе, для оборудования с ЧПУ.

При этом известные эмпирические зависимости, охватывающие значительный набор схем обработки, работают в узком диапазоне технологических параметров н не устанавливают связи мекду этими параметрами и составляющими силы резания. С. Е Корчаксм предложи подход, основанный на использовании законов механики и теории пластичности, позволивший получить расчетные зависимости для условного единичного зерна. Этот подход получил развитие в работах П. П. Пере-верзева и В. Л. Кулыгина, в которых эти зависимости обобщены для некоторых схем шлифования для круга в целом. Однако в связи с концентрацией переходов на станке с ЧПУ этот набор аналитических зависимостей недостаточен для разработки методики полного расчета режимов резания в управляющих программах.

Основным содержанием управляющей программы круглошлифовально-го станка с ЧПУ является закон изменения режимов резания: при врезном шлифовании. Г. Б. Лурье, а К Мнхелькевичем и другими исследователями показано, что из-за упругости технологической системы, износа круга и других факторов интенсивность съема металла на протя-яении рабочего цикла шлифования с постоянной программной скоростью подачи будет значительно меняться, что затрудняет расчет программ. Исследованию динамики процееса шлифования посвящены работы В. А. Кудинова, )1 М. Тверского, Д. В. Каленика и. других. К А. Куликов, В. Н. Михелькевич, В. Е Новиков обосновали подход, когда с достаточной для практики точностью взаимосвязь ме.Чду силой резания и деформацией технологической системы считается безинерциойной, а сам процесс шлифования описывается дифференциальным уравнением первого порядка: ' '

' ¿Г ^ ~ (1)

гд^ Б.*, - фактическая скорость съема припуска, 5„ - программная скорость дгижния шлифовальной бабки (номинальная скорость подачи1, Кс. статический коэффициент передачи процесса шлифования как динамического звена, Г - постоянная времени процесса шлифования, характеризующая динамику изменения Зф при изменении 5Н . Решение этого дифференциального уравнения позволяет получить формализованное описание циклов шлифования и выполнить расчет управлять программ. Существенное влияние на результаты такого расчета. а следовательно на точность и производительность обработки ■ оказывает точность оценки коэффициентов уравнения.(1), в частности. Т. ЕЮ. Новиков экспериментально показал влияние на постоянную

7

'времени различных параметров шлифования. В. А. Ратмиров, А. С. Чубуков используют этот обобщенный параметр для целей 'автоматического управления, определяй значения Т в ходе шлифования. Однако в известных работах отсутствуют аналитические расчетные зависимости, связывающие постоянную времени с параметрг{ми процесса шлифования, что делает невозможным проектирование автоматических циклов на стадии' подготовки управляющих программ.

В связи с эт,им .представляется целесообразным получение аналитических зависимостей, обеспечивающих возможность проектирования управляющих программ для круглошлифовальных станков с ЧПУ и, в частности, циклов врезного шлифования. л

2. ВЗАИМОСВЯЗЬ СИЛ РЕЗАНИЯ С ГЕОМЕТРИЧЕСКИМИ И РЕЖИМНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ШЛИФОВАНИЯ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ ПРОЦЕССА. ПОДХОД К ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ

В основу получения силовых зависимостей положены аналитические связи мезду режимами обработки и силами резания, разработанные С. Е Корчаком и основанные на равенстве сил резания и сил сопротивления материала пластической деформации для единичного условного аерна, имеющего плошадку затупления. Для рассмотрения были приняты три схемы: шлифование торца детали торцом круга, шлифование угловым кругом с продольной подачей стола, а также угловое шлифование.

Для всех, этих схем с использованием методики П. П. Переверзева выведены теоретические зависимости .для круга в целом путем опреде-. ления суммарной мощности деформации в объемной схеме резания. В каждой схеме рассматривались элементарные " участки шлифовального круга, характеризующиеся шириной В^ , длиной дуги контакта /у , скоростью съема металла ^-„скоростью резания М<; . Суммарные зави-•имости для всех режущих зерен получены интегрированием по всей площадке контакта круга с деталью. В результате получено для сос- • тавляющей силы резания, действующей в направлении выполняемого размера, при шлифовании тоща детали" угловым кругом продольной

';г,'Дач-'й егола ^ _1

р -А Г Ь^-ггЫг) (агсЦ +(2-7Г-п-у)г'+

¿иии "

Я- % + ЪнчиУдшЧ')

где £?,• - интенсивность напряжений, - интенсивность степени .деформации, Йу,- скорость продольной подачи, П - частота вращения детали, Пк - частота вращения круга, Я - радиус круга, -радиус детали, минимальный обрабатываемый радиус детали,

- коэффициент трения, £ - степень затупления круга, ^ угол разворота шлифовальной бабки.

При рассмотрении шлифования торца детали торцом круг;; учтено, что обработка представляет собой комбинацию двух схем: влкзогани*.* плоскости плоскостью и шлифование периферийными зернами круга о;. • счет круговой подачи детали. В этом случае , 2 а

£ = (с}л ((& &^ «/ - * .

I Л п-п« • ^ - ^ V ^

где об - угол контакта круга с деталью, межцентровое рас-

стояние круг-деталь.

В случае углового шлифования предполагалось, что для принятых на практике углов разворота шлифовальной бабки при шлифовании одним из конусов круга диаметральной поверхности силовое взаимодействие определяется в основном поперечной составленной скорости движения подачи, а при шлифовании вторым конусом торцовой поверхности детали такой составляющей является продольная. Выражение для нормальной составляющей силы резания, действующей в направлении выполняемого размера с более жестким допуском и в конечном счете определяющей точность' обработки,

Р - о Я масс ¿СЧ \)2-с/5„,салгв'

■* ~~ Тпн с.еьеУ л х

X / ^ 7/4 ^¿„ЪФ'б^Яп^ К -

где - поперечная составляющая скорости подачи, , ^макс, -

соответственно, минимальный и максимальный работающие на диаметральной поверхности радиусы круга, Ямахег- соответсвенно, минимальный и максимальный работающие на торце детали радиусы круга Получены также выражения для определения других составляющих силы резания для рассмотренных схем обработки.

9

Для анализа адекватности полученных зависимостей, а также для дальнейшего комплексного исследования круглого наружного шлифования как многофакторного процесса 'разработан и изготовлен измере-тельно-вычислительный стенд (JfBC) на базе промышленного станка с ЧПУ ЗМ151Ф2 и ЭВМ IBM PC, сопряжение между которыми выполнено через стандартный интерфейс КАМАК. Фунциональная схема стенда приведена на рис.1. Аппаратная часть ИБС разработана исходя из требования универсальности. Конкретные группы экспериментов проводятся на ИБС за счет расширения его программного обеспечения. ИБС выполняет -функции: сбор результатов-измерений и ввод их в ЭВМ; первичная обработка информации; визуальное и графическое отображение•информации; сортировка, накопление и хранение информации; автоматическое регулирование технологических,параметров; программно-логическое управление приводами и механизмами станка для физического моделиравания задаваемого режима исследования.

В качестве примера приведены результаты группы экспериментов по оценке влияния режимов.шлифования на силы резания при шлифовании торца детали из стали ХВГ торцом круга ПП 600x40x300 24А 40 Cl 5К при его частоте вращения 1480 об/мин в диапазоне частот вращения 50... 350 об/мин и диапа- зоне продольных подач 0,5... 50 мм/мин "(основной диаметр образца - 80 мм). После статистической обработки результаты эксперимента сравнивались с расчетными данными (рис.2).

Адекватность качественных свойств модели реальному процессу в широком диапазоне варьирования технологических параметров позволяют рекомендовать полученные уравнения для использования при выявлении обобщенных характеристик процесса, в том числе для анализа его динамических свойств.

»

а ОБОБЩЕННАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КРУГЛОГО НАРУЖНОГО ВРЕЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ.

■ ПОДХОД К СОРЫИРОВАНИЮ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ ОБРАБОТКИ

Для дальнейшего исследования принята наиболее распространенная на практике схема' круглого наружного шлифования с поперечной подачей шлифовальной.бабки. На основании описания процесса уравнением (1) В'качестве обобщенного динамического параметра рассматривается постоянная времени Т.

.Согласно методики, предложенной Е Е Михелькевичем, может быть записан баланс скоростей в технологической системе:

. Sj; = +

ю

где скорость движения подачи шлифовального круга, фактическая скорость съема припуска, - скорость упругой деформации технологической системы, ёик' скорость износа круга. Учитывая, что на основании, принятых допущений

CL'Se

с dï?

Pyi -

JUK "- ^ф/ " J-eft '

где J - жесткость технологической системы^ и разлагая в ряд Тей-

лора аналитическую зависимость для

получим:

где Х-- скорость резания,^ , о' - соответственно, диаметры шлифовального круга и детали, 3 - ширина шлифования, характеристика диапазона подач. Полученное выражение описывает взаимосвязь постоянной времени с входными параметрами процесса. Анализ результатов расчета показывает, что наибольшее влияние на постоянную времени процесса оказывает жесткость технологической системы (при

h,

150

100

50

1,0

100

25

X Г \ /

2\ /X Y

V ЧУ 7

2,0 э.О S, мм/мин

200

300 п, аь/мин

12 Ь7>

50

75

!Г 2

ми

Рис.. 2. Взаимосвязь составляющей силы резания с параметрами шлифования:

1 - влияние скорости

подачи £ {>');

2 - влияние частоты

вращения дета- " ли п '( + );

3 - влияние разницы

радиусов Ь ( & >;

4 - влияние диаметра

детали ( а )

ее изменении от 5С0 до 1500 кГ/мм - Т уменьшается в 2,5. ..3 раз al, а также геометрические параметры обрабатываемой поверхкгсти. Ь рабочем интервале изменения последних Т изменяется в среднем в 4 -ра-

12

за. Заметно также влияние свойств обрабатываемого материала ( ). частоты вращения детали и степени затупления круга.

Чтобы оценить взаимосвязь рассматриваемой обобщенной характеристики с выходными параметрами процесса шлифования, в частности, с точностью и производительностью, рассмотрен процесс формообразования при круглом врезном шлифовании (рис. .3), для которого:

га?) = гаг-гто) - ¿¿1 ; = Лг¿/г; ;

+ д$ = с1г/с/£

где^с^)- некоторый радиус детали в момент времени 2", - гремя одного оборота детали, - приращение кинематической подачи, за счет колебания припуска. Тогда.для относительно низкочастотной погрешности, определяемой как

Л — Рмакс ~ '¿мин (где Ъмахс, Хми/т соответсвенно, максимальный и'минимальный радиус

при врезном шлифовании

детали), процесс плифсвания выступает как филь.тр. И если на начальном этапе или'1хзваАия (прерывистое резание) исправление погрешности полностью определяется номинальной скоростью движения подачи. то на втором зтап'е (непрерывный контакт детали с крутом) новая

13

погрешность на С -ы обороте может'бить определена через коэффициент передачи апериодического звена первого порядка на частоте :

где СО = 2-7Г-Нг'Л , Иг' коэффициент гармоник, определяющий конкретный профиль поперечного сечения детали (эллипс, эксцентриситет и т.п.). На основании обобщения формул, описывающих исправление погрешности на указанных этапах шлифования, получено время исправления радиального биения от & "Г"15 постоянной номинальной скорости подачи. Когда время полного врезания соизмерим. > с

временем одного оборота детали и Л — ЙН.это выражение имеет вид:

к

Известно, что решения диф^рнциального уравнения (1) для различных начальных условий и интегралы этих решений позволяют получить взаимосвязь, соответственно фактической скорости съема припуска и величины снимаемого припуска с управляющим параметром (номинальной подачей) во времени на разных этапах цикла. Причем, выполняя расчет по производительности при очевидном условии, что время цикла существенно больше .времени одного, оборота детали, можно принебречь составляющей кинематической подачи . Тогда общий вид этих зависимостей для £ '-й ступени цикла:

) ¿ъ=£'ъ-г (;

. Приведенные зависимости доказывает существенную взаимосвязь между постоянной времени шлифования и параметрами процесса, что позволяет использовать ее в качестве обобщенной динамической характеристики для расчета управляющих программ.по производительности, и точности в области низких частот (исправление эллипсности. эксцентриситета и т. п.).

Однако для анализа развития волнистости в процессе шлифования, связанного с колебаниями силы резания, необходимо рассмотреть процесс шлифования как объект, на входе которого управляющее воздействие (скорость подачи), а на выходе - нормальная составляющая силы резания. При этом, как показано К А. Кудинсвым, В. Н. Михельке-Еичем, М. М. Тверским, необходимо вводить в рассмотрение обратные связи с запаздыванием по детали и кругу. Разложение передаточной

14

функции такого объекта в ряд Пада дает в операторной форме записи: ' W(p) = Ш = J'p* * + в*........(5)

о(р) • + +агр1+а,-р + etc > где L^m-Kp-fi'Za; ¿^ZPfy.-Zo^J!,;

ог ^2-Кр-Гэ-г^; CLo = M4+72-KP/j +

= аг= iza?

+ Kp-Zo-n/j; а^яб-Сг?-?-*+ сц = г/-г*; ;<P = T-j- ;

j2> - коэффициент, учитывающий разновысотность зерен круга; ,

- соответственно время запаздывания по детали и по кругу; Л;«-- коэффициент, характеризующей износ крута. Таким образом, постоянная времени определяет значение коэффициентов этой передаточной функции.

Для формирования технологического ограничения по устойчивости (отсутствию огранки) использован критерий Гурвица: (въ-Gi-Q>0

I ■ ссг-а, - а^ а? - а*-¿^ >о.

Для анализа качества переходных процессов (развитие волн от различных возмущений), исходя из удобства машинного расчета, приняты ' корневые показатели качества: степень устойчивости и колебз-тельностЪуМс- Составлена программа расчета на "ЭВМ, позволяющая определить корни характеристического уравнения функции (5) для различных олачений Т.

Взаимосвязь 7 с различными параметрами процесса, а такие результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 4. Эксперименты выполнялись с использованием ИБС. Постоянная времени 7 определялась по переходной характеристике которая предварительно фильтровалась от помех.

На основании проведенного исследования было сформировано ограничение по точности обработки на параметры цикла врезного шлифования. В это ограничение кроме составляющих погрешности в продольном сечении из-за упругих деформаций и кинематической погрешности, образующейся за один оборот детали, введен учет исправления радиального биения, а тагак условия неразвития волнистости и отсутствия огранки. t

В результате разработан граничный алгоритм формирования цикла врезного шлифования. Он включает в себя: расчет стационарных (не-' зависящих от снятого припуска) технологических ограничений;' зада-

15

гПТ^ ОИВ 0,16 0,14 20 40 60 в, МП

¡Z 7^5 5^0 гГб" ~™25СГ 500 7SQ J^íüh/mi-í

•Г 50 го~ 10 * ÍOO "Too 300 n,os/га ^ с

5ЫХ0ДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

?кг. 4. Взаимосвязь постоянной времени Т с параметрами слифовгния: 1 - диаметром детали Ó (х ); 2 - шршой плкдювания В (+•); 3 - жесткостью технологической системы ¿ ■. (о ); 4 - частотой вращения 'детали П ); 5 - временем исправления радиального биения ; 6 - снятым за 10 с припуском /7 ; 7 - ¡колебательностью процесса уЧ: ; 8 - - степенью устойчивости ''

ш:г-. исходя из них, начальных условий (скоростей подачи); решение системы нелинейных уравнений, составленных из зависимостей зида ;и нестационарных ограничений; проверка остальных ограничений и лри необходимости коррекция начашигх условий с повторением рас- ■ чета. К учитывавши ограничениям относятся: заданные по черте«/ точности и шероховатости, отсутствие прюэга. условие неосыпаемости круга, мощность на' приводе' главного даазшш, • допустимый диапазон скоростей подачзь Экспериментальная проверь получешшх 1ИИ--ЛОБ показала к: большую производительность по сравнению с циклами. рассчитанными по известным методикам Харьковского станкостроительного завода и НИИ "УкрОргстаиазшрои", t среднем в 1.4 ра-. за при обеспечении требуемого качества.

16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе предложи новый подход к аналитическому определению режимов резания с использованием обобщенного динамического параметра'процесса шлифования на этапе подготовки управляющих программ для круглоилифовальных станков с ЧПУ,' обеспечивавший, в частности, расчет производительных циклов врезнсго шлифования яри заданных требованиях по точности обработки.

Результаты выполнения работы.

1. Получены аналитические выражения, списывающие закономерность изменения сил резания в широком диапазоне варьирования параметров процесса шлифования для основных схем обработки на круг-лошлифовальных станках с ЧПУ. На их основе проведен расчетный количественный анализ влияния переменных параметров на силы резаш:-л.

2. Получена аналитическая зависимость между постоянной времени процесса шлифования шк его обобщенной динамической характеристикой и геометрические, а тгкжв технологическими параметра-ж процесса.

3. На основе этих зависимостей разработала математическая модель формирования поперечного профиля детали, учитывающая инерционность процесса обработки. Определена структура технологического ограничения на параметры цикла врезного шлифования по точности получено' формализованное описание составляющих этого ограничения.

Основные выводы по работе.

Í. Подход, основанный на использовании фундаментального закона механики о равенстве активных сил (резания) и реактивных сил (сил сопротивления'металла пластической деформации), а также основных законов теории пластичности, обеспечил возможность опге деления адекватных аналитических зависимостей составляющих силы ре.;ания для различных схем обработки на круглошлиФзвалышх станка:: с ЧПУ, учитывающие геометрические параметры и физико-мехаиическ-.;2 свойства детали, а так:® состояние шлифовального крута и технологической системы в целом.

2. При наружном врезном шлифовании процесс обоаботют достаточно полно описывается как связь программной скорости движе.-гиг-поперечной подачи с фактической скоростью съема припуска дифвог-.-циальным уравнением первого порядка. При этом . постоянна:'! вр'гм.;.«:: процесса шлифования в полной мере отражает его сзойства и мож.-;т рассматриваться как обобщенная динамическая характеристика ;:гл: расчете циклов врезного -алифсвания для управляющих программ гг ков с ЧПУ. Впервые получена аналитическая зависимость медду посте -

17

'янкой времени процесса шлифования и технологическими параметрами этого процесса

3. Использование'постоянной времени в качестве обобщенного динамического параметра дало возможность разработать эффективную методику проектирования циклов наружного врезного шлифования для включения в управляющие программы станков с ЧПУ, обеспечивающей учет технологических ограничений (по точности обработки, шероховатости изделия, бесприжоговости обработанной поверхности, осыпаемости круга и других). Эта методика.может использоваться-в режимных блоках систем автоматизированного проектирования операо. й для станков с ЧПУ, а также в станочных микроЭВМ.

<1. Многофакторность процесса шлифования требует комплексного подхода к его экспериментальному исследованию, который обеспечивается средствами их автоматизации. Разработанный и изготовленный в ходе выполнения работы измерительно-вычислительный стенд эффективно реализует такой подход.

5. Промышленное использование разработанных на основе проведенного исследования нормативных материалов показало, что сроки отладки циклов врезного шлифования сократились в среднем на 40 Z. При обеспечении требуемой точности и качества поверхности детали время циклов .сократилось в среднем в 1,4 раз^. Годовой экономический эффект от внедрения нормативов - 108 тыс. руб.

•Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: *

1. Иоголевич В. А. Изменение сил резания в .процессе шлифова-. ния. // Отделочно-чистовые методы обработки и инструменты в технологии машиностроения. - Барнаул: АПИ, 1985. - С. 80 - 83.

. 2. Иоголевич В. А., Сурков И. В. - Использование ' микропроцессорной техники в системах автоматизированного контроля. ,// Внедрение микропроцессорных средств в машиностроении: Тезисы докладов научно-методического семинара. - Челябинск:- ЧПИ, 1987,- С. 30 - 31. •

3. Иоголевич В. А. Исследование роботизированного круглошлифо-ваяького модуля на базе серийного оборудования. // Областная научно-практическая конференция: Участие молодых ученых и специалистов з гнунции и модернизации предприятий, ео внедрении новой техник! и технологии: Тезисы докладов и сообщений. - Челябинск: Игд-Bj "Челябинский рабочий", 1986. - С. 34.

ИоголеЕич В. А. , Сурков И. Е Методика расчета циклов крутое го на?у.>асго лл:йования на стадии подготовки управляющих прог-г-амм <" /' Тезисы докладов 11 Всесоюзного семинара "Роботы и гибкие

ты и гибкие производственные системы". - Е: Институт проблем управления, 1988. - С. 132 - 133.

5. Иоголевич RA. Расчет постоянной времени'процесса резания для назначения режимов обработки на круглошлифовальные операции // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. - Челябинск: ЧПИ, 1987. - С. 23 - 24.

6. Иоголевич В. А. Расчет сил резания при шлифовании торцов на круглошлифовальных станках. // Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки: Темат. сб. науч. трудов. - Челябинск: ЧПИ, 1986. - С. 77 - 79.

7. Иоголевич В. А. , Сурков И. В. Расширение технологических возможностей станков с ЧПУ // Автоматизация контроля в ГПС: Тезисы докладов семинара - Е: ЦНИИ ИТЭИ, 1989. - С. 11 -13.

8. Иоголевич В. А. Учет динамических характеристик технологической системы и процесса резания при расчете циклов для круглошлифовальных станков с ЧПУ // Опыт технологической подготовки производства и эксплуатации станков с ЧПУ: Тезисы докладов. - Свердловск: Изд-во объединения "Полиграфист", 1986. - С. 12 - 14.

9. Кулыгин В Л. , Иоголевич В. А. Экспериментальная проверка адекватности математических моделей шлифования реальному процессу // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Челябинск: ЧПИ, 1987. - С. 22 - 23.

10. Переверзев IL IL , Кулыгин В. JL , Ивашинников А. В. , Исаков Е Е , Беляков А. JL , Иоголевич В. А. Описание методики и мат-моделей оптимизация режимов резания для операций, выполняемых

в автоматическом цикле на круглошлифовальных станках. // Отделоч-но-чистовые методы обработки-и инструменты в технологии машиностроения. - Барнаул: АПИ, 1987. - С. 103 - 109.

Подписано я'печати 12.03.92. Формат 60X90 I/I6. Печ. л. I. Тч.-изд. л. I. Тираж ТОО экз. Заказ 55/158. . i

ТОП ЧГТ7. 454080. Челябинск, пр. им. В.И.Ленина, 76.