автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Структурно-параметрическая оптимизация точения материалов на основе математического моделирования процесса обработки

)

} J

На правах рукописи

с®

Козлов Владимир Александрович

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТОЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ

Спег^иальность 05.03.01 — Процессы механической и

физико-технической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Рыбинск - 1999

Работа выполнена в Рыбинской государственной авиационной технологической академии

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, д.т.н.. профессор Силин С.С.

Официальные оппоненты:

Заслуненный деятель науки и техники РФ, д. т.'Н/,: • профессор -Суслов А. г.: -. ■

> с-Заслуженный, деятель науки и технику-РФ, , >.д..т..н., профессор.Латышев В.Н.:

' -* Заслуженный деятель науки и техники РФ,;' Згт'.й.. профессор Сорокин В.М.- ' I ,1

В е д у щ а,я. организация:

„ ... ... Дизельный завод АО "Рыбинские моторы"

Защита состоится "22" декабря 1999 г. в 12 час на заседании диссертационного совета Д 064.42.01 при Рыбинск государственной авиационной технологической академии по адрес 152934, Ярославская область, г.Рыбинск, ул.Пушкина, 53 (РГАТА ауд. 237. , -к, ■-.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рыбинской г сударственной авиационной технологической академии.

Автореферат разослан "17" ноября 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

к. т. н.. доцент Б. М. Конюхов

Кбг>2~1с116,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Среди важнейших проблем, стоящих в настоящее время перед течественной машиностроительной промышленностью, одно из первых ест занимает проблема повышения рентабельности производства, под оторой понимают совокупность технико-экономических показателей, арактеризующих общую эффективность организации данного произ-одства.

Проведение различных мероприятий, направленных на повышение ентабельности в деятельности конкретного предприятия, необходимо ачинать с первых его уровней - т.е. с операций механообработки, деляя при этом особое внимание вопросу выбора наиболее рацио-альных технологических условий их осуществления, т. к. именно они редопределяют результативность анализируемых операций, а в коечном итоге - себестоимость изготовляемой продукции и производи-ельность труда в сфере производства.

Выбор технологических условий осуществления операций механо-'бработки должен быть научно обоснованныгл и комплексным, базиро-;аться на одновременном оптимизационном анализе всей совокупности ;временных условий обработки (с учетом имеющихся взаимосвязей гежду ними) и обеспечивать экстремальное значение заданного кри-■ерия оптимизации при выполнении накладываемых ограничений.

Успешное решение данной задачи позволяет создать мощный ре-1ерв дальнейшего повышения технико-экономической эффективности громышленного производства без дополнительных трудовых и матери-1льных затрат.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что в совре-¡енных условиях развития отечественного машиностроения задача на-¡чно обоснованного выбора наиболее рациональных технологических ¡словий осуществления операций механообработки является важной и итуальной, представляющей как научный, так и практический инте->ес.

Решить данную задачу можно на основе глубокого анализа физи-со-механических и теплофизических явлений, сопровождающих процесс шханообработки, на основе достоверного математического моделиро-эания этого процесса и его выходных характеристик, а также путем фименения современных методов оптимизации оценочных функций.

Многофакторная оптимизация оценочных функций технико-эко. мического характера требует проведения большого объема вычис тельных действий, справиться с которыми можно лишь с помощью с ременных систем автоматизированного проектирования.

Наличие таких автоматизированных систем позволяет повыс рентабельность производства не только за счет непосредствен оптимизации технологических условий выполнения процессов меха обработки деталей1машин и механизмов, но и за счет сокраще сроков проведения проектных работ на стадии технологической п готовке производства новой продукции и модернизации существуют

Следует, однако, не забывать, что ценность и эффективно эксплуатации любой автоматизированной системы предопределяю исключительно качеством математического описания проектируем объекта и выбранным методом его оптшшзации.

Именно эти 2 фактора в первую очередь должны приниматься внимание при оценке существующих, и вновь создаваемых САПР ТП.

Анализ применяемых в сфере машиностроительного произволе как отечественных, так и зарубежных автоматизированных сист предназначенных для оптимизации технологических условий осуще вления процессов лезвийной обработки материалов, позволил выяв следующие недостатки математического обеспечения данных сист существенно снижающие уровень их достоверности и работсспособн ти:

1) Математическое обеспечение указанных систем автоматизирован .го проектирования технологических процессов лезвийной обраб ки материалов (в том числе наиболее распространенных среди - процессов точения) базируется (преимущественно) на эмпи ческих зависимостях следующего степенного вида, предназнач ных для определения силовых характеристик процесса обработк скорости резания в зависимости от стойкости используемого и трумента: Р! = Ср • 1;хр-б"-Упр 'К,,,,,,; Ут = Су-кП0П/(Тга • гх-в

Данные эмпирические зависимости получены путем проведе однофакторных экспериментов и в силу этого совершенно не у тывают взаимовлияние переменных технологических условий об ботки (и, прежде всего, режимов резания) на степенные пока тели хр, ур, пр, ш, х, у и поправочные коэффициенты Кпоп,кп

что значительно снижает достоверность этих зависимостей и делает их непримемлимыми для дальнейшего использования в современных САПР ТП.

Научно обоснованные (полученные теоретическим путем) аналитические выражения для расчетного определения основных выходных характеристик процессов резания лишены вышеуказанных недостатков эмпирических зависимостей, но. тем не менее, находят ограниченное применение в качестве базового математического обеспечения при создании САПР ТП, т.к. эти выражения, как правило, не имеют единой структуры, разнотипны, разнохарактерны и (что самое главное) включают в себя различные физико-механические и теплофизические свойства обрабатываемых и инструментальных материалов, а также ряд других исходных параметров, определение которых затруднительно и связано либо с проведением длительных и трудоемких экспериментов при различных темпе-ратурно-скоростных условиях их осуществления (реализовать которые в реальных производственных условиях обычно невозможно). либо с проведением дополнительных вычислений, сопряженных с большим объемом итерационных действий и длительными операциями математического поискового перебора.

Кроме того, указанные теоретические выражения для расчетного определения выходных характеристик лезвийной обработки материалов не учитывают текущий (нарастающий -за период стойкости) износ режущего инструмента, а также некоторые другие технологические условия обработки (например, жесткость технологической системы СПИД, диаметр обрабатываемого участка заготовки и др.), влияние которых на результативность процесса резания общеизвестно.

Все это значительно снижает эффективность эксплуатации и качество САПР ТП. созданных на основе данных теоретических выражений.

) В силу отсутствия достаточно достоверных и удобных для практического использования аналитических зависимостей, учитывающих при определении выходных характеристик процесса резания взаимосвязь и взаимовлияние переменных технологических условий лезвийной обработки материалов, учитывающих жесткость технологической системы СПИД и нарастающий (текущий) износ режущих

инструментов, учитывающих зависимость физико-механических теплофизических свойств обрабатываемых и инструментальных мг териалов, а также эффективность применения различных смазо1 но-охлаждающих жидкостей (СОЖ) от температурно-скоростных у< ловий обработки при осуществлении анализируемого процесса р< зания, т.е. из-за несовершенства используемого математическо; обеспечения выбор модели станка, марки СОЖ, марки инструме] тального материала (и, в большинстве случаев, даже геометр] ческих параметров инструмента) в существующих системах автом; тизированного проектирования процессов лезвийной обработки мг териалов производится независимо от последующее этапа выбора режимных условий обработки, что противоречит о, ному из основных принципов создания САПР ТП - принципу систе! ного единства, выдвинутому чл.-корреспондентом АН CCCF Сол< менцевым Ю.М. и заключающемуся в том, что при функционирован] САПР ТП связи между ее подсистемами должны обеспечивать tji лостность всей системы за счет согласования и комплексно; проведения структурной и параметрической оптимизации на ва уровнях технологического проектирования.

В результате нарушения данного принципа в указанных систем; автоматизированного проектирования токарных и других лезвийн: операций выбор модели станка, марки СОЖ, марки инструментал: ного материала не является самым рациональным, т.к. этот выб' оторван и от режимных условий обработки, и от каких-либо кр териев оптимизации анализируемого процесса резания.

Сам этот выбор научно не обоснован и базируется не на матем тическом моделировании проектируемой технологической операци: а на применении табличных данных общерекомендательного харак тера, использование которых (как свидетельствуют эксперимент: может привести к значительным ошибкам и материальным потерям

Учитывая данные обстоятельства, возникает насущная необход мость коренного изменения базового математического обеспечен существующих САПР ТП, необходимость перехода на другие науч обоснованные принципы его создания с целью практической реализ ции комплексной структурно-параметрической оптимизации анализ руемых процессов лезвийной обработки материалов.

Цель исследований: Создание на базе математического моделирования процесса точения (наиболее распространенного в металлообрабатывающей промышленности) научно обоснованной методологии и достоверного унифицированного математического обеспечения, позволяющих практически реализовать (с помощь» ЭВМ) комплексную структурно-параметрическую оптимизацию технологических условий токарной обработки материалов и путем этого целенаправленно достичь (без дополнительных трудовых и материальных затрат) наивысшей технико-экономической эффективности анализируемого процесса точения.

Задачи исследований

Для достижения поставленной цели необходима:

1. На основе использования передовых достижений в теории резания материалов, экспериментального изучения, теоретического анализа и математического моделирования физико-механических и теплофизичес-ких явлений, происходящих при осуществлении процесса точения, разработать научно обоснованные методики и достоверные (хорошо подтверждаемые опытными данными) аналитические выражения для расчетного определения на стадии технологической подготовки производства температурно-силовых, контактных, стойкостных, технико-экономических и других основных выходных характеристик процесса токарной обработки, сопоставляемых с накладываемыми на этот процесс технологическими ограничениями или рассматриваемых в качестве критериев оптимизации.

2. Путем целенаправленной аппроксимационной обработки указанных аналитических выражений (предопределяющих выходные характеристики процесса точения) получить унифицированную (типовую) форму их представления, обеспечив при этом адекватность исходных и аппрок-симационных выражений, а также сохранение имеющихся взаимосвязей и взаимовлияния переменных технологических условий обработки.

3. Используя вышеуказанные типовые аналитические выражения в качестве базового математического обеспечения, разработать общую методологию создания на его основе автоматизированной системы, позволяющей произвести комплексную структурно-параметрическую оптимизацию технологических условий анализируемого процесса токарной обработки материалов, начиная от выбора модели станка, марки

СОЖ, марки инструментального материала, геометрических параметр режущего инструмента, и кончая режимами резания на каждом выпо няемой проходе (с оптимальной разбивкой срезаемого припуска эти проходы).

Данные условия обработки (с учетом нарастающего износа инс румента) должны обеспечивать получение экстремального значен заданного критерия оптимизации (технико-экономического характер при выполнении ограничений, накладываемых на процесс резания тр бованиями чертежа (точность обработки, характеристики качест формируемого поверхностного слоя и др.), прочностными характери тиками инструмента, техническими возможностями металлорежуще станка и условием обеспечения виброустойчивости процесса резани

4. Реализовать вышеуказанную методологию и разработанное базов математическое обеспечение в действующей автоматизированной си теме, позволяющей реально осуществить комплексную структурно-п раметрическую оптимизацию технологических условий токарной обр ботки материалов.

Осуществить производственные испытания данной автоматизир ванной системы на различных машиностроительных предприятиях целью определения степени эффективности практического использое ния как самой автоматизированной системы, так и достоверное предлагаемого базового математического обеспечения этой системь

Методы исследований

Для решения ешеуказаннш: забач использовалась: основные положения теории подобия, резания материалов и теплой зики лезвийной обработки, а также методология полного факторнс планирования математических и реальных экспериментов, автоматиг рованные способы статистической обработки экспериментальных де ных, высокоэффективный метод параметрической оптимизации оценс ных функций - модернизированный симплекс-метод Нелдера-Мида.

Экспериментальные исследования (проводимые как для изучеь влияния условий обработки на температурно-силовые, контактнъ стойкостные и другие характеристики процесса резания, так и с проверки степени достоверности полученных теоретическим пуп аналитических выражений) выполнялись в лабораторных и произво; твенных условиях с использованием быстродействующей измеритель!: аппаратуры, а также специально изготовленных приспособлений.

Элементы научной новизны работы, выносимые на защиту:

1. На базе математического моделирования процесса точения разработаны научно обоснованная методология и достоверное унифицированное математическое обеспечение для практической реализации (с помощью ЭВМ) комплексной структурно-параметрической оптимизации технологических условий токарной обработки материалов, позволяющей целенаправленно (без привлечения дополнительных трудовых и материальных затрат) достичь наивысшей технико-экономической эффективности анализируемого процесса точения. Указанное математическое обеспечение базируется не на эмпирических формулах и табличных данных рекомендательного характера, а на научно обоснованных единых по своей структуре (типовых) аналитических выражениях, отражающих сущность физико-механических и теплофизических явлений, происходящих при токарней обработке материалов.

2. Указанная научно обоснованная методология и соответствующее базовое математическое обеспечение практически реализованы в действующей автоматизированной системе ОРТИЛБАТОК, предназначенной для осуществления комплексной структурно-параметрической оптимизации технологических условий токарной обработки материалов (включая выбор модели металлорежущего станка, марки используемой СОЖ, марки инструментального материала и геометрических параметров инструмента, а также режимов резания на каждом проходе с рациональной разбивкой срезаемого припуска на эш прожобы).

Данная система учитывает нарастающий (текущий) износ инструмента и обеспечивает получение экстремального значения заданного критерия оптимизации технико-экономического характера с учетом ограничений, накладываемых на процесс резания требованиями чертежа, прочностными характеристиками инструмента, эксплуатационными возможностями станков и условием -обеспечения Еиброустойчивости процесса токарной обработки.

3. Отличительной чертой типовых аналитических выражений, предлагаемых для использования в качестве базового математического обеспечения при создании автоматизированных систем структурно-параметрической оптимизации технологических условий токарной обработки, является то, что они учитывают:

а) взаимосвязь и взаимовлияние переменных технологических ус ловий анализируемого процесса точения;

б) зависимость сопротивления обрабатываемого материала пласта ческому сдвигу тр от технологических условий обработки;

в) текущий (нарастающий за период стойкости) износ используе мого режущего инструмента;

г) действительные геометрические параметры инструмента (изме ряемые не в главной секущей плоскости, а в плоскости, сое падающей по своему пространственному положению с направле нием угла схода стружки);

д) диаметр обработки (как геометрический и температурный фа* тор. изменяющий процесс стружкообразования);

е) размеры и конструкционные особенности самой обрабатываемс заготовки, расположение обрабатываемого участка на этой зг готовке, тип закрепления заготовки на станке;

ж) жесткость отдельных элементов и всей технологической систе мы СПИД;

з) применение смазочно-охлаждающих жидкостей (при этом попра* ка на применение СОЖ дается не е виде некоторого постоянт го коэффициента, что неправомерно и ошибочно, а в виЭе п< ременного параметра, функционально зависящего от технолог] ческих условий обработки, скорости подвода СОН в зону резг ния, расхода (л/мин) и свойств анализируемой СОЖ).

Предлагаемые аналитические выражения для определения основы выходных характеристик токарной обработки материалов, унифищ рованы и приведены к единой (типовой) форме, отражающей прям; функциональную связь рассматриваемой выходной характеристики технологическими условиями осуществляемого процесса точения Подобная типовая форма представления указанных аналитическ: выражений позволяет значительно упростить работу, связанную практическим использованием данных выражений при решении зад научно обоснованного и целенаправленного повышения результ тивности лезвийной обработки материалов, в том числе при со дании, отладке и последующей модернизации различных оптимиз ционных САПР ТП, базирующихся на основе указанных аналитиче ких выражений.

5. В ходе выполнения работы теоретическим путем получены аналитические выражения для расчетного определения

- оптимальной по размерной стойкости инструмента температуры резания (80);

- величины критического износа режущего инструмента по задней поверхности (Иэ(кр));

- сопротивления обрабатываемого материала пластическому сдвигу (тр) и ряда других характеристик токарной обработки,

отличающиеся научной новизной.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Научно обоснованное, унифицированное математическое обеспечение (разработанное на основе теоретико-экспериментального анализа и моделирования физико-механических и теплофизических явлений, сопровождающих процесс резания) позволило не только методологически, но и практически (в виде действующей автоматизированной системы ОРТШКАТОЮ реализовать возможность проведения комплексной структурно-параметрической оптимизации технологических условий выполнения токарной обработки материалов на стадии технологической подготовки производства.

Решение данной актуальной проблемы, представляющей как научный, так и практический интерес, позволяет достичь наивысшей технико-экономической эффективности и рентабельности токарной обработки материалов без привлечения дополнительных трудовых и материальных затрат, сократить трудоемкость проектных работ и сроки освоения производства как новой, так и модернизируемой продукции, уменьшить себестоимость и время выполнения токарной робработки (за счет повышения производительности этой обработки, объединения проходов и других мероприятий), обеспечить выполнение накладываемых на процесс точения технико-технологических ограничений (точность обработки, характеристики качества поверхностного слоя изготовляемой продукции и др.), уменьшить р'асход режущего инструмента и затраты на его эксплуатацию, а также сократить производственный брак наиболее простым в реализации способом - путем научно обоснованной оптимизации технологических условий обработки.

Результаты выполненных исследований могут быть использованы для научно обоснованного прогнозирования выходных характеристик

токарной обработки материалов на стадии ТПП, для конструкционно: совершенствования металлорежущих станков и инструментов, а так; при решении других практических и теоретических задач, связанн] с целенаправленным совершенствованием процессов резания.

Указанная автоматизированная система ОРТВИЗАТОЛ. созданы на основе разработанного автором научно обоснованного и унифиц рованного базового■математического обеспечения, подтвердила св( высокую эксплуатационную эффективность при токарной обработке д< талей машиностроительного производства и передана (в виде бло: прикладных программ) для практического применения - в Центральн филиал АО "Ульяновский авиационный промышленный комплекс "АВИАСТАР" (Москва);

- на машиностроительное производств.объединение "САЛЮТ" (Москва

- в Научно-исследовательский институт технологии и организаци: производства двигателей (НМД) (Москва);

- в научно-производственное объединение им.С.А.Лавочкина (г.Хим: Москвской обл.);

- на ОАО "Автодизель" (Ярославский моторный завод);

- на ОАО "ЕИШ1" (Ярославский электромашиностроительный завод);

- на ОА "Ярославский завод Красный маяк";

' - на АО "Тутаевский моторный завод" (Ярославская область);

- на Ростовский оптико-механический завод (Ярославская область)

- на Гаврилов-Ямский машиностроительный завод "АГАТ"(Яросл.обл.

- на дизельный завод АО "РЫБИНСКИЕ МОТОРЫ" и на другие предприя тия г.Рыбинска.

(Отзывы и акты использования разработанной САПР ТП прилагашс.

Отдельные результаты работы (е виде технологических рекоме даций, указаний и нормативов режимов резания) переданы через НИ. на отечественные предприятия авиационного двигателестроения в к честве руководящих технических материалов, а также распростране Ярославским межотраслевым территориальным центром научно-техн ческой информации по машиностроительным предприятиям России в в де 10 информационных листков.

По материалам работы написаны монографии и учебно-методиче кие пособия, используемые на ФПК руководящих работников промы ленный предприятий г. Рыбинска и в учебном процессе РГАТА, а та же в Костромском ГТУ и в Тутаевском ВТК.

Выполненная разработка демонстрировалась на 5 международных технических выставках ("ЭКСПОФОРУМ-92", "АВИАДВИГАТЕЛЬ-92", "КОН-ВЕРСИЯ-92", "ДВИГАТЕЛИ-94", "КАН-98"- Франция), удостоена грамотами и серебряной медалью ВДНХ.

По итогам Ярославского областного конкурса в 1998 году данная разработка заняла 1-е место в области технических наук.

Результаты проведенных исследований опубликованы в центральных российских журналах ("Авиационная промышленность", "Технология машиностроения", "Физика и химия обработки материалов", "Справочник. Инженерный журнал") и использованы при подготовке к изданию очередного тома энциклопедии "Машиностроение" (под редакцией академика РАН К.В.Фролова), а также коллективной монографии "Современные технологии производства и проектирования газотурбинных установок" (под редакцией профессора Леонова В.Н.).

Отдельные результаты исследований включены в учебник для студентов вузов "Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах" (автор Ящерицин П.И. и др. .Минск.-1990).

Представленные в диссертационной работе исследования выполнялись по планам межотраслевой научно-технической программы Министерства авиационной промышленности СССР и Минзуза РСФСР "Авиационная технология", а также по грантам и программам ГК РФ по высшему образованию.

6 прикладных программ, разработанных в ходе выполнения работы, включены в Государственный банк данных "Информационные ресурсы вузов Российской Федерации".

Апробация работы

Основные положения диссертационной работ апробированы

- на 16 Всесоюзных, 18 Республиканских, 14 Региональных, а также на 10 Международных НТК ("ТРИБ0Л0Г-7М", "ЗЬАУУАМШВО-З", "ТЕХНОЛОГИЯМ", "МОДЕЛЬ-ПРОЕКТ 95", "ИНФ0РМТЕХ-99", "СЕРТИФИКАЦИЯ--99 и др.);

- на выездной сессии Проблемного совета "Машиностроение" министерства общего и профессионального образования РФ (председатель совета - академик РАН Колесников К.С.; февраль 1999 г.);

- на заседании технологической секции Брянского государственного технического университета (БГТУ);

- на заседании кафедры "Технология машиностроения" Ярославског государственного технического университета (ЯГТУ).

Результаты работы неоднократно докладывались на заседания кафедры "Станки и инструменты" Рыбинской государственной авиаци онной технологической академии, а также на научно-технически конференциях профессорско-преподавательского состава РГАТА.

Публикации

По результатам проведенных исследований опубликовано 198 пе чатных работ (из них 7 статей в центральных научно-технически журналах), а также издано 5 монографий, написано 16 депонирован ных рукописей, 6 отчетов по НИР и 8 учебно-методических пособий.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка ис пользованной литературы (226 наименования) и приложения. Содержи 444 страниц текста.

В приложении к работе представлены таблицы справочного хг рактера, методология проведения экспериментальных исследованиГ результаты сопоставления опытных и расчетных данных, а также oi зывы на выполненную разработку и акты ее использования на Mai® ностроительных предприятиях Ярославского и Московского регионов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе сделан обзор отечественных и зарубежных публикаций в области оптимизации процессов лезвийной о£ работки материалов; проанализированы недостатки математического обеспечения существующих САПР ТП, предназначенных для определен! рациональных технологических условий осуществления процессов рс зания; показано, что указанные автоматизированные системы базир} ются, как правило, на неприемлимых эмпирических зависимостях сте пенного вида (при выборе режимных условий обработки) и табличш данных рекомендательного характера (при выборе марки СОЖ. мар! инструментального материала и геометрических параметров инстр; мента), использование которых (судя по представленным примера( может привести к различным негативным результатам.

Рассмотрены причины, ограничивающие возможность практического применения в САПР ТП существующих теоретических выражений для определения основных выходных характеристик анализируемых процессов резания (сопоставляемых с накладываемыми технологическими ограничениями или рассматриваемых в качестве критериев оптимизации).

Отмечено, что из-за существенных недостатков и несовершенства своего базового математического обеспечения, используемые в сфере машиностроительного производства автоматизированные системы не позволяют произвести комплексную научно обоснованную структурно-параметрическую оптимизацию технологических условий осуществления анализируемых процессов лезвийной обработки материалов.

В заключении главы обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, описаны методологические подходы к их решению.

Во второй главе работы проведен анализ переменных параметров, входящих в существующие теоретические выражения для определения температурно-силовых, контактных, стойкостных, технико-экономических и других основных выходных характеристик процесса токарной обработки материалов.

Показано, что для расчета указанных характеристик (помимо свойств обрабатываемых и инструментальных материалов) необходимо иметь информацию о численных значениях следующих параметров, соответствующих анализируемым условиям обработки: а1з Ь} - толщина и ширина среза, мм;

Т1 - угол схода стружки____

ад - действительные значения главного переднего и главного заднего углов инструмента (измеряемые в секущей плоскости, проходящей в направлении угла схода стружки), ..."; {5] - угол наклона условной плоскости сдвига, тр - сопротивление обрабатываемого материала пластическому

сдвигу, (Н/мм2); 10 - угол между направлением действия силы стружкообразования

и условной плоскостью сдвига, д4 - коэффициент трения на задней поверхности инструмента; С1# С - длина пластического и полного (упруго-пластического) контакта стружки с передней поверхностью инструмента, мм;

Ьзп - длина контакта задней поверхности режущего инструмента с обрабатываемой заготовкой, мм;

Ь3кр. ^ол- т " критический и относительный линейный износ, а также минутная стойкость режущего инструмента.

Аналитическое определение данных параметров представляет со бой самостоятельную научно-исследовательскую задачу, решение ко торой необходимо не только для создания математического обеспече ния автоматизированных систем структурно-параметрической оптими зации технологических условий токарной обработки, но и для реше ния многих других актуальных проблем теории резания материалов.

Предлагаемые автором варианты решения указанной задачи последовательно изложены в описываемой главе диссертации.

Так, в частности, используя положение Клушина М.И., Силин С.С.,- Армарего И.Дж. и других авторов о необходимости определени параметров сечения среза и действительных углов режущего инстру мента в секущей плоскости, совпадающей по направлению с угло схода стружки щ, были рассмотрены 56 реальных схем осуществлени процессов свободного и несвободного, прямоугольного и косоуголь ного резания материалов острозаточенным, а также изношенным инст рументом, и для этих схем получены функциональные зависимост (1), для расчета параметров сечения среза а4. Ь1( действительны значений углов tR. вд<ср> и Угла схода стружки ti (JL- ного к от резку, соединяющему крайние точки работающих участков режущи кромок инструмента):

aj/t. bj/t, Т(д. ад(ср), п= НП. Р, «р, чч. а, а4, И). (1)

где П = s/t; Р = r/t; И = IVPi-

s - подача инструмента, мм/об; t - глубина резания, т ip, ipi, к. ö. Oi. X, ~ угловые параметры режущей части инст румента, получаемые в процессе заточки, рад;

г - радиус при вершине режущего инструмента, мм; h3 - износ режущего инструмента по задней поверхности, мм; р! - радиус округления режущей кромки инструмента, мм.

Применив методологию полного факторного планирования матемс тического эксперимента, функциональные зависимости (1) были прь ведены к единым аппроксимационным выражениям степенногс вида и значительно упрощены при сохранении адекватности в реал! ном диапазоне изменения режимных условий обработки (s. t) и гес метрических параметров инструмента.

Отличительной особенностью и научной новизной полученных bi ражений для расчетного определения параметров alf b1( Кд_ ад(С1 и Ti является учет износа режущего инструмента.

На следующем этапе исследований решалась проблема аналитического определения других вышеуказанных выходных характеристик токарной обработки:

01. V V 14. С!. С, Ьзп (см. с. 13).

С этой целью проведен теоретико-экспериментальный анализ физико-механических и теплофизических явлений, сопровождающих процесс резания, а также математическое моделирование температур-но-силового взаимодействия передней и задней поверхностей режущего инструмента с обрабатываемой заготовкой.

При этом рассматривалась не упрощенная (одноплоскостная), а более достоверная схема стружкообразования - с клиновидной зоной сдвига. Кроме того, учитывалась специфика процесса резания (точение, растачивание), диаметр обработки, изменение угла на радиусном участке режущей кромки, а также поднятие части материала срезаемого припуска под заднюю поверхность инструмента.

Провезенные теоретико-экспериментальные исследования показали:

- Сопротивление обрабатываемого материала пластическому сдвигу тр существенно зависит от технологически! условий обработки и игнорировать этот факт, принимая параметр тр в качестве константы, неправомерно;

- Угол между направлением силы стружкообразования и условной плоскостью сдвига (угол 10) является константой обрабатываемого материала в анализируемом его состоянии и практически не зависит от технологических условий процесса резания.

Значение угла 10, принимаемое многими авторами равным 45°, в действительности составляет величину от 36° до 61° для различных обрабатываемых материалов.

Подобное уточнение угла 10, входящего в аналитические выражения для определения температурно-силовых и других выходных характеристик процесса резания, значительно повышает степень достоверности этих выражений.

Для определения параметров тр и 10 разработаны теоретические выражения (отличающиеся научной новизной), а также простые в реализации экспериментальные методики, базирующиеся на кратковременных силовых испытаниях.

В ходе проведения вышеуказанных исследований было получено теоретическое выражение для расчетного определения угла наклон условной плоскости сдвига ^ при точении материалов без СОЖ.

На основе автоматизированного статистического анализа ре зультатов силовых экспериментов, проведенных при точении материа лов без СОЖ и с её применением, а также опытных данных о влияни: жесткости системы СПИД на уровень оптимальных по размерной стой кости инструмента скоростей резания, вышеуказанное теоретическо выражение для расчёта угла сдвига (Ц было скорректировано и поел аппроксимационной обработки (с использованием метода полного фак торного планирования математического эксперимента) представлено следующем критериальном виде:

В/В0 = (У/У0)к= (Б/Б0)\ • (2

к = т при У<У0; к = п при У)У0 В = Ьв^; В0 - 18РИ0);

Б = V'(аг103)/а; Б0 = У0 • (а4-103)/а;

где 0!, Рко) - значения углов сдвига при точении материала н произвольной (V, м/с) и оптимальной по размерной стой кости инструмента (V,, м/с) скоростях резания,

а - коэффициент температуропроводности обрабатываемого мате риала, (-Ю-6) мг/с; а! - толщина среза, мм

Параметры В0 и Б0 определяются по структурно одинаковы функциональным зависимостям (3):

XXX X X X

В0> Б0 = к0-Е 2•(Г")3■(г§10)4•(1+з1п¥д)5•(з1пад)е■

X X

•(1+0,1-И)7-(1+2-10"5-Да/Е)8-Кс-К3. (3

где Е = р1/а1: К = &1/Ь1: Г = Хр/Хд; И = Ь3/р1: Да=й/а1 -- безразмерные комплексы критериального вида;

Хр, Хд - коэффициенты теплопроводности инструментального обрабатываемого материалов, Вт/(м-К); с! - диаметр обрабатываемого участка на заготовке, мм.

Кс - безразмерный параметр, учитывающий применение СОЖ процессе токарной обработки;

К3 - безразмерный параметр, учитывающий жесткость техно логической системы СПИД;

= к! + к18-ШД) + к13-^(Г")+ -1в(Ёв1в>+ к15-1в(1+з1птГд) + + к1в-18(э1пад) + к17-1в(1+0.1-И) + к18-1§(1+2-10"5-Да/Е);

х2 = к2 + квз-1в(Г") + к14+ ^2 5 * 1е(1+в1п^д) +

+ кгб-18(з1пад) + к27-^(1+0.1-И) + к28 • ^(1+2-ю-5-Да/Е);

х5 = к6 + к67-1§(1+0Л-И) + к68 • 18(1+2-10-5-Да/Е);

х7 = к7 + к78•]£(1+2-10~5-Да/Е); х8 = к8;

к0, к^ к13 - коэффициенты, зависящие от вычисляемой характеристики процесса резания (В0, Б0), а также от анализируемых групп обрабатываемых и инструментальных материалов.

Значения вышеуказанных коэффициентов Кс, а также показателей степени ш, п определяются по выражениям (4)-(6):

где Пи - критерий Нуссельта (согласно данным Берлинера Э.М. -- при точении материалов Ш = 0,5-1?е0-5 -Рг° •38 -К^ йе=шс • (сГ • 10~3Рг=г/асож; ^ = (Рг/Ргп. с. )«1,75; шс - средняя скорость подачи СОЖ в зоне резания, м/с; (Г - гидравлический эквивалентный диаметр заготовки, мм; V, асож - кинематическая вязкость и коэффициент температуропроводности анализируемой СОЖ, м2/с);

Ч'д = илГнор^-К, - безразмерный коэффициент, представляющий собой отношение действительной жесткости анализируемой системы СПИД и) к нормативной жесткости этой системы для анализируемой группы металлорежущего оборудования (¿нор). с поправкой на группу обрабатываемого материала (п), способ закрепления, тип и размеры заготовки, размеры державки инструмента и его вылет (К,).

Примечание: Выражения (2)-(6) разработаны Зля следующих диапазонов изменения технологических условий обработки: О,5-V0 < V < 2-V0; s - О, 04... О, 4мм/об; t - 0,4. ..4мм; Ч - -5°.. 15°; а «= 6°.. 14° Ф = 30°. ..90°; = 10°. .50°; г = 0..2 мм; pj = 0, 015.. О, 03мм

h3 = 0,01.. 1.5 мм; d = 20. ..400 мм; применительно к следующим группам обрабатываемых материалов:

- малоуглеродистые стали; - высокоуглеродистые стали;

- хромистые стали; - хромомолибденовые, хромовольфрамовые, коррозионно-стойкие и жаропрочные стали;

- жаропрочные сплавы на никелевой основе;

- титановые сплавы; - алюминиевые сплавы; - медные сплавы. применительно к инструментальным материалам групп ВК, ТК, Р(PK).

В ходе дальнейшего математического анализа физико-механичес ких и теплофизических явлений при лезвийной обработке материало (проведенного с использованием вышеуказанных выражений для рас чета параметров тр, 10, ßj, а также обобщения результатов теоре тико-зкспериментальных исследований Зорева H.H., Силина С.С. Безъязычного В.Ф., Макарова А.Д., Полетики М.Ф., Остафьева В.А. Трусова В.В., Дзельтона Г.П., Каллиопина В.В. и других ученых были получены научно обоснованные методики аналитического опреде ления следующих выходных характеристик процесса точения:

- коэффициента трения по задней поверхности режущего инструмента

- сил (Рх,Ру,Pz,R,Rc,N,F,Nj,Fa) и температур резания (8Р);

- линейных характеристик контактного взаимодействия рабочих по верхностей инструмента со стружкой и обрабатываемой заготовкой

- контактных напряжения на режущей кромке и рабочих поверхностя инструмента.

Используя методологию полного факторного планирования мате матического эксперимента, данные аналитические методики были подвергнуты аппроксимационному преобразованию (с помощью ЭВМ - г специально разработанной программе), что позволило получить aj определения вышеуказанных выходных характеристик токарной обре ботки упрощенные и единые по форме критериальнь выражения (7), идентичные выражению (2):

Р/Р0 = (V/V0)k= (Б/Б0)\ а

К = m при V < V0; k = п при V > V0

где Р. Р0 - выходные характеристики токарной обработки, осуществляемой на произвольной (V) и оптимальной по размерной стойкости инструмента (У0) скоростях резания (Р0, ш, п определяются по выражениям (3-4) со своими показателями степени х^.

Выбор подобной (унифицированной) формы представления аппроксимируемых выражений (называемой далее типовой) обусловлен тем, что при лезвийной обработке материалов на оптимальных по размерной стойкости инструмента скоростях резания (У0) выходные характеристики этой обработки либо приобретают экстремальные значения (путь резания Ьр, показатели качества формируемого поверхностного слоя Ьс, Ис, главная составляющая силы резания Р2 и др.), либо (как, например, угол сдвига и температура резания) приобретают другой характер монотонного изменения (см.рис.1).

Поэтому аппроксимационную обработку исходных математических моделей и аналитических методик, предопределяющих выходные характеристики процесса резания, рекомендуется производить раздельно в скоростных зонах 1 (7<^0) и 2 (У>У0) (см.рис.1) и лишь потом объединять полученные зависимости в единое аналитическое выражение.

Разделение скоростного диапазона лезвийной обработки на две зоны позволяет упростить аппроксимационное описания зависимости выходных характеристик процесса резания от технологических условий его выполнения и повысить достоверность этого описания.

Учитывая данное обстоятельство, предлагается на основе метода полного факторного планирования штедашческозо эксперимента в 2-х скоростных зонах (0,5-VO<V<V<,) и (У0<УС2-У0) производить аппроксимационное описание всех выходных характеристик процесса лезвийной обработки материалов в виде единого (типового) аналитического выражения критериального типа (7), позволяющего определить указанные характеристики как на произвольных. так и на оптимальных по размерной стойкости инструмента режимах резания).

Р и с. 1

Унифицированная (типовая) форма представления аналитического выражения (7) позволяет упростить процесс создания САПР ТП, предназначенных для прогнозирования выходных характеристик и структурно-параметрической оптимизации технологических условий токарной обработки материалов, сократить время на отладку соответствующих подпрограмм и их последующую модернизацию.

Отличительной особенностью и научной новизной типовых апп роксимационных выражений (2, 7). предлагаемых для определения вы ходных характеристик токарной обработки материалов, является то что эти выражения учитывают:

а) взаимосвязь и взаимовлияние переменных технологических услови обработки;

б) износ инструмента, жесткость технологической системы систем СПИД, а также применение СОЖ (при этом поправка на применени СОЖ дается не в виде некоторого постоянного коэффициента, чт было бы ошибочно и неправомерно, а е виде переменного парамет ра Кс, функционально зависящего от условий обработки).

В третьей главе рассматривается проблема научно обоснованного определения стойкостных характеристик инструмента при точении

На первом этапе проведенных исследований теоретическим путе (используя метод полного факторного планирования математическог эксперимента) была установлена функциональная взаимосвязь межд износом инструмента по задней поверхности Ь3 и в радиальном нап равлении Ьг (в области его вершины): кпр=]1г/113=Г(лр.чч.а.а^К.Ы

Используя полученные зависимости для расчетного определени угла сдвига температурно-силовых и длинновых характеристи

контактного взаимодействия рабочих поверхностей инструмента с об рабатываемой заготовкой, а также выдвинутое д. т. н Резниковым А.Н положение о том. что при наступлении критического износа режущег инструмента происходит кратковременное уравновешивание тепловь потоков, идущих через заднюю поверхность инструмента в деталь и сам инструмент, теоретическим путем получено типовое аналитичес кое выражение критериального типа (8) (идентичное выражению (7)) позволяющее определить критический износ режущего инструмент! Ьзкр применительно к рассматриваемым условиям точения:

Ьзкр/^зкр(0) = (У/У0)к= (Б/Б0)к, (£

к = т при У<У0; к = п при У)У0

где Ьзкр(0) - критический износ режущего инструмента при точения материала на оптимальной скорости резания У0, мм;

Параметр йЭкр<о) определяется по аналитическому выражению (9), идентичному типовому выражению (3): Ьзкр(0)/р1 = ПЕ. Д, Г. 1810> зШКд. з1пал. Да] -Кс -К3. (9)

Используя выражения (6) и (8). а также результаты стойкост-ных теоретико-экспериментальных исследований к.т.н. Непомилуева В. А. и к.т. н. Рыкунова А.Н., получены типовые аналитические выражения (Ю)-(И) (идентичные выражению (7)) для определения относительного линейного износа (11ол, мкм/(103-м)) и стойкости режущего инструмента (Т, мин) при токарной обработке материалов:

йл, / Б V к = т при Б/Б0 < 1;

- = — , (10)

Поло \ Боу к = п при Б/Б0 > 1;

ТКР /Б V к = -1/ш при Б/Б0 > 1;

ТКро \ Б0у ' к - п при Б/Б0 < 1;

где Ь0л(0), Т(0) - относительный линейный износ и стойкость инструмента при точении материала на оптимальной скорости резания У0. Параметры Ьол(0) и Т0 определяется по аналитическим выражениям (12), идентичным выражению (3): Ьол(о). Т0 = ГЕЕ, Д. Г. бШ^д. з1пад. Да]-Кс-К.,. (12)

Произведя подстановку в выражение (11) критериев Б и Б0. получаем стойкостное выражение (13), необходимое для расчетного определения технико-экономических показателей процесса точения:

V = С'/Тт

, (13) где С' = •(Т0)т.

ш - степенной показатель выражения (11).

Существенной отличительной особенностью аналитического выражения (13) является то, что входящий в него степенной показатель т является не константой, а параметром, функционально зависящим от технологических условий осуществляемого процесса резания.

В результате этого уточнения обеспечивается высокая степень достоверности стойкостного выражения (13), подтверждаемая экспериментальными данными различных авторов.

Используя стойкостное выражение (13), были получены нижеприведенные выражения (14)-(17), позволяющие определить скорости резания (Vce6, Vnp) и соответствующие им значения стойкости инструмента (Тсеб, Тпр), обеспечивающие в рассматриваемых условиях осуществления процесса точения минимальную себестоимость технологической операции и максимальную производительность труда на ней:

Vce6 = С'/(Тсеб)т. (14) • Тсе6 = (1/га - l)-(tCM + e/E)-X; (15)

Vnp = С'/(Тпр)\ (16) Тпр = (1/ш - l)-tCM-X, (17)

где tCM - время на смену инструмента и его подналадку, мин;

е, Е - стоимость эксплуатации инструмента за период стойкости и стоимость станкоминуты работы металлорежущего оборудования, коп;

X - коэффициент резания, учитывающий врезание и перебег инструмента при токарной обработке заготовки.

В четвертой главе диссертации рассмотрены вопросы научно обоснованного определения следующих выходных характеристик токарной обработки, сопоставляемых с накладываемыми ограничениями:

- коэффициенты запаса динамической устойчивости процесса резания и прочности режущего инструмента;

- точность обработки и характеристики качества поверхностного слоя изготовляемой продукции.

Для определения коэффициента запаса динамической устойчивости процесса точения предлагается использовать теоретическое уравнение д.т.н.Трусова В.В., учитывающее конструкционные особенности и размеры обрабатываемой заготовки, тип ее закрепления на станке, жесткость отдельных элементов и всей технологической системы СПИД, а также толщину среза и силу резания R, соответствующих рассматриваемым условиям обработки.

С целью обеспечения возможности расчетного определения коэффициентов запаса прочности как режущей части, так и державки инструмента при точении материалов, теоретическим путем разработаны научно обоснованные типовые аналитические выражения (18), базирующиеся на математическом описании физико-механических и теплофи-зических явлений, сопровождающих процесс резания, а также обобщения результатов теоретико-экспериментальных исследований, прове-

ценных Лоладзе Т.Н., 'Бетанели А.И., Остафьевым В.А., Полетикой Ф., Клушиным Н. И.Хаетом Г. Д , Утешевым М. X, Дзельтеном Г. П. и фугими авторами в области изучения напряженного состояния режу-цих инструментов при лезвийной обработке материалов:

где пто, пво, пв0' - коэффициенты запаса формоустойчивости и

хрупкой прочности (выкрашивание) режущей кромки, а также хрупкой прочности (скалывание) режущей пластинки используемого инструмента при точении материала на оптимальной скорости резания У0 (определяются по типовому выражению (3) со своими показателями степени х^.

Отличительной особенностью выражений (18) является то, что эни имеют однотипную структуру, облегчающую их использование в ЗАПР ТП. а также устанавливают прямую функциональную связь между трочностными характеристиками инструмента и технологическими ус-ювиями осуществления процесса резания.

При выводе аналитических выражений (18) использовались значения прочностных характеристик инструментальных материалов с /четом реальной температуры й в анализируемых опасных зонах режу-цей части инструмента. Для расчета этих температур предлагаются георетические зависимости критериального вида.

Определение прогнозируемой точности рассматриваемого процесса точения предлагается осуществлять по методике, разработанной I.т.н. Безъязычным В.Ф. и к.т.н. Чистяковым Ю.П. с учетом жест-<ости и упругих деформаций системы СПИД, температурной деформации гаструмента и обрабатываемой заготовки, а также износа режущего шструмента. Задействованные в этой методике параметры а1ш Ь^ п. ср, Рх, Ру, Р2, вр и др. предлагается вычислять по анали-.

гическим зависимостям, указанным выше.

Для аналитического определения высотных характеристик шероховатости (1?2, 1?а, мкм) поверхностного слоя, формируемого при точении материалов, а также максимальных остаточных напряжений в этом слое (б0-мах, б~мах, Н/мм2), предлагаются типовые выражения

(18)

к = ш при Б/Б0 < 1; к = п при Б/Б0 ) 1;

(19) (идентичные выражению (7)), полученные на основе преобразования результатов теоретических исследований д.т.н. Безъязычной В.Ф., к. т.н. Кожиной Т.Д. и к. т.н. Шаровой Т. А.:

Rz б0,мах б.~.мах / Б Y к - ш при Б/Б0<1;

(19)

(о) б0-мах(0) бт>иах(0) \ Б0/ к - п при Б/Б0>1

где Й2:(о). б0-мах(0) б .Мах(о) " характеристики качества поверхностного слоя, формируемого при точении материала на оптимальной скорости резания У0 (определяются по выражени; (3) со своими показателями степени х^, мкм.

Учитывая условие пластичности Губера-Мизеса-Генки, а такж< ранее указанные аналитические выражения, предопределяющие темпе-ратурно-силовые и длинновые характеристики контактного взаимодействия инструмента с обрабатываемой заготовкой, теоретически! путем получено типовое аналитическое выражение (20) (идентично) выражению (7)) для определения глубины наклепанного слоя формируемого при точении материалов:

И0Л1С(0) = (У/У0)к= (Б/Б0)к, (20)

где к = т при У<У0; к = п при У>У0

где Ьс(0) - глубина наклепанного слоя, формируемого при точенга материала на оптимальной скорости резания У0 (определяете: по выражению (3) со своими показателями степени х^.мкм.

Для аналитического определения степени наклепа Ыс (%) поверхностного слоя, формируемого при точении материалов, предлагается выражение (21), полученное экспериментальным путем:

Ис/Ьс = С-(80)п. (21

где 80 - оптимальная температура резания, для рассматриваемо] пары "обрабатываемый-инструментальный материалы", °С. С, п - коэффициенты, зависящие от анализируемой группы обрабатываемого материала.

Численное значение оптимальной температуры резания 80 (т.е температуры, при которой наблюдается минимальная интенсивност: износа инструмента) может быть определено по выражению (22), по-

лученному теоретическим путем на основе анализа баланса тепловой и механической энергий при лезвийной обработке материалов: . -. г

к!+к2 • 1ё(Ш0) к3 (60-ср)/бв - к0-(Г) -Сйв10) • ^

где к0, к^ к2, к3 - показатели степени, зависящие от анализируемых групп обрабатываемого и инструментального материалов, ср - удельная объемная теплоемкость обрабатываемого материала (функциональна связана с углом 10). (-106) Дж/(м3-К).

Выражение (22) отличается научной новизной и подтверждает положение Макарова А.Д. о зависимости оптимальной температуры 80 только лишь от свойств обрабатываемого и инструментального материалов.

Используя в качестве базового математического обеспечения вышеуказанные аналитические зависимости (позволяющие определить расчетным путем основные выходные характеристики процесса токарной обработки материалов) были разработаны две автоматизированные системы, описанные в соответствующих главах 5. 6.

Первая автоматизированная система (РШЖШЮ позволяет на стадии технологической подготовки производства определить численные значения 70 основных выходных характеристик токарной обработки, объединенных в следующие группы:

- параметры сечения среза, углы схода стружки и действительная геометрии инструмента; угол сдвига и усадка стружки;

- критериальные характеристики процесса резания' (Б, Е, ■ Д и др.);

- температурно-силовые и линейные характеристики контактного взаимодействия рабочих поверхностей режущего инструмента со стружкой и обрабатываемой заготовкой;

- жесткость и динамическая устойчивость системы СПИД;

- прочностные характеристики инструмента;

- характеристики точности и качества обработки;

- стойкостные характеристики инструмента, себестоимость и производительность технологической операции.

Указанные характеристики определяются на произвольных и оптимальных по размерной стойкости.; инструментах режимах резания с получением результатов расчета в табличной и графической форме.

Представлены иллюстрированные примеры практического испол зования автоматизированной системы РЕ0С№ШР, подтверждающие рг ботоспособность, высокую степень устойчивости (при случайном и; менении исходных условий обработки) и широкие эксплуатационш возможности этой системы.

Вторая автоматизированная система (ОРИШБАТОЮ (описанная в 6-ой заключительной главе диссертации) создана на осно] вышеописанного математического обеспечения и предназначена д. практической реализации комплексной структурно-параметричесы оптимизации технологических условий токарной обработки материал: (включая выбор металлорежущего станка, марки используемой СО1 марки инструментального материала и геометрических параметр! инструмента, а также режимов резания на каждом проходе с рацш нальной разбивкой срезаемого припуска на эти проходы).

Автоматизированная система учитывает нарастающий износ инс румента и обеспечивает получение экстремального значения зада] ного критерия оптимизации при выполнении ограничений, накладыва! мых на процесс резания требованиями чертежа, прочностными хара] теристиками инструмента, эксплуатационными возможностями станю и условием обеспечения виброустойчивости токарной обработки.

Автоматизированная система ОРТБПБАКШ обеспечивает с тру! турно-параметрическую оптимизацию технологических условий анал) зируемой токарной обработки по следующим критериям:

- минимальная себестоимость токарной операции Соп пер(мин);

- максимальная производительность труда на операции С1(мах);

- минимум компромиссного критерия оптимизации Кмин. получае-

мого при свертке двух предыдущих критериев оптимизации;

- максимальное количество деталей КТ(Мах)- обработанных за

период стойкости инструмента;

- минимум удельной энергоемкости процесса резания пЭ(мин)-

Исходные данные, использиемые при пуоведении расчетов:

- анализируемый вид обработки (продольное и торцовое точени растачивание, отрезка, точение канавок);

- тип (объем) производства (единичное, мелкосерийное, серий» крупносерийное, массовое);

- марка и свойства обрабатываемого материала (заготовки);

- тип обрабатываемой заготовки (Вал, Втулка, Диск) и способ I получения;

- конструкция и размеры заготовки, размеры обрабатываемого участка и его расположение на заготовке;

- способ (и схема) закрепления заготовки на станке;

- толщина срезаемого припуска Ьпр и анализируемое количество проходов п для снятия этого припуска (при п = 2 анализируется варианты снятия припуска одним и двумя разными инструментами);

- список моделей металлорежущих станков, имеющихся в производственном подразделении и позволяющих обеспечить токарную обработку анализируемой заготовки (технические характеристики станков введены в базу данных САПР ТП и активизируются при выборе оператором соответствующей модели станка);

- список анализируемых марок смазочно-охлаждающих жидкостей, имеющихся в производственном подразделении;

- список анализируемых марок инструментальных материалов, имеющихся в производственном подразделении и пригодных для осуществления токарной обработки заготовки;

- технологические ограничения, накладываемые на процесс резания (коэффициенты запаса динамической устойчивости процесса резания и прочности инструмента; точность обработки; показатели качества формируемого поверхностного СЛОЯ (йа.Кг^С'^С'бо.мах-бт.мах): заданное количество обработанных деталей за период стойкости инструмента и др.);

- сменность и коэффициент загрузки оборудования в производственном подразделении;

- разряд и категория рабочего (сдельщик или повременщик), выполняющего токарную операцию; тарифные расценки в производственном подразделении; инфляционные коэффициенты на стоимость используемых инструментов и металлорежущего оборудования.

В операционную память автоматизированной системы заложены физико-механические и теплофизические свойства 50 различных обрабатываемых материалов, 11 инструментальных материалов (групп ВК, ТК и Р), 32 смазочно-охлаждающих жидкостей, 38 конструкционных модификаций обрабатываемых заготовок (валы, втулки, диски) и технические характеристики 183 станков токарной группы широко используемых в отечественном машиностроении). Предусмотрена возможность дополнения и изменения этого списка с учетом потребностей производства.

Блок-схема функционирования разработанной автоматизированной системы ОРТПШАТОЕ представлена на рис.2.

Структурно-параметрическая оптимизация технологических условий токарной обработки материалов на основе модернизированного симплекс-метода Нелдера-Мида (снятие припуска за 1 проход)

Наличный парк металлорежущих станков в производственном подразделении, способных обработать заготовку заданного типа и размеров

1

Станок № 1

Станок № 2

Станок № 3

Выбор станка предопределяет его технико-экономические характеристики, а также размеры державки инструмента

Анализируемые группы СОЖ Анализируемые марки СОЖ

Водные эмульсии, -► 1 ЭТ-2, 5%

2 НПП-205

Водные растворы электролитов

3 Аквол-2

Маслян. жидкости ТгЯ

Анализируемые Анализируемые

группы инстру- марки инстру-

ментальных ментальных

материалов ... материалов-

1 ВК —► 1 ВК6М

2 тк г> 2 В Кб

3 Р(РК) г> 3 ВК8

г> 1 1

Возврат (перебор инструментальных материалов)

ОСНОВНАЯ ПРОЦЕДУРА РАСЧЕТОВ

Определение режимов резания и геометрических параметров инструмента, обеспечивающих экстремальное значение требуемого критерия оптимизации с учетом накладываемых ограничений

Метод решения

Модернизированный симплекс-метод Нелдера-Мида

Первый частный результат расчета | Станок N81 Режущий инструмент

Режимы резания

м/с

мм/ об

I

Марка

ВК6М

Геометрия

Ф I Ф1

X

градусы

I Рт ¡Из

СОЖ ЭТ-2 (5%

Значен заданно критери оптимиза!

Р = ..

Возврат

Рис.2

Определившись с анализируемой комбинацией металлорежущего станка, марки СОЖ и марки инструментального материала, ЭВМ переходит к основной процедуре расчетов - параметрической оптимизации технологических условий обработки. Эта процедура базируется на использовании модернизированного симплекс-метода Нелдера-Мида, позволяющего оперативно определить режимы резания (V, з) и геометрические параметры режущего инструмента (<р, <р), у, а, X. г, Р1 й3). которые в своей совокупности обеспечивают экстремальное значение заданного критерия оптимизации Р с учетом ограничений, накладываемых на рассматриваемый процесс обработки.

После выполнения вычислительных действий, предписываемых данной процедурой, получаем первый частный результат расчета (см.рис.2), сохраняемый в памяти ЭВМ.

Затем ЭВМ совершает циклический возврат и анализирует эффективность использования всех инструментальных материалов группы ВК, а затем всех других инструментальных групп ТК и Р(РК), имеющихся в производственном подразделении (см.рис.2).

Путем сопоставления частных результатов проведенных расчетов, определяется конкретная марка инструментального материала, режимы резания и геометрические параметры инструмента, которые обеспечивают экстремальное значение требуемого критерия оптимизации ? при условии, что рассматриваемый процесс точения осуществляется на станке N1 с применением первой марки анализируемой СОЖ (в данном случае - водной эмульсии ЭТ-2 (5%), см.рис.2).

Далее ЭВМ циклически позторяет вышеуказанные оптимизационные вычисления применительно ко всем другим очередным комбинациям марок СОЖ и моделей станков, имеющихся в производственном подразделении и способных обеспечить осуществление токарной обработки анализируемой заготовки.

Сопоставив частные результаты ранее проведенных вычислений, ЭВМ находит среди них такие комбинационные сочетания технологических условий обработки, которым соответствует сомое экстремальное' значение заданного критерия оптимизации. Этот итоговый результат выводится на экран дисплея, сохраняется в памяти ЭВМ и распечатывается на принтере в следующей форме:

обеспечивают экстремальное значение требуемого критерия огтишз ции Г при условии, что рассматриваемый процесс точения осущес вляется на станке N1 с применением первой марки анализируемой С (в данном случае - водной эмульсии ЭТ-2 (5%). см. рис.'2).

Далее ЭВМ циклически повторяет вышеуказанные оптимизационн вычисления применительно ко всем другим очередным комбинациям м рок СОЖ и моделей станков, имеющихся в производственном подразд лении и способных обеспечить осуществление токарной обработ анализируемой заготовки.

Сопоставив частные результаты ранее проведенных вычислени ЭВМ находит среди них такие комбинационные сочетания технолог ческих условий обработки, которым соответствует самое экстремал ное значение заданного критерия оптимизации. Этот итоговый ре зультат выводится на экран дисплея, сохраняется в памяти ЭВМ распечатывается на принтере в следующей форме:

Итоговый результат оптимизационных вычислений

Исходные условия процесса обработки: ...................

Заданный критерий оптимизации - ........................

Оптимальные технологические условия токарной обработки: Модель станка - .....; Марка СОЖ - .......;

Режимы резания р Марка : я у ц и й инструмент Геометрия Значение критерия оптимиза ции

V в 1 Ф Ф» а X г Р1 Ь3 Вхн

Ппр Г = ...

Для научно обоснованного выбора технологических услови обеспечивающих получение экстремальных значений заданного крит рия оптимизации при двихпроходной лезвийной обработке, предлаг ется использовать описанную методологию с определенной ее корре тировкой.

Суть этой корректировки сводится к тому, что применительно каждой паре анализируемых сочетаний модели металлорежущего стан и конкретной марки СОЖ ЭВМ должна совершить (с определенным ш гом нарастания Дкпр} перебор коэффициента пропорциональности ме

ду глубинами резания на каждом из проходов к^^/Ц (в реальном диапазоне его изменения с учетом минимально допустимых значений Ц) и, используя вышеописанную методику параметрической оптимизации технологических условий процесса резания, найти (для всех переменных значений коэффициента кпр) оптимальные марки инструментальных материалов, геометрические параметры режущих инструментов и режимы резания, а также соответствующие экстремальные значения заданного критерия оптимизации на каждом проходе Г2) и их алгебраическую сумму 1Р = ?! + Г2.

Сопоставив все частные результаты проведенных вычислений, ЭВМ находит среди них такое оптимальное сочетание технологических условий обработки на обоих проходах, при котором суммарное значение заданного критерия оптимизации 1Г - экстремально. Этот итоговый результат выводится на экран дисплея, сохраняется в памяти ЭВМ и распечатывается на принтере в следующей форме:

Итоговый результат оптимизационных вычислений

Исходные условия процесса обработки: ................... Заданный критерий оптимизации - ........................

Оптимальные технологические условия процесса обработки: Модель станка -.....; Марка СОЖ -.......;

Проходы Режимы резания РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ Критерий

Марка Геометрия оптими; на проходе зации ЕЕ =

V Б 1 9 Ч>1 К а \ Г Р1 Ь3 ВхН

1 ГГ ... 1Е

2 V ; V

Если процесс двухпроходной токарной обработки материалов предполагается осуществлять одним режущим инструментом, то для очередной анализируемой комбинации модели станка, марки СОЖ и инструментального материала определяются оптимальные условия осуществления токарной обработки (геометрические параметры инструмента и режимы резания), а также соответствующие значения заданного критерия оптимизации Г1(1) на первом проходе применительно ко всем возможным соотношениям глубин резания на анализируемых проходах кпр(1)=Ц/Чг.

Рассматривая найденные для первого прохода оптимальные ге метрические параметры режущего инструмента е качестве фиксирова ных констант, определяются оптимальные режимы резания, а так значения заданного критерия оптимизации Р2(1) на втором проходе Затем вышеуказанные действия повторяются. но уже б друг последовательности. Т.е. сперва устанавливаются оптимальные уел вия токарной обработки и величина заданного критерия оптимизац Гг(1)' на втором проходе. Рассматривая найденные для пе вого прохода оптимальные геометрические параметры режущего инс румента в качестве фиксированных констант, определяются оптимал ные режимы резания и значения заданного критерия оптимизац ?!(!)' на первом соответствующем проходе.

После этого определяются алгебраические суммы значений зада ного критерия оптимизации Г в обоих анализируемых вариант!

двухпроходноа обработки 2Г(1)=Г1(и+Гг(1); ЯГ(1) '=Г1(1) при всех перебираемых соотношениях Кпр{1) = Ц/1;2:

2(1

Частный результат расчета

(для 1-того соотношения к^Ч/^г)

Анализируемая комбинация Станок - ...; СОЖ - ..

§ о X о о. и Режимы резания РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ Коитепий

Марка Геометрия оптимж на проходе зации

V Б 1 Ф 91 У а X г р1 Ь3 ВхН

1 Ч 0П1 ГИМ1 I з а 1 (ИЯ по 1-» 1У I р о > [ОДУ (1 )

2 Ч ?2 ( 1 )

1 ч От ИК1 за1 (ИЯ П О 2-» 1У ро> оду ( 1 )

2 Ь2 ?2( 1 )

Путем сопоставления параметров 1Е(П и 1Г(1)' устанавливает искомое соотношение кпр(0пт)=Ч/Ч и значения глубин резания Ь Ч на анализируемых проходах, при которых заданный критерий опт мизации Г экстремален.

Те оптимальные технологические условия осуществления двухпр ходного процесса токарной обработки, которым соответствуют данн соотношение кпр(опт). рассматриваются в качестве окончатель найденных (Эля очередной анализируемой комбинации модели металл режущего станка, марки СОЖ и марки инструментального материала) Далее вычисления повторяются по представленной на рис.2 схем

Если в производственном подразделении имеется металлорежущее оборудование со■ступенчатым (дискретным) изменением чисел оборотов шпинделя и подач инструмента, то для оптимизации технологических условий токарной обработки необходимо выполнить следующие действия, обусловленные спецификой данных станков:

1) используя описываемую автоматизированную систему для структурно-параметрической оптимизации технологических условий токарной обработки, определяем наиболее рациональное сочетание марки СОЖ, марки инструментального материала, геометрических параметров инструмента и режимов резания на проходе (V,^з)0ПТ;

2) определяем оптимальное значение чисел оборотов шпинделя (попт, об/мин), которое должно быть установлено на станке:

попт = б0-103-Уопт/(Я-с1) (где с! - диаметр обрабатываемого участка заготовки, мм);

3) используя заложенную в базу данных автоматизированной системы информацию о технических характеристиках анализируемого станка, определяются ближайшие к попт значения чисел оборотов шпинделя и п2 (пд<п0ят<п2), а также две ближайшие к з0ПХ значения подач з1( з2 (з,<з0ПТ<з2), имеющиеся на станке;

4) производим оптимизацию второго уровня, т.е. повторную оптимизацию геометрических параметров анализируемого инструмента для следующих четырех сочетаний режимных условий обработки, рассматриваемых в качестве констант:

N п/п Число оборотов шпинделя п, об/мин Скорость резания V, м/с Подача инструмента э, мм/об

1 П1 Я-Й-Гм V

2 ' 1 1000-60

3 П2 я-й-пг V 31

4 »2 ~ 1000-60 Бг

То сочетание подачи инструмента и числа оборотов шпинделя, а также соответствующие им геометрические параметры инструмента, которые обеспечивают экстремальное значение заданйого критерия оптимизации, следует рассматривать в качестве окончательно найденных и реализовывать их на анализируемых станках с дискретным изменением чисел оборотов шпинделя и подач инструмента.

Чтобы обеспечить получение заданного количества [пдет] soi них (отвечающих требованиям чертежа) деталей за период стойкосг инструмента Т. предлагается обрабатываемый участок заготовки ра; бивать на 4 равные зоны с выделением 5-ти "базовых" точ( (см.рис.3) и при оптимизации технологических условий процесса т< чения (для каждого анализируемого их сочетания) просчитывать е< личину нарастающего износа режущего инструмента в указанных баз< вых точках вдоль обрабатываемого участка первой, а затем вс< последующих заготовок (пдет) и определять соответствующие это> износу выходные характеристики токарной обработки.

Сопоставление результатов данных вычислений с накладываемы ограничениями позволяет определить наиболее рациональные технол! гические условия токарной обработки, обеспечивающие экстремаль» значение заданного критерия оптимизации в процессе обработки н обходимого количества деталей за период стойкости инструмента п; выполнении требований чертежа и других технических ограничений.

4 зоны обрабатываемого участка заготовки

Обрабатываемый участок заготовки Р и с. 3

В работе даются подробное описание используемого при созд нии автоматизированной системы ОРТИШАТОЕ модернизированно симплекс-метода Нелдера-Мида, позволяющего произвести оптимизаи как линейных, так и нелинейных анализируемых оценочных функций учетом накладываемых ограничений, причем произвести эту оптимиг цию за гораздо меньший промежуток времени по сравнению с тради1 онным симплекс-методом.

Приводятся иллюстрированные примеры практического испольс вания автоматизированной системы ОРТПЯЗАТОИ, подтверждающие р ботоспособность и широкие эксплуатационные возможности как са!.

этой системы, так и ей математического.обеспечения при решении реальных производственных задач, связанных с оптимизацией технологических условий осууществления процессов токарной обработки деталей машин и механизмов.

Показано, что автоматизированная система ОРПШБАТОй позволяет повысить технико-экономическую эффективность токарной обработки материалов без привлечения дополнительных трудовых и материальных затрат, уменьшить расход режущего инструмента и затраты на его эксплуатацию, обеспечить заданную точность обработки и качество поверхностного слоя изготовляемой продукции, а также сократить производственный брак наиболее простым доступным и дешевым в практической реализации способом - путем научно обоснованной оптимизации технологических условий осуществления процесса обработки.

Автоматизированная система ОРТ1М15АТОН является выходным продуктом проведенной научно-исследовательской работы, подтверждающим достоверность как самой методологии, так и базового научно обоснованного математического обеспечения, предлагаемого автором для практической реализации комплексной структурно-параметрической оптимизации технологических условий выполнения процессов токарной обработки материалов.

В ПРИЛОЖЕНИИ к работе описываются методики проведения экспериментальных исследований, использованное оборудование, приспособления, инструменты и измерительная аппаратура.

Приводятся технические характеристики станков, свойства обрабатываемых и инструментальных материалов, а также состав СОЗК, заложенные в операционную память разработанных САПР ТП.

Представлена научно обоснованная методика, позволяющая по результатам кратковременных силовых испытаний в процессе точения установить свойства обрабатываемых и инструментальных материалов (Хр, Хд, а), задействованных в предлагаемых выражениях для аналитического определения выходных характеристик токарной обработки.

Здесь же представлены таблицы с коэффициентами К1( К1Л, входящими в типовые аналитические выражения для определения выходных характеристик токарной обработки материалов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе использования передовых достижений в теории резан материалов, а также самостоятельно проведенного экспериментальн го изучения, теоретического анализа и математического моделироЕ ния физико-механических и теплофизических явлений, происходяц при осуществлении токарной обработки, разработаны научно обосн ванные методики и достоверные аналитические выражения для расче ного определения на стадии технологической подготовки произвох тва основных температурно-силовых, контактных, стойкостных, те нико-экономических и других выходных характеристик процесса то1; ния.

Отличительной особенностью и научной новизной данных ана.г тических выражений, является то, что эти выражения учитывают:

а) взаимосвязь и взаимовлияние переменных технологических услое обработки;

в) зависимость сопротивления обрабатываемого материала пластиче кому сдвигу тр от технологических условий процесса резания;

б) текущий износ режущего инструмента, действительные геометр ческие параметры инструмента (измеряемые в направлении уг схода стружки), диаметр обработки (как геометрический и темг ратурный фактор, изменяющий процесс стружкообразования), жес кость системы СПИД, а также применение СОЖ (при этом попраЕ на применение СОЖ дается не в виде фиксированного коэффицие та, что было бы неправомерно, а в виде переменного парамея Кс, функционально зависящего от условий обработки).

Предлагаемые аналитические выражения для определения выхс ных характеристик токарной обработки, унифицированы и приведень единой (типовой) форме, отражающей прямую функциональную свг рассматриваемой выходной характеристики с технологическими ус; виями процесса резания. Подобная типовая форма представления уь занных аналитических выражений позволяет значительно упроси работу, связанную с практическим использованием данных выражен при решении задач научно обоснованного и целенаправленного пое шения результативности лезвийной обработки материалов, в том ч& ле при создании, отладке и последующей модернизации различных с тимизационных САПР ТП.

2. В ходе проведения работы теоретическим путем получены аналип ческие выражения для определения

- оптимальной по размерной стойкости инструмента температуры резания (80);

- величины критического износа режущего инструмента по задней поверхности Ь3(кр);

- сопротивления обрабатываемого материала пластическому сдвигу, отличающеея научной новизной и практической значимостью.

3. На основе анализа результатов теоретико-экспериментальных исследований, связанных с изучением физико-механических и теплофи-зических явлений при резании материалов, установлено, что угол между направлением силы стружкообразования и условной плоскостью сдвига (угол 10) является константой обрабатываемого материала (в анализируемом его состоянии) и практически не зависит от технологических условий процесса резания.

Значение угла 10, принимаемое многими авторами равным 45°, в действительности составляет величину от 36° до 61° для различных обрабатываемых материалов. Подобное уточнение угла 10, входящего в аналитические выражения для определения многих выходных характеристик процесса резания, значительно повышает степень достоверности этих выражений.

Для определения угла 10 разработано теоретическое выражение, а также простые в реализации, экспериментальные методики.

4. Так как разработанные аналитические выражения для научно обоснованного определения температурно-силовых, стойкостных, контактных. технико-экономических и других основных выходных характеристик процесса точения учитывают (в отличие от прототипов) жесткость системы- СПИД, эксплуатационные характеристики металлорежущего оборудования, а также практически весь широкий комплекс переменных технологических условий токарной обработки, подлежащих оптимизации (в том числе режимы резания и геометрические параметры инструмента, физико-механические и теплофизические свойства обрабатываемых и инструментальных материалов, свойства используемых СОК, их расход, скорость подачи в зону резания и др.), то в силу данной специфичности и существенных отличительных особенностей указанных аналитических выражений представляется реальная возможность использования их в качестве математического обеспечения автоматизированных систем, предназначенных для осуществления комплексной структурно-параметрической оптимизации технологических условий осуществления анализируемого процесса точения.

Данное предложение практически реализовано в действую автоматизированной системе ОРГШ^АТОИ, созданной на базе указ ных аналитических выражений (для расчетного определения основ выходных характеристик процесса точения), образующих математич кое обеспечение данной системы.

Автоматизированная система ОРПИБАКЖ предназначена обеспечения комплексной структурно-параметрической оптимиза технологических условий токарной обработки материалов (вклю выбор модели металлорежущего станка, марки используемой СОЯ, м ки инструментального материала и геометрических параметров и трумента, а также режимов резания на каждом проходе с рациона ной разбивкой срезаемого припуска на эти, проходы).

Указанная автоматизированная система учитывает нарастаю износ режущего инструмента и обеспечивает получение экстремаль го значения заданного критерия оптимизации технико-экономическ характера (себестоимость операции, производительность труда др.) при выполнении ограничений, накладываемых на процесс об ботки требованиями чертежа, прочностными характеристиками инст мента, эксплуатационными возможностями используемого металлоре: щего оборудования и условием обеспечения виброустойчивости п цесса обработки.

При структурно-параметрической оптимизации технологичес: условий токарной обработки материалов разработанная автоматизи ванная система позволяет реализовать следующие варианты оптими ционных вычислений:

Вариант оптимизационных расчетов Количество проходов, обеспечивающих снятие материала припуска Изменение чисел оборотов шпинделя станка п и подач э режущего инструмента Инструмент] используем на проходах

1 1 проход Бесступенчатое 1

2 Дискретное

3 2 прохода Бесступенчатое 1 2 (разные

4 Ступенчатое (дискретное) 1 2 (разные

* - разные марки инструментальных материалов и reí метрические параметры режущей части инструмент

Отличительной особенностью реализованной в автоматизированной системе методологии структурно-параметрической оптимизации технологических условий токарной обработки материалов на станках с дискретным (ступенчатым) изменением чисел оборотов шпинделя и подач режущего инструмента является введение этапа вторичной оптимизации геометрических параметров используемого инструмента (см. с.33).

Отличительной особенностью реализованной в автоматизированной системе методологии структурно-параметрической оптимизации технологических условий двухпроходной токарной обработки материалов. является введение этапа аналитического определения (путем последовательного перебора) наиболее рационального коэффициента пропорциональности между глубинами резания на выполняемых проходах (кпр = 'Ц/Чг) и соответствующих этому коэффициенту оптимальных технологических условий анализируемого процесса обработки, при которых достигается экстремальное значение заданного критерия оптимизации.

Указанная задача решена в двух вариантах:

- при использовании на обоих проходах одного инструмента;

- при использовании на проходах разных режущих инструментов.

Отличительной особенностью разработанной автоматизированной системы ОРТИИЗАТОй является и то, что при оптимизации технологических условий процесса точения для каждого анализируемого сочетания этих условий просчитывается величина нарастающего износа режущего инструмента вдоль обрабатываемого участка первой, а также всех последующих заготовок (которые должны быть обработаны за период стойкости инструмента) и определяются соответствующие этому износу выходные характеристики токарной обработки.

Результаты данных вычислений сопоставляются с накладываемыми ограничениями, что позволяет определить наиболее рациональные технологические условия токарной обработки, обеспечивающие экстремальное значение заданного критерия оптимизации при обработке требуемого количества заготовок за период стойкости инструмента и безусловном выполнении всех других технических ограничений.

Как свидетельствуют производственные испытания, проведенные на различных машиностроительных предприятиях Ярославского и Московского регионов, автоматизированная система ОРТИШАТОЕ позво-

ляет повысить технико-экономическую эффективность и рентабел ность токарной обработки материалов без дополнительных трудовых материальных затрат, сократить трудоемкость проектных работ сроки освоения производства новой продукции и модернизации с ществующей, уменьшить время выполнения токарной обработки ( счет повышения производительности этой обработки, объединен проходов и других мероприятий), повысить точность и качество и готовляемой продукции, уменьшить расход инструмента и затраты его эксплуатацию, а также сократить производственный брак наиб лее простым в практической реализации способом путем науч обоснованной структурно-параметрической оптимизации технологиче ких условий обработки.

Учитывая вышеизложенное, можно констатировать, что на оснс экспериментального изучения и теоретического анализа физико-ме> нических и теплофизических явлений, сопровождающих процесс рес ния, произведено научно обоснованное математическое моделироеаь токарной обработки материалов, используя которое разработаны с щие принципы создания и достоверное математическое обеспечен автоматизированных систем, предназначенных для комплексной и * учно обоснованной структурно-параметрической оптимизации техно: гических условий процесса точения на стадии технологической пс готовки производства.

Совокупность выдвигаемых теоретических положений и предла! "емых решений данной актуальной проблемы можно квалифицировать I крупное достижение в развитии перспективного научного нanpaвJ ния - повышение технико-экономической эффективности операций 1 ханообработки деталей машин путем комплексного научно обосновг ного выбора наиболее рациональных условий осуществления этих о] раций.

Результаты проведенных исследований могут служить 'мётодо. гической основой для научно обоснованного прогнозирования вью ных характеристик и комплекесной, структурно-параметрической I тимизации технологических условий не только токарной, но и дру. видов лезвийной обработки материалов, в том числе многоинструм тальной (выполняемой на станках-автоматах).

[

Кроме того, эти исследования могут быть использованы в разрабатываемых САПР ТП для более обоснованного сопоставления технико-экономической эффективности различных технологических операций и их комбинаций с целью разработки наиболее оптимального маршрута выполнения проектируемого техпроцесса.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Козлов В. А. Температурно-силовые характеристики процесса резания и их теоретико-экспериментальное определение: Монография/ РГАТА. - Рыбинск, 1998. - Часть 1, 2 - 454 с.

2. Козлов В. А. Комплексная оптимизация токарных операций на основе математического моделирования условий обработки.- "Справочник. Инженерный журнал". - 1999.- N6. - С.6-9.

3. Козлов В.А., Смирнов Ф. В. Автоматизированная система научно обоснованного выбора оптимальных технико-технологических условий процесса токарной обработки: Монография/РГАТА - Рыбинск, 1998. - 96 с.

4. Козлов В.А., Белов A.B. Автоматизированная система определения выходных характеристик токарной обработки материалов: Монография/РГАТА - Рыбинск, 1998. - 106 с.

5. Козлов В.А. Аналитическое определение на ЗБМ оптимальных по размерной стойкости инструмента режимов резания при точении материалов: Монография/ РГАТА. - Рыбинск, 1998. - 123 с.

6. Козлов В.А. Повышение эффективности токарной обработки на основе автоматизированного выбора оптимальных условий и режимов резания/РГАТА.-Рыбинск, 1998.-16 с.- Деп.в ВИНИТИ N 3024-В98.

7. Козлов В.А. Аналитическое определение критического износа режущих инструментов /РГАТА. - Рыбинск, 1998. - 40 с. - Деп. в ВИНИТИ N 1434-98.

8. Козлов В.А. Прогнозирование точности обработки и -характеристик качества поверхностного слоя, формируемого при точении матери-алов/РГАТА. -Рыбинск, 1998. -НО с. - Деп. в ВИНИТИ N3018-B98.

9. Козлов В. А. Определение сопротивления обрабатываемого материала пластическому сдвигу по силам резания. - Вестник Верхневолжского отделения Академии наук РФ, серия: Высокие технологии в машино- и приборостроении; - 1998. - Вып.3. - с. 88-104.

10. Козлов В.А. Определение характеристик износа режущего инструмента при лезвийной обработке материалов. - Вестник Верхневолжского отделения Академии наук РФ. серия: Высокие технологии в машино- и приборостроении. - 1995. - Вып.1. - с.75-82.

11. Козлов В.А. Обеспечение качества изготовляемой продукции щи структурно-параметрической оптимизации процессов резания Л Сертификация и управление качеством продукции ("Сертифика-ция-99"): Тезисы докладов международной НТК/. - Брянск, октябрь 1999 г.

12. Силин С.С., Козлов В. А. Применение метода крутого восхожденш и модернизированного симплекс-метода Нелдера-Мида для комплексной оптимизации процесса лезвийной обработки материалов // Статистическое управление качеством продукции: Тезисы доклада Всероссийской НТК/. - Ярославль, ноябрь 1997 г.

13. Козлов В.А. Аналитическое определение прочностных характеристик режущего инструмента при токарной обработке материалов: /РГАТА. - Рыбинск, 1998. - 99 с. - Деп. в ВИНИТИ N 1435-98.

14. Козлов В.А., Белецкий Л-В. Прогнозирование стойкости инструмента и технико-экономической эффективности токарной обработки материалов на стадии технологической подготовки производства/ РГАТА,- Рыбинск, 1998.- 109 С,- Деп. В ВИНИТИ N 1872-98

15 Козлов В.А. Основы оптимизации режимов обработки: Учебное пособие / РГАТА. - Рыбинск. 1987. - часть 1, 2. - 240 с.

16. Козлов В.А. Математическое моделирование и аналитическое оп ределение выходных характеристик процесса лезвийной обработк: материалов // "МОДЕЛЬ-ПРОЕКТ 95": Тезисы докладов Международ ной НТК/. - Казань, июнь 1995 г.

17. Силин С. С., Козлов В.А. Аналитическое определение теплофизи ческих и физико-механических характеристик лезвийной обработ ки материалов.-Вестник машиностроения.-1993. ^ 5,6.- с.32-33

18. Козлов В.'А. Определение выходных параметров процесса лезвий ной обработки материалов с учётом клиновидной зоны стружкооб разования/РАТИ.-Рыбинск,1990.-58с.-Деп. в ВНИИТЭМР, М130-мш90

19. Козлов В.А. Параметрическая оптимизация лезвийной обработки материалов в САПР ТП //Повышение эффективности машино- и приборостроительных производств: Тезисы докладов Всероссийской НТК/. - Нижний Новгород, май 1997 г.

20. Козлов В.А. Научно обоснованное прогнозирование и технологическое обеспечение параметров качества поверхностного слоя, формируемого при лезвийной обработке материалов // Повышение эффективности машино- и приборостроительных производств: Тезисы докладов Всероссийской НТК/. - Нижний Новгород, май 1997

21. Козлов В.А. Аналитическое определение усадки стружки при осуществлении процесса резания. - Вестник Верхневолжского отделения Академии наук РФ, серия: Высокие технологии в машино- и приборостроении. - 1995. - Вып.1. - с.60-75.

22. Силин С.С., Козлов В.А. Повышение качества изготовляемой продукции и технико-экономической эффективности производства технологическими методами // "Технология - 94": Тезисы докладов международной НТК/. - Санкт-Петербург. 1994 г.

23. Козлов В.А. Аналитическое определение оптимальных1 по износостойкости режимов резания при лезвийной обработке материалов. - Авиационная технология. - 1987. - N 2. - с. 17-21.

24. Козлов В. А., Смирнов Ф.В. Математическое обеспечение и реализация структурно-параметрической оптимизации токарных опера-ций//ПоЕышение эффективности механообработки на основе аналитического и экспериментального моделирования процессов: Тезисы докладов ВНТК/. -' Рыбинск, сентябрь 1999 г-. -

25. Козлов В. А., Белов А. В. Научно обоснованное прогнозирование выходных характеристик процессов точения на стадии технологической подготовки производства//Повышение■эффективности механообработки на основе аналитического и экспериментального моделирования процессов: Тезисы докладов ВНТК/. - Рыбинск, сентябрь 1999 г.

26. Силин С.С., Козлов В.Л. Применение методологии факторного планирования математических экспериментов для решения теоретических задач процесса лезвийной обработки материалов и повышения качества изготовляемой продукции// Статистическое управление качеством продукции: Тезисы доклада Всероссийской НТК/. - Ярославль, ноябрь 1997 г.

27. Козлов В. А. Автоматизированная система для комплексной оптимизации технологических условий токарной обработки материалов// Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах (ИНФОРТЕХ-99): .Тезисы докладоЕ 2-ой Международной НТК/. - Череповец, май 1999 г.

28. Козлов В.А. Повышение технико-экономической эффективности токарных операций на основе математического моделирования I комплексной оптимизации технологических условий обработки//'^ лет ЯрГТУ": Тезисы докладов Региональной НТК/. -Ярославль, май 1999 г.

29. Козлов В.А. Расчетное определение характеристик износостойкости режущих инструментов // "БЬАУУА^ШВО-З" (Трибология 1 транспорт): Тезисы докладов Международного научно-практического семинара/. - Рыбинск, май 1995 г.

30. Козлов В.А. Научно обоснованное повышение точности и качеств, лезвийной обработки материалов технологическими методами / Совершенствование процессов финишной обработки в машинострое нии и приборостроении, экология и защита окружающей среды Тезисы докладов Международной НТК/. - Минск, декабрь 1995 г.

31. Козлов В.А. Расчётное определение коэффициентов и сил трени на контактных поверхностях режущих инструментов, а также дру гих выходных характеристик процесса резания // Износостой кость машин: Тезисы докладов ВНТК/. - Брянск, 1991 г.

32. Силин С.С., Козлов В.А. и др. Комплексная математическая мо дель процесса износа режущих инструментов при лезвийной обра ботке материалов на основе анализа термомеханических явлени // Актуальные проблемы повышения качества машиностроительно продукции: Тезисы докладов ВНТК/. - Владимир. 1999 г.

33. Козлов В.А., Рыкунов А.Н. Комплексная оптимизация условий тс карной обработки на основе математического моделирования прс цесса резания// Перспективы развития волжского региона: Тезу сы докладов 2-ой ВНТК/ТГТУ. - Тверь, 1999 г.

33. Козлов В.А., Белецкий Д.В. Прогнозирование стойкостных хараь теристик токарной обработки материалов на стадии технолоп ческой подготовки производства// Перспективы развития волн ского региона: Тезисы докладов 2-ой ВНТК/ТГТУ. -Тверь") 19991

/ '

о о

Рыбинская государственная авиационная

технологическая академия у

у

I-» ей. '</ (,'ч.и/

> С С И

. .-."ОРА.

_______наук

России

| #<я

правах рукопщ

7 )

м /

/

Козлов Владимир Александрович

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТОЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ

Специальность 05.03.01 — Процессы механической и

физико-технической обработки, станки и инструмент

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант

Заслуженный деятель науки и техники РФ

д.т.н., профессор Силин С.С.

Рыбинск - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

с.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ...................................7

ВВЕДЕНИЕ............................................17

1. СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ И ЕЁ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

(состояние вопроса, цель и задачи исследований)............18

2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРОЦЕССА ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ. ................... . 60

2.1. Аналитическое определение силовых характеристик процесса токарной обработки материалов..........................61

2. 2. Аналитическое определение параметров сечения среза и

действительных значений переднего и заднего углов режущего инструмента при точении материалов...................66

2. 3. Аналитическое определение усадки стружки и угла наклона

условной плоскости сдвига при точении материалов..........87

2.3.1. Взаимосвязь усадки стружки и угла наклона условной плоскости сдвига с технологическими условиями токарной обработки материалов...............................87

2. 4. Аналитическое определение энергетического критерия

подобия А при точении материалов..........................91

2. 5. Сопротивление обрабатываемого материала пластическому

сдвигу в зоне стружкообразования и его определение....... 108

2.5.1. Сопротивление материала пластическому сдвигу в зоне стружкообразования, как показатель обрабатываемости материала резанием....................................108

2.5.2. Экспериментальное определение сопротивления обрабатываемого материала пластическому сдвигу................112

2.5.3. Теоретического определение сопротивления обрабатываемого материала пластическому сдвигу при точении.......143

2.6. Аналитическое определение оптимальных по размерной стойкости инструмента режимов резания при точении материалов......................................................155

2.6.1. Оптимальные по размерной стойкости инструмента режимы

резания, их особенности и преимущества................155

2.6.2. Аналитическое определение оптимальных по размерной стойкости инструмента режимов резания при точении материалов............................................165

2.6.3. Аналитическое определение оптимальной по размерной стойкости инструмента температуры резания при точении материалов........................................171

2.6.4. Функциональная взаимосвязь оптимальных по размерной стойкости инструмента скоростей резания при точении материалов без СОЖ и с применением СОЖ................186

2.6.5. Единое аналитическое уравнение для расчетного определения оптимальных по размерной стойкости инструмента скоростей резания при точении материалов..............187

2.7. Влияние жесткости технологической системы СПИД на критерий В = tgPi........................................190

2.8. Аналитическое определение коэффициента трения на задней поверхности инструмента при точении материалов...........192

2.9. Обобщенные аналитические зависимости для определения температурно-силовых характеристик процесса точения......205

2.9.1. Обобщенные аналитические зависимости для расчетного определения составляющих силы резания при точении материалов............................................205

2.9.2. Обобщенная аналитическая зависимость для расчетного определения температуры резания при точении материалов. ..................................................216

2.10. Аналитическое определение силы стружкообразования и характеристик контактного взаимодействия режущего инструмента со стружкой и обрабатываемой заготовкой

при точении.............................................223

2.10.1. Аналитическое определение силы стружкообразования

и её составляющих....................................223

2.10.2. Аналитическое определение длины контакта стружки с передней поверхностью режущего инструмента при точении материалов...................................225

2.10.3. Аналитическое определение контактных нагрузок на задней поверхности инструмента при точении материалов...........................................230

2.10.4. Аналитическое определение длины контакта задней поверхности режущего инструмента с обрабатываемой заготовкой при её точении..........................,231

2.11. Аналитическое определение характеристик износа режущих

инструментов при точении материалов.....................235

2.11.1. Основные характеристики износостойкости режущих инструментов........................................235

2.11.2. Аналитическое определение относительного линейного износа режущего инструмента при точении материалов

в произвольных условиях.............................. 241

2.11.3. Аналитическое определение относительного линейного износа инструмента при точении материалов на оптимальных по размерной стойкости инструмента скоростях резания..............................................244

2.11.4. Аналитическое определение критического износа режущего инструмента при точении материалов..............248

2.11.5. Аналитическое определение коэффициента пропорциональности между износом режущего инструмента по задней поверхности и в радиальном направлении...............258

2.11.6. Обобщенная стойкостная зависимость при точении материалов...........................................261

2.11.7. Обобщенная зависимость скорости резания от стойкости инструмента при точении материалов...................270

3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ.........271

3.1. Оптимизация режимов резания по минимуму себестоимости

токарной операции........................................271

3. 2. Оптимизация режимов резания токарной обработки матери-

алов по максимуму производительности труда...............275

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ, НАКЛАДЫВАЕМЫЕ НА АНАЛИЗИРУЕМЫЙ ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ, И ИХ СОПОСТАВЛЕНИЕ С ВЫХОДНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ.......................275

4.1. Аналитическое определение глубины наклепанного слоя,

формируемого при точении материалов......................277

4.2. Аналитическое определение степени наклепа поверхностного слоя, формируемого при точении материалов...........283

4.3. Аналитическое определение характеристик шероховатости поверхностного слоя, формируемого при точении материалов......................................................285

4.4. Аналитическое определение остаточных напряжений в поверхностном слое, формируемом при точении материалов .... 295

4.5. Аналитическое определение точности обработки при точении материалов...........................................308

4.4.1. Составляющие элементы общей погрешности токарной обработки материалов..................................308

4.5.2. Определение погрешности обработки от упругих деформаций технологической системы СПИД....................309

4.5.3. Определение погрешности обработки от температурной деформации инструмента................................314

4.5.4. Определение погрешности токарной обработки от температурной деформации заготовки.........................315

4.5.5. Определение погрешности обработки от износа режущего инструмента...........................................316

4.6. Аналитическое определение коэффициента запаса динамической устойчивости процесса точения.....................318

4.7. Аналитическое определение прочностных характеристик режущего инструмента при точении материалов..............320

4.7.1. Аналитическое определение коэффициента запаса пластической прочности режущей части инструмента..........321

4.7.2. Аналитическое определение хрупкой прочности режущей кромки инструмента....................................326

4.7.3. Аналитическое определение коэффициента запаса хрупкой прочности режущей части инструмента за пределами контактной зоны со стружкой...........................334

4.7.4. Аналитическое определение коэффициента запаса прочности державки резца..................................340

4.7.5. Аналитическое определение коэффициента запаса жесткости державки резца..................................341

5. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ (Р^ЖШИ)..... ......342

6. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ

ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ.....345

6.1. Общая характеристика автоматизированной системы

. ОРТИШАКЖ..............................................345

6. 2. Функционирование автоматизированной системы

ОРПМтТШ..............................................347

6.3. Иллюстрированный пример использования автоматизированной системы 0РТ1М18А1Ш для структурно-параметрической оптимизации технологических условий токарной операции.... 381

6.4. Примеры производственного использования автоматизированной стстемы ОРТШКАТОИ...............................407

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ...............................419

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................425

ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Методика проведения экспериментальных исследований........445

2. Методика определения критерия Нуссельта, критерия Г" и коэффициента температуропроводности обрабатываемого материала..................................................455

3. Таблицы с коэффициентами, входящими в разработанные аналитические выражения....................................474

4. Иллюстрированный пример работы автоматизированной

системы РНОСЖШИ..........................................616

5. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных.........647

5.1. Сопоставление значений оптимальных по размерной стойкости инструмента температур резания 0О, определенных экспериментально и расчетным путем

по аналитическому выражению (183)........................ 648

5.2. Сопоставление значений оптимальных по размерной стойкости инструмента скоростей резания У0, определенных экспериментально и расчетным путем

по аналитическому выражению (190)........................ 653

6. Технические характеристики станков, заложенные в память разработанных автоматизированных систем....................660

7. Акты внедрения разработки в производство...................671

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1. Физико-механические и теплофизические характеристики обрабатываемых и инструментальных материалов

а - коэффициент температуропроводности обрабатываемого материала, (• 1СГ6) м2/с;

Хд - коэффициенты теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов, Вт/(м-К);

ср - удельная объемная теплоемкость обрабатываемого материала, (-106) Дж/(м3-К);

10 - физико-механическая константа обрабатываемого материала, представляющая при его резании угол наклона силы стружкооб-разования к условной плоскости сдвига (методики теоретико-экспериментального определения угла 10 описаны в разделе 2.4), ...0;

тр - сопротивление обрабатываемого материала пластическому сдвигу в зоне стружкообразования при осуществлении процесса резания в анализируемых условиях (методики теоретико-экспериментального определения параметра тр представлены в разделе 2.4), Н/мм2;-

бв - предел прочности (временное сопротивление) обрабатываемого материала при растяжении, Н/мм2;

бт - предел текучести обрабатываемого материала при растяжении, Н/мм2;

0ПЛ - температура плавления обрабатываемого материала, 0С;

0О - оптимальная по размерной стойкости инструмента температура резания, соответствующая рассматриваемой паре "обрабатывае-мый-инструментальный материалы" (методика расчетного определения параметра 0О представлена в разделе 2.6.3), °С;

Ер - модуль упругости материала державки режущего инструмента, Н/мм2;

(3' - коэффициент линейного расширения материала державки режущего инструмента, 1/°С;

(3" - коэффициент линейного расширения обрабатываемого материала, 1/°С;

НУИ - твердость инструментального материала по Виккерсу, Н/мм2;

бви - предел прочности инструментального материала при растяжении, Н/мм2;

би - допустимое напряжение на изгиб материала державки режущего инструмента, Н/мм2.

2. Геометрические параметры используемого режущего инструмента

Ф - главный угол режущего инструмента в плане,

Ф! - вспомогательный угол режущего инструмента в плане, ...0 ; ^ - главный передний угол режущего инструмента, ...0; а - главный задний угол режущего инструмента, . ..0; Кд, оСд - действительные значения главного переднего и главного заднего углов режущего инструмента, измеряемые в секущей плоскости, совпадающей по своему пространственному положению с направлением угла схода стружки-(определяются по аналитическим выражениям, представленным в разделе 2.2), г - радиус вершины режущего инструмента, мм;

Ь3 - износ режущего инструмента по задней поверхности в области его вершины, мм; - величина износа режущего инструмента в радиальном направлении, мм;

р! - радиус округления режущей кромки используемого инструмента, мм;

X - угол наклона главной режущей кромки инструмента, ...0;

(3 - угол заострения используемого режущего инструмента, рад;

Вд - ширина державки анализируемого токарного резца, мм;

Нд - высота державки анализируемого токарного резца, мм;

1В - вылет режущего инструмента из резцодержателя, мм; J - момент инерции сечения державки инструмента, мм4.

3. Режимы резания и технологические условия обработки

11пр - толщина снимаемого припуска на операции, мм; I - глубина резания, мм; э - подача режущего инструмента, мм/об;

а1, Ь1 - толщина и ширина среза, соответствующие анализируемым условиям осуществления процесса резания (методика расчетного определения параметров а1; представлена в разделе 2.2), мм;

V - скорость резания, соответствующая рассматриваемым условиям осуществления процесса токарной обработки материалов, м/с;

У0 - оптимальная по размерной стойкости инструмента скорость резания, соответствующая рассматриваемым условиям осуществления процесса точения (методика расчетного определения параметра У0 представлена в разделе 2.6), м/с; й - наружный диаметр обрабатываемой заготовки (детали), мм;

й1 - внутренний диаметр обрабатываемой заготовки, мм;

(1' - гидравлический приведенный диаметр охлаждаемого тела, мм; (1пр - приведенный диаметр обрабатываемой заготовки (методика расчетного определения параметра ¿пр представлена в разделе 4.4), мм;

Ь3 - длина обрабатываемой заготовки, мм;

1Р - расстояние от торца обрабатываемой заготовки (свободного от закрепления или контактирующего с центром задней бабки) до вершины режущего инструмента в рассматриваемый период осуществления процесса резания (см.рис.93), мм;

шс - скорость подачи СОЖ в зону резания (полив сверху), м/с; асож - коэффициент теплоотдачи применяемой СОЖ, Вт/(м2-К); Хсож - коэффициент теплопроводности применяемой СОЖ, Вт/(м-К); ^сист - средняя жесткость анализируемой технологической системы СПИД (методика определения параметра *1сист применительно к точению материалов представлена в разделе 4.4), кг/мм;

1нор - нормативная жесткость технологической системы СПИД (применительно к токарной обработке 1нор=2500 кг/мм [135]);

Зет» <]дет> Зпр- ¿и " статические жесткости станка, обрабатываемой заготовки, приспособления и режущего инструмента, Н/мм;

дд - коэффициент динамичности технологической системы СПИД (методика расчетного определения параметра дд представлена в разделе 4.4);

дж - коэффициент запаса жесткости технологической системы.

4. Безразмерные критерии подобия, характеризующие условия осуществления анализируемого процесса токарной обработки

А (энергетический критерий подобия) = (а±-ср-8р)/Р2;

Б = (V-aj • 103)/а; B0=(V0^•103)/а; Е = р1/а1; Д = а^;

В = tgßii Г = 2, 0944-Г"■[Ж/2 - Кд(рад) - ад(рад)];

Г'= XP/XR: И = hg/pj; Да =0^;

Nu (критерий Нуссельта) = аохл•(d-10~3)/ХСОЖ

5. Выходные характеристики процесса резания

0р - общая (среднеконтактная) температура резания, соответствующая рассматриваемым условиям осуществления процесса токарной обработки материалов (вр=01+ЭПпЬ 0! - температура резания без учета температуры подогрева материала снимаемого припуска от предыдущих ходов инструмента, 0 С;

0ПП - температура подогрева материала срезаемого припуска от предыдущих ходов режущего инструмента, °С; 8а - температура на режущей кромке инструмента при точении материалов в рассматриваемых условиях, °С;

0р(сож) ~ общая температура резания при точении материалов с применением СОЖ, °С; ßi - угол наклона условной плоскости сдвига (методика расчетного

определения параметра ßt представлена в разделе 2.3), KL - продольная усадка (укорочение) стружки при точении материалов в рассматриваемых условиях (методика экспериментального определения параметра KL описана в приложении 1);

S'- площадь условной плоскости сдвига, мм2;

R - сила резания при точении материалов в рассматриваемых условиях, Н;

- и -

йс - сила стружкообразования при точении материалов в рассматриваемых условиях, Н; Р2 - главная составляющая силы резания при точении материалов с

произвольной скоростью V, Н; Р20 - главная составляющая силы резания И при точении материалов в рассматриваемых условиях на оптимальной по размерной стойкости инструмента скорости резания У0, Н; Рх - осевая составляющая силы резания И при точении материалов, Н;

Ру, Ру(сож) " радиальные составляющие силы резания И при точении материалов в рассматриваемых услови�