Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние исследований двусторонней торцешлифовальной обработки и методов моделирования процесса формообразования 14
1.1. Анализ влияния точности обработанных торцовых поверхностей деталей на качество изделий 14
1.2. Особенности двусторонней торцешлифовальной обработки и методические подходы к выбору параметров положения шлифовальных кругов и режимов шлифования 19
1.3. Анализ исследований влияния геометрических, кинематических, силовых, упругих и тепловых факторов на выходные показатели процесса 26
1.4. Методы математического описания и моделирования процессов технологического формообразования поверхностей деталей 47
1.5. Выводы. Постановка цели и задач исследований 56
Глава 2. Развитие методологии технологического формообразования применительно к поточной двусторонней торцешлифовальной обработке 60
2.1. Методологические аспекты структурно-параметрического проектирования и создания модельной среды процесса двусторонней торцешлифовальной обработки 60
2.2. Концепция и методологические аспекты взаимного континуального формообразования 72
2.3. Структуры, классификация и идентификация компонентов формообразующих систем 78
2.4. Координатно-формализованное представление обобщенных формообразующих систем и уравнения обрабатываемых оппозитных поверхностей 90
2.5. Особенности координатно-формализованного структурно-параметрического представления процесса обратного формообразования 105
2.6. Выводы 109
Глава 3. Методологические аспекты формирования динамического технологического пространства и определения его характеристик
3.1. Понятие технологического пространства и методика определения его характеристик в исходном состоянии при вариациях траекторий заготовок и форм поверхностей инструментов 110
3.2. Понятие динамического технологического пространства и методика определения его характеристик при шлифовании потока заготовок 117
3.3. Методика определения характеристик динамического технологического пространства при шлифовании одиночной заготовки 127
3.4. Методические особенности определения характеристик технологического пространства при асимметричных условиях шлифования 133
3.5. Повышение технологических возможностей управления циклом шлифования с применением двухзонных шлифовальных кругов 138
3.6. Моделирование геометрических, силовых и энергетических характеристик динамического технологического пространства 148
3.7. Выводы 160
Глава 4. Моделирование и анализ процесса реального формообразования обрабатываемых поверхностей 162
4.1. Моделирование процесса реального формообразования обрабатываемых поверхностей 162
4.2. Анализ влияния геометрических, кинематических и динамических системных факторов на процесс формообразования и точность обработки 183
4.3. Выводы 213
Глава 5. Экспериментальные исследования факторов, оказывающих влияние на процессы формообразования, резуль татов формообразования и разработка способа оперативной диагностики процесса 216
5.1. Описание экспериментальной установки и используемых методов для исследования характеристик вращения заготовок, сил шлифования, формы и упругих смещений технологического пространства. Способы измерения погрешностей формы, относительного расположения, шероховатости обработанной поверхности 216 5.2. Оценка влияния технологических параметров на точность обработки 229
5.3. Исследование характеристик вращения деталей и их связей с макро- и микрогеометрией обработанных поверхностей. Обоснование возможностей повышения точности и производительности обработки 235
5.4. Разработка способа вибродиагностики процесса двусторонней тор-цешлифовальной обработки в производственных условиях как инструмента для оперативной настройки станков и ее коррекции 256
5.5. Выводы 264
Глава 6. Моделирование процесса трансформации и генерации производящих поверхностей шлифовальных кругов и технологического пространства 266
6.1. Математическая модель трансформации поверхностей шлифовальных кругов в процессе континуальной поточной обработки 266
6.2. Разработка алгоритма и компьютерной модели трансформации технологического пространства 275
6.3. Анализ динамики трансформации технологического пространства и производящих поверхностей шлифовальных кругов 279
6.4. Экспериментальная оценка трансформации рабочих поверхностей шлифовальных кругов 286
6.5. Явление циклической повторяемости процесса трансформации рабочих поверхностей шлифовальных кругов при отсутствии ограничения, связанного с прекращением шлифования потока заготовок при потере точности 290
6.6. Снижение неравномерности трансформации технологического пространства применением шлифовальных кругов с закономерно изменяющимися характеристиками износостойкости их поверхностей 292
6.7. Метод и модель генерации модифицированных производящих поверхностей лифовальных кругов в процессе правки (анализ и синтез) 295
6.8. Выводы 302
Глава 7. Реализация стратегии управления процессом формообразования при двусторонней торцешлифовальной обработке 304
7.1. Принципы и критерии управления качеством формообразования при двусторонней торцешлифовальной обработке 304
7.2. Синтез параметров настройки станка для шлифования деталей типа цилиндрических роликов с круговой подачей 310
7.3. Синтез управляющих параметров при шлифовании деталей типа колец подшипников с прямолинейной подачей 312
7.4. Оперативная направленная коррекция управляющих параметров настройки и режимов в производственных условиях 322
7.5. Интегрированная модельная среда и программный комплекс для виртуальной двусторонней торцешлифовальной обработки, анализа результатов управляющих воздействий и прогнозирования точности 325
7.6. Выводы 329
Основные выводы и результаты работы 331
Список сокращений 334
Список терминов 335
Список литературы
- двусторонней торцешлифовальной обработки и методические подходы к выбору параметров положения шлифовальных кругов и режимов шлифования
- Структуры, классификация и идентификация компонентов формообразующих систем
- Понятие динамического технологического пространства и методика определения его характеристик при шлифовании потока заготовок
- Анализ влияния геометрических, кинематических и динамических системных факторов на процесс формообразования и точность обработки
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из наиболее эффективных способов механической обработки деталей, имеющих оппозитные торцовые поверхности, в настоящее время является двусторонняя торцешлифовальная обработка (ДТШО), осуществляемая как на отечественном, так и импортном оборудовании.
Возможности получения высокой точности и производительности заложены в самой принципиальной схеме обработки при совмещении двух технологических переходов и непрерывности потока заготовок. Поэтому ДТШО активно применяется в массовом и крупносерийном производстве в таких определяющих развитие экономики страны отраслях промышленности как автотракторная, двигателестроение, сельскохозяйственное машиностроение, подшипниковое производство для высокоточной обработки колец и роликов подшипников качения, в том числе железнодорожных, устанавливаемых в качестве опор колесных пар, крестовин карданных валов, шатунов, дисков сцепления, поршневых колец, втулок и пальцев гусеничных машин. Требования к точности торцовых поверхностей, являющимися основными конструкторскими базами и технологическими базами при последующем круглом наружном, внутреннем и бесцентровом шлифовании, постоянно растут, т. к. в значительной степени влияют на качественные показатели изделия в целом.
В настоящее время решены ряд научных и производственных проблем, таких как выбор характеристик шлифовальных кругов (ШК) и диапазона режимов шлифования, обеспечивающих необходимый набор физико-механических показателей поверхностного слоя, отсутствие прижогов, необходимую шероховатость обработанных поверхностей. Вместе с тем полноценному проявлению потенциальных возможностей процесса ДТШО мешает недостаточная изученность условий формирования обрабатываемых поверхностей, отсутствие теоретической и методологической научной базы для исследований, моделирования и управления процессом.
Несмотря на простоту номинальной кинематической схемы, реальный процесс формообразования отличается сложностью и наличием многочисленных факторов влияния - геометрических, кинематических, динамических, тепловых, которые необходимо учитывать в комплексе при проектировании данной технологической системы и прогнозировании точности.
ДТШО является одной из разновидностей процесса шлифования, и потому здесь проявляются его общие закономерности. Вместе с тем, проектируя процесс обработки, включая выбор технологических режимов и параметров настройки, геометрических, кинематических и упругих характеристик станка, параметров инструментов и их оптимизацию, необходимо комплексно учитывать системные особенности их влияния на выходные характеристики процесса. Для этого требуется система обобщенных критериальных оценок качества процесса формообразования - основного функционального процесса в технологической системе, определяющего выходные показатели точности обработки и осуществляемого формообразующей системой станка.
Из вышеизложенного следует, что существует острая необходимость в обосновании и реализации методологической платформы, на основе которой возможна разработка научно обоснованных рекомендаций по наладке станков, выбору управляющих параметров для обеспечения качества формообразования деталей.
Научная проблема, решаемая в работе, заключается в методологическом обеспечении качества процесса формообразования при торцешлифовальной обработке в условиях крупносерийного и массового производства.
Цель работы.
Совершенствование процесса двусторонней торцешлифовальной обработки на основе технологического управления процессом формообразования, направленного на повышение точности деталей и формоустойчивости шлифовальных кругов.
Объектом исследования является процесс формообразования при двусторонней торцешлифовальной обработке.
Предметом исследования являются закономерности и взаимосвязи в процессах прямого и обратного формообразования при двусторонней торцешлифовальной обработке.
Область исследований.
двусторонней торцешлифовальной обработки и методические подходы к выбору параметров положения шлифовальных кругов и режимов шлифования
К процессам средней скорости, сопутствующим любой механической обработке, относится тепловыделение в станке [159, 161]. В работах [5, 56, 116, 182, 48, 49, 96, 123, 168, 169] исследованы тепловые явления и их влияние на качественные показатели ДТШО. Отрицательное влияние тепловых процессов рассматривается в двух аспектах:
1) влияние высокотемпературных процессов в контакте ШК и заготовки на состояние поверхностного слоя и появление прижогов [56, 48, 49, 96, 123, 168, 169];
2) влияние тепловыделения в узлах трения и избыточной температуры СОТС на температурные смещения элементов несущей системы, приводящие к изменению относительного положения заготовки и ШК [4, 116, 182,210] (температурные смещения в зависимости от избыточной температуры СОТС могут изменять взаимное положение кругов до величины - 30-50 % от их упругих перемещений).
Первая проблема успешно решается для большинства схем и объектов ДТШО подбором сочетаний характеристик ШК, совершенствованием способов подачи СОТС в зону обработки и обоснованным ограничением режимов шлифования. Исключением является двустороннее врезное шлифование тонкостенных деталей с большой площадью торцов типа заготовок пружин сцепления, дисков трения и др., отличающееся высокой теплонапряженностью процесса и затрудненным тепломассообменом, препятствующим попаданию СОТС в контактную зону.
В работах [169] Савинской В. Г. и [56] Евстигнеева А.Д. проведен расчет температурных полей подобных контактирующих объектов при ДТШО с использованием численного разностного метода. Практическим результатом решения теплофизической задачи в обеих работах явилось усовершенствование конструкции и рабочего профиля ШК. В [169] предложен ШК с отверстиями для подвода СОТС в зону контакта, расположенными по концентрическим окружностям; они же выполняют функцию дополнительных теплоотводов.
В [56] для исключения прижогообразования предлагается использовать прерывистые круги с пазами различной конфигурации [132, 134]. С этой целью предложены соответствующие устройства правки ШК [131, 133]. Установлено влияние степени прерывистости ШК (отношения площади пазов к площади активной абразивной части) v на режущую способность (положительное), шероховатость и износ (отрицательное) ШК разных характеристик. Применение прерывистых ШК позволило увеличить скорость врезной подачи на 30% и повысить производительность, обработки при отсутствии прижогов и обеспечении шероховатости поверхности Ra 1,6 мкм. Рекомендовано для шлифования тонкостенных заготовок из стали 50ХГФА применять прерывистые круги с v=0,3 на бакелитовой связке, с зернистостью 25, твердостью СМ1-С1. Следует отметить, что характеристики кругов соответствуют принятым в практике ДТШО с круговой или прямолинейной подачей напроход.
При решении второй проблемы решались экспериментальные задачи выявления основных источников тепла и закономерностей тепловых смещений ШК для станков, работающих по схеме напроход с прямолинейной [5] и круговой [116] подачей. Реаль 41 ные условия шлифования имитировали нагревом СОТС на 16 С (с 23 до 39 С) электронагревателем, помещенным в индивидуальный бак и работой станка на холостом ходу.
Показано [5, 210], что в общем балансе тепловых деформаций смещение торцов кругов, вызванное повышением температуры шпиндельных опор, составляет 20-25 %, изменением температуры СОТС - 75-80%. Доминирующим является изменение положения ШК в вертикальной плоскости, в 4-5 раз превышающее их смещение в горизонтальной плоскости (рис. 1.13).
Аналогичные результаты получены в результате численного моделирования тепловых деформаций методом конечных элементов, выполненного Сегидой А. П. [182].
При исследованиях станка другого конструктивного исполнения - для обработки заготовок с круговой подачей, обнаружена асимметрия отклонений левого и правого фланцев шпинделей относительно плоскости диска подающего устройства. Это объясняется установкой редуктора диска на кронштейне, закрепленном на станине слева от ее поперечной оси. Симметрии температурных смещений ШК можно добиться незначительными конструктивными изменениями [116].
Поскольку смещения ШК в основном связаны с тепловыми деформациями станины из-за ее нагрева отработанной СОТС в центральной верхней части, одним из радикальных и технически простых мер по их минимизации является совершенствование системы отвода СОТС в сочетании с рациональным распределением тепловых потоков в станке. В работе [4] разработаны мероприятия по значительному уменьшению (в 2-3 раза) и стабилизации тепловых деформаций путем стабилизации температуры СОТС и сбалансированности тепловых потоков.
Анализ тепловых факторов показал следующее: 1) после прогрева станка тепловые смещения ШК в первом приближении можно описать линейной зависимостью или принимать постоянными в условиях создания стабилизированного режима; 2) при решении задачи формообразования при ДТШО необходимо учитывать возможную асимметрию угловых температурных смещений ШК.
Кинематика относительного движения ШК и заготовки во многом определяет процессы формирования макро - и микрогеометрии поверхности при шлифовании и является предметом большого числа исследований [58,78, 108,112,172,229,232,259,264].
Основными номинальными кинематическими параметрами при поточной ДТШО являются угловые скорости и направления вращения каждого ШК, направление траектории и скорость подачи заготовок, угловая скорость вращения заготовки.
Установлена благоприятная роль вращения или периодических поворотов заготовки вокруг своей оси в снижении погрешностей обработанных поверхностей и повышении их качества [41,61,106,96,228,124].
Известно, что обработка свободных заготовок на двусторонних торцешлифоваль-ных станках с круговой подачей должна сопровождаться их вращением [41, 106]. Вращение заготовок позволяет интенсифицировать процесс шлифования, уменьшить количество необходимых для окончательной обработки проходов [61]. Вместе с тем, можно предположить, что вращение таких деталей как ролики подшипников приводит к трансформации исходного отклонения от перпендикулярности торца в его выпуклость, наследственное влияние которой на точность последующей операции бесцентрового шлифования незначительно. Выпуклость торца также более благоприятна с точки зрения влияния на работоспособность ролика в подшипнике.
Структуры, классификация и идентификация компонентов формообразующих систем
Сопутствующий процесс формообразования 3 не относится к отдельным объектам исследования настоящей работы. В то же время в рамках проводимых исследований процесса целевого формообразования для уменьшения нежелательной трансформации поверхностей приспособлений и связанных с ней погрешностей базирования предложены конструктивные решения по оптимизации режима трения между втулкой и заготовкой, защищенные патентами на полезные модели: 1 - в зоне наибольших давлений во втулке предусмотрен смазочный карман, в который подается СОТС под давлением [139]; 2 - на поверхности трения втулок предусмотрено самосмазывающееся покрытие на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта-4, порошка графита и рубленого стекловолокна, например при следующем весовом соотношении компонентов, %: фторопласт-4 - 14-20, графит - 3-5, рубленное стекловолокно -1-2, эпоксидно-диановая смола - остальное, кроме того, для получения более прочной и износостойкой структуры покрытия к качестве армирующего материала предложено использовать 2-3 слоя стеклоткани (Приложение 1) [140].
Сравнительные испытания, проведенные в лаборатории композиционных материалов ТОГУ (руководитель - профессор Иванов В.А.) при скоростных и нагрузочных характеристиках близких к реальным при шлифовании роликов, показали эффективность применения втулок с композиционными покрытиями по сравнению с используемыми в производстве стальными и капролоновыми. Установлено, что размерный износ втулок с износостойким покрытием составил 51,2-67,4% по сравнению со стальными и 68,3-73,4% по сравнению с капролоновыми втулками.
Основными объектами исследований настоящей работы являются прямое 1 и обратное 2 формообразование, составляющие замкнутый контур 1-2-1. С точки зрения процессов образования и трансформации взаимодействующих поверхностей деление на процессы снятия припуска в 1 и изнашивания инструмента в 2 весьма условно. Физическая картина заключается во взаимодействии двух тел - инструмента и заготовки. Основной принцип при проектировании такого взаимодействия - обеспечить наибольшую разницу в скорости удаления материалов заготовки и инструмента, т. е. обеспечить наибольшую разницу в скорости изменения формы. Это достигается различной твердостью и, соответственно, контактной выносливостью рабочих поверхностей, геометрией взаимодействующих поверхностей (углы заточки резца, грани абразивного зерна) и т. п. Но, в сущности, равные нагрузки в зоне контакта инструмента и заготовки (силовые, тепловые и т. п.) порождают два взаимообратных процесса изменения формы 1 и 2, но с существенно различной скоростью.
В процессах 1 и 2 участвуют те же звенья цепи формообразования технологической системы станка. Процессы 1 и 2 испытывают влияние тех же факторов - упругих деформаций, температурных деформаций и др.
Для описания замкнутой системы двойного взаимного формообразования используется тот же методический, математический и аналитический аппарат, что и для опис а 78 ния основного (целевого) формообразования [104, 162], при этом составляющие систему процессы рассматриваются в функции времени. Структуры, классификация и идентификация компонентов формообразующих систем Основным функциональным процессом в технологической системе, определяющим выходные показатели точности обработки, является процесс формообразования, осуществляемый формообразующей системой станка. Под формообразующей системой станка понимают совокупность механических элементов системы станок - приспособление - инструмент - заготовка (деталь), взаимное положение и перемещение которых обеспечивают заданную траекторию движения режущего инструмента относительно обрабатываемой детали [162]. В состав ФС входят несущие и исполнительные элементы станка, конечными звеньями являются обрабатываемая деталь и режущий инструмент.
На рис. 2.9 приведена структура ФС, для наглядности совмещенная с типовой компоновкой двустороннего торцешлифовального станка (ДТШС) (общий случай), состоящей из следующих элементов: at, а,- - элементы ФС, связанные с шлифовальными кругами ШКі и ШК2, соответственно; а0- общий элемент ФС - станина; bj— элементы ФС, связанные с обрабатываемой деталью; Dk- обрабатываемая деталь (одна из JV деталей, одновременно находящихся в зоне обработки); 1 и 1 - обрабатываемые поверхности детали.
В зависимости от фактически реализованных движений и поставленных задач исследований точности представление ФС ДТШС можно упростить и ввести понятие при 79 веденной ФС ДТШС. При анализе геометрической точности станка, жесткости несущих и направляющих элементов необходимо рассматривать вклад каждой сопряженной пары элементов в баланс точности станка. При рассмотрении же процесса обработки, влияния параметров настройки и технологических режимов цепь формообразования можно сократить, учитывая особенности процесса ДТШО (рис. 2.10): ah о, и а0 объединяются в элемент ас под общим наименованием - станок; элементы bj - в элемент ФС Ьп, связанный с приспособлением - механическим устройством для базирования и перемещения обрабатываемых деталей в зоне обработки.
Отметим, что именно Ьп определяет заданную траекторию относительного движения инструмента и детали, которая различается в зависимости от конкретного способа реализации процесса ДТШО и типа обрабатываемых деталей.
При использовании понятия приведенной ФС ДТШС открывается возможность оперировать приведенными функционально значимыми параметрами процесса, такими как приведенная жесткость технологической системы, приведенные упругие и температурные деформации и др.
Заметим, что под одним и тем же понятием «двустороннее торцешлифование» понимают процессы, объединенные лишь одним признаком - одновременная обработка двух противоположных (оппозитных) торцовых поверхностей детали.
В то же время широко применяемые варианты процесса ДТШО отличаются большим разнообразием даже на уровне их схемной реализации. Различия в геометрии, кинематике и других параметрах технологической операции иногда приводят к таким особенностям процесса взаимодействия инструмента и обрабатываемых деталей, которые меняют основные параметры процесса шлифования и систему формообразования. На рис. 2.11 представлен граф задач и массивов информации, необходимых для установления расчетной схемы при моделировании реального формообразования в процессе ДТШО с учетом действия доминирующих факторов.
Для возможности выявления общих закономерностей процесса с учетом особенностей его конкретных проявлений при различных вариантах реализации необходима систематизация способов и процессов ДТШО.
Предлагаемая ниже классификация способов ДТШО и реализованная на ее основе идентификация вариантов ДТШО являются системологической основой, на которой можно решать задачи анализа и синтеза процессов формообразования и анализа точности обработанных деталей, исходя из требуемых характеристик качества, в рамках системы автоматизированного проектирования данной технологической операции. Кроме того, представление ДТШО в виде системы классификационных и идентификационных признаков, связанных с процессом формообразования, облегчает последующее структурирование ФС. Идентификационные признаки - детализированные геометрические, кинематические, физические характеристики процесса обработки, определяющие состав и свойства возможных цепей реального формообразования при заданных условиях технологической среды.
Понятие динамического технологического пространства и методика определения его характеристик при шлифовании потока заготовок
При сп=2,4410 Нм/рад, со=96 10 Н/м изменения градиента кривых на этих участках не выражены. При сп=1,83 10 Нм/рад, со=7210 Н/м наблюдается уменьшение градиента кривых, т. е. скорость съема припуска на этих участках локально уменьшается. При сп=1,22-10 Нм/рад, с0=48-10 Н/м на кривых появляются местные горизонтальные участки, что, согласно условию (3.65) свидетельствует об отсутствии съема припуска и означает разрыв контакта заготовки с ШК.
На рис. 3.33 показаны кривые съема припуска для случаев обработки заготовок типа колец (наружный диаметр 70 мм, внутренний - 60 мм) с прямолинейной подачей при разных вариантах начальной формы ТП: 1 - поверхность ШК плоская, 7н=0,00012 рад, ан=0; 2 - поверхность ШК параболическая, ун=0,00006 рад, ан=0, с=5-10" м. Равенство фактически снимаемого припуска А/=0,06 мм и скорости продольной подачи Кд=0,04 м/с обеспечивают в обоих вариантах примерно одинаковый средний уровень суммарного силового воздействия на ШК, равный -1750 Н (рис. 3.34, а).
Формы ТП при рассматриваемых вариантах обуславливают принципиально различное распределение снимаемого припуска по зоне шлифования. В первом случае съем припуска растянут по всей длине траектории подачи, системы моментов сил, действующих по обе стороны от середины траектории частично взаимно уравновешиваются, что и является причиной дрейфа уу вблизи нулевого значения (рис. 3.34, б). Во втором случае съем припуска и действие сил происходит на участке (0,6-0,65)L3. Такая ориентация векторов моментов сил обуславливает значительную величину углов уу и диапазона их периодического изменения. Момент сил относительно горизонтальной оси определяется при \/=0 эксцентриситетом траектории Ь, принятым для двух вариантов постоянным, что и обуславливает примерное равенство средних уровней значений угловых упругих смещений в вертикальной плоскости ау.
Значительные угловые колебания ШК в горизонтальной плоскости Ауу являются причиной наблюдаемого на кривых съема припуска (рис. 3.33, кривая 2) разрыва его контакта с заготовкой.
Таким образом, постоянство контакта заготовки и инструмента зависит как от жесткости станка, так и от сочетания параметров наладки станка (А р, A/, Ra, RK, a, b, ці), начального положения ШК (ун, ан) и их формы.
Возможность нарушения контакта инструмента и заготовки обусловлена самой спецификой поточной ДТШО. При этом: 1) нарушается базирование заготовки по поверхности ШК, что приводит к неопределенности пространственной ориентации заготовки и может повлечь за собой случайные локальные съемы с торцов заготовки; 2) нарушается необходимый контакт заготовки как ведомого звена с ШК - ведущим звеном в передаче вращения свободной заготовки, это является одной из причин нежелательных провалов в характеристиках вращения, наблюдаемых на практике при определенном сочетании режимных и наладочных параметров. Наибольшую опасность для формирования выходных показателей точности обрабатываемых торцов заготовки представляет нарушение контакта в области малых съе-мов (интервал Лт3).
Исключение или сведение к минимуму отрицательных последствий разрыва контакта заготовки с ШК является одним из критериальных условий качества формообразования, на основе которого можно сформулировать один из принципов технологического управления процессом формообразования при ДТШО - обеспечение условий постоянства контакта заготовки и ШК.
1. Предложено двустороннее торцешлифование концептуально рассматривать как специфическую разновидность врезного шлифования; даны понятия и определения характеристик технологического пространства с учетом специфики процесса ДТШО.
2. Предложены основные расчетные зависимости, разработаны математические модели и базовые методики расчетного определения переменных характеристик технологического пространства при поточной ДТШО и при шлифовании одиночной заготовки.
3. Разработана методика расчетной оценки характеристик съема припуска в произвольной точке траектории подачи заготовок при асимметрии условий шлифования со стороны противоположных торцов.
4. Предложен способ повышения технологических возможностей ДТШО применением двухкомпонентного технологического пространства, дана методика определения геометрических характеристик модифицированных двухзонных ШК, исходя из заданного соотношения чернового и чистового припусков, обосновано повышение производительности обработки.
5. Приведены примеры расчетного определения характеристик съема припуска, сил шлифования и упругих смещений, показан определяющий характер влияния формы и углового положения шлифовальных кругов на характеристики технологического пространства и структуру цикла шлифования, что может быть использовано для управления процессом формообразования.
6. Установлено, что характер съема припуска, распределение сил и реальная протяженность зоны шлифования зависит от таких параметров технологической системы как скорость подачи, форма и положение ШК, приведенная жесткость упругой системы станка, что необходимо учитывать при анализе процесса формообразования и управлении двусторонней торцешлифовальной обработкой.
7. Установлено, что динамические смещения ШК под действием переменных во времени и пространстве циклических нагрузок при определенном сочетании характеристик жесткости, параметров наладки станка, начального положения ШК и их формы могут вызвать нежелательный разрыв контакта поверхностей ШК и заготовки на локальных участках траектории подачи.
8. На основе вышеизложенного можно сформулировать принципы управления процессом формообразования при ДТШО такие как: 1) обеспечение рациональной формы технологического пространства и, как следствие, рациональной структуры цикла съема припуска; 2) обеспечение условий постоянства контакта заготовки и ШК.
Анализ влияния геометрических, кинематических и динамических системных факторов на процесс формообразования и точность обработки
Угловая погрешность установки ауст и контролируемое угловое смещение торцовой поверхности относительно идеального перпендикулярного положения Of определяются из соотношений ауст = 0,5 (ап1 +ап2), ат= 0,5 (ап1 -ап2), здесь ап1 и ап2 - фактически измеренные величины углов наклона профилей в направлениях/? и ifi+ті), соответственно. Следует отметить, что результаты измерений отклонений от перпендикулярности торца оси цилиндра у контрольных роликов по профилограммам и с помощью устройств, показанных на рис. 5.4-5.5, имеют расхождения не более 10-16 %.
Для установления взаимосвязи макро- и микрогеометрических показателей обработанных поверхностей была проведена серия специальных исследований шероховатости поверхности (см. ниже).
Одним из наиболее распространенных методов анализа влияния технологических факторов на выходные показатели процесса является регрессионный анализ. Для оценки влияния основных технологических параметров настройки станка и режимов шлифования на точность обработки был проведен полный факторный эксперимент [23].
Задача данного эксперимента - построение интерполяционной модели процесса двусторонней торцешлифовальной обработки роликов с целью общей количественной оценки влияния основных технологических факторов на точность обработки по лимитирующему параметру - торцовому биению.
Предварительные результаты показали, что наибольшее влияние на точность оказывают углы установки шлифовальных кругов в горизонтальной ун и вертикальной ан плоскостях (или соответствующие им линейные смещения Г и В - разность расстояний между кругами на определенном диаметре), припуск на два торца At и скорость подачи изделий Vp, которые были приняты в качестве факторов.
При выборе интервалов варьирования факторов (табл. 5.1) были приняты во внимание следующие соображения: скорость подачи Vp и величина припуска At варьировались в пределах, соответствующих принятым в практике двустороннего тор-цешлифования; при выборе областей изменения Г и В были учтены рекомендации работы [34].
Экспериментальное исследование точности обработки проводилось на станке 3342АД. Характеристики станка: диаметр обрабатываемого изделия - 4 - 16 мм; высота обрабатываемого изделия - 6 - 40 мм; форма и размеры шлифовальных кругов - ПН 450x63x305; наибольшее расстояние между новыми кругами - 44 мм; допустимая величина износа кругов - 48 мм; частота вращения шпинделя - 1200 об/мин; окружная скорость кругов - 28 м/с; скорость подачи изделий - 1,43 - 12,93 м/мин.
Характеристики смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС): состав -1,5% содовый раствор с добавлением 0,8% нитрита натрия; способ подачи СОТС - разбрызгивание через сопло, установленное поверх кругов и через отверстия в шпинделях.
Режим правки кругов: съем - 0,3 мм; скорость продольной подачи алмаза - 0,12 м/мин; скорость подачи на двойной ход - 0,03 мм/дв. ход.
В качестве объекта были выбраны ролики среднего размера 14x14 мм (диаметр х длина) с твердостью заготовок HRC 62-64.
Для каждого сочетания факторов эксперимент проводился в следующей последовательности: разогрев станка (1 - 1,5 часа) - правка шлифовальных кругов - приработка зоны шлифования (40 роликов) - шлифование 20 контрольных роликов - измерение биения обработанных торцов - контроль формы приработанной зоны шлифования по пяти роликам, остановленным в различных точках зоны.
Измерение торцового биения детали производилось по принятой производственной методике: деталь устанавливается в призму; при помощи расположенного под углом к оси детали прижимного резинового ролика деталь приводится во вращение и прижимается к расположенному соосно точечному упору; наконечник микронной головки устанавливается на наружном радиусе торца; максимальная разность показаний головки за один оборот детали характеризует ее торцовое биение (цена деления измерительной головки - 0,5 мкм).
Для построения математической модели был реализован полный факторный эксперимент 2 [1]. В качестве значения параметра у для данного варианта сочетания факторов было принято среднее значение биения торцов двадцати контрольных роликов. Число параллельных опытов - число контрольных групп роликов, шлифованных при данном варианте сочетания факторов равно двум. При определении последовательности проведения опытов учитывался принцип рандомизации.
Матрица планирования, действительные значения параметра yjv и y2v для двух параллельных опытов, а также расчетные значения параметра у приведены в Приложении 2 (X], Х2, Хз, Х4 - кодированные значения факторов r,B,AtnVp, соответственно).
Обработка экспериментальных данных при равномерном дублировании опытов включает в себя проверки значимости коэффициентов, однородности дисперсий и адекватности модели по критериям Стьюдента, Кохрена и Фишера [1], описание которых здесь не приводится. Математическая обработка результатов полного факторного эксперимента производилась с использованием программы REGR.
Как показала проверка значимости коэффициентов, все предполагаемые эффекты взаимодействия факторов имеют место.
Рассмотрим влияние на точность обработки отдельных факторов с учетом их совместных эффектов.
Максимальное абсолютное значение коэффициента регрессии bj=0,9375 говорит о наибольшем вкладе фактора Xj в формирование параметра , т.е. угол поворота круга в горизонтальной плоскости ун (Г) оказывает наибольшее влияние на биение обработанного торца. С увеличением фактора Г точность обработки повышается при всех сочетаниях факторов в исследуемой области их изменения (рис. 5.8).
