Введение к работе
Актуальность темы. В условиях рыночной экономики отношения в сфере производства выдвинули на первый план проблемы, связанные с выпуском конкурентоспособной продукции машиностроения. В свою очередь, высокий уровень требований к современным конкурентоспособным машинам обусловил ряд задач, решение которьж неразрывно связано с разработкой и широким применением новьж эффекгивньж технологических процессов и операций, современного высокопроизводительного оборудования и оснащения, обеспечивающих высокое качество и производительность обработки.
В первую очередь это относится к чистовым и отделочным методам обработки, в процессе которьж окончательно формируется поверхностный слой деталей, определяющий их эксплуатационные свойства. Наиболее распространенным методом окончательной обработки точных и ответственных деталей является шлифование.
Однако процессам шлифования присущи определенные недостатки, обусловленные непрерывным динамическим изменением условий взаимодействия инструмента с обрабатываемым материалом в зоне резания, которые в целом характеризуют нестабильность процесса обработки во времени. Это приводит к негативному изменению теплового и силового воздействия на инструмент, нерациональному использованию его ресурса и ухудшает качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей. Интенсивность отмеченньж явлений зависит от динамических свойств технологической системы и технологических условий обработки, и в наибольшей степени проявляется при шлифовании деталей из труднообрабатываемых материалов. Особую актуальность динамическая нестабильность процессов шлифования приобретает в условиях автоматизированного производства.
Существующие способы формообразования поверхностей на операциях шлифования, оснащение применяемое при их реализации не предусматривают оптимизацию и управление динамикой резания с целью временной стабилизации характеристик процессов шлифования. Обеспечение заданного качества поверхностного слоя деталей при шлифовании в настоящее время для каждого конкретного случая решается опытным путем - подбором условий обработки, которые не всегда оказываются достаточно производительными и экономичными.
Дальнейшее развитие технологии шлифования, повышение качества и производительности обработки возможно лишь на базе теории, описывающей основные закономерности динамической стабилизации процессов шлифования и их связи с формированием свойств поверхностного слоя деталей. Это позволяет управлять процессами шлифования с целью обеспечения заданного качества обработки при наивысшей ее производительности, а также изыскать пути интенсификации процессов и расширения их технологических возможностей.
В связи с этим разработка и исследование технологических возможностей динамической стабилизации процессов шлифования является весьма актуальной научно-технической проблемой.
Цель работы. Разработка и исследование технологических возможностей методов стабилизации изменения макрогеометрии рабочей поверхности инструмента при плоском шли» фовании.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
Исследована динамика изменения макрогеометрии рабочей поверхности абразивного инструмента во времени, изучены основные закономерности этого явления, разработаны методы его расчета и стабилизации во времени.
Разработана и рассчитана новая технологическая оспастка для упруго-дииамического закрепления абразивного инструмента, обеспечивающая стабилизацию изменения макрогеометрии инструмента, исследована динамика шлифования с использованием такой оснастки.
Экспериментально исследованы технологические возможности и эффективность процесса плоского шлифования при стабилизации изменения макрогеометрии рабочей поверхности инструмента во времени.
Разработаны методика выбора оптимальных параметров режима плоского шлифования, рекомендации по совершенствованию и расширению технологических возможностей процесса.
Показана производственная эффективность реализации результатов исследования и рекомендаций по конструктивно-технологическому обеспечению стабильности процессов шлифования.
Научная новизна работы. Совокупность полученных в диссертации научных результатов обеспечивает решение проблемы технологического обеспечения динамической стабильности процессов плоского высокоэффективного шлифования ва базе разработки теоретических основ и новьж технических решений конструктивно-технологических средств их реализации.
К ним можно отнести:
Разработанную математическую модель процесса плоского шлифования, описывающую динамику износа и формирования макрогеометрии рабочей поверхности инструмента с учетом динамических свойств технологической системы и интегрального возмущающего воздействия процесса шлифования на упругую систему станка. Аналитически описаны закономерности этого явления и определены пути управления им на этапах проектирования и реализации процессов шлифования.
Предложенный обобщенный показатель процесса шлифования - жесткость шлифования, характеризующий интегральное возмущающее воздействие процесса шлифования на упругую систему станка. Получена функциональная зависимость для расчета жесткости шлифования при различных условиях выполнения операций плоского шлифования, и установлено ее оптимальное значение при шлифовании на станке 3171М и станках равнозначньж ему по динамическим характеристикам.
Разработанные новые способ шлифования и конструкция планшайбы для упруго-динамического закрепления абразивного инструмента, обеспечивающие минимальную ди-
намику изменения макрогеометрии рабочей поверхности инструмента во времени при шлифования. Эти разработки защищены 2 патентами РФ. Получены расчетные зависимости для проектирования конструкций планшайб.
Разработанную методику расчета и назначения оптимальных параметров режима плоского шлифования по критерию оптимальности - максимальная стойкость абразивного инструмента, достигаемая за счет минимизации изменения макрогеометрии его рабочей поверхности во времени. Рассчитаны оптимальные нормативные параметры режима плоского шлифования для различных групп обрабатываемости материалов.
Методы исследований. Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории шлифования, теории колебаний, теории параметрической оптимизации, теории математического моделирования с широким использованием численно-аналитических методов аппарата математического анализа.
Экспериментальные исследования проводились на основе разработанных автором и стандартных методик в лабораторных и производственных условиях на современном оборудовании с применением методов дисперсионного и регрессионного анализов, статистических методов планирования экспериментов. Исследования проводились на специальных установках и модернизированных станках с использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры. При аналитических исследованиях, расчетах, обработке экспериментальных данных и проектировании операций шлифования использовался персональный компьютер.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Разработаны методы расчета амплитуд макрогеометрии рабочей поверхности инструмента и амплитуд коаксиальных колебаний инструмента, установленного в планшайбе для упругодинамического закрепления, в произвольный момент времени с учетом динамических свойств технологической системы, что создает возможность прогнозирования и управления процессами шлифования.
Создали технические решения способов обработки и средств технологического оснащения повышающие стойкость абразивного инструмента, улучшающие качество обработанной поверхности при одновременном увеличении интенсивности съема материала.
Разработана методика и прикладное программное обеспечение расчета и назначения оптимальных параметров режима плоского шлифования.
Предложены типовые технологии плоского шлифования, регламентирующие нормативные режимы высокопроизводительной обработки с применением разработанных средств технологического оснащения.
Разработанные на основе проведенных исследований рекомендации и технологическое оснащение внедрены в технологические операции шлифования наряде машиностроительных предприятий г. Перми. Общий экономический эффект от применения разработок составляет более 1,5 миллионов рублей.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались па научно-технических конференциях и семинарах, в том числе международных и
республиканских (Пермь - 2001; Волгоград - Волжский - 2001, 2002; С Петербург - 2002), ежегодных конференциях ПермГТУ (Пермь 2000-2003).
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на научно-техническом Совете ОАО «Пермский Моторный Завод» в 2002 году, и на совместном заседании кафедр «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» Пермского государственного технического университета в 2003 году.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 патента РФ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 171 страница, в том числе 168 машинописного текста, 60 рисунков, 14 таблиц, 118 наименований литературы.
