Введение к работе
Актуальность проблемы. Обработка металлов с помощью
лезвийного режущего инструмента (РИ) не только не вытесняется из
арсенала финишной обработки, но и теснит такие технологии как
шлифование. Появились новые технологии: сухая обработка,
высокоскоростная обработка, твердое точение. Постепенно переходит
в разряд станочных технологий обработки лезвийным РИ процесс
получения металлографических форм, который еще недавно широко
опирался на ручной труд высококвалифицированных художников -
граверов. Тонкое гравирование (ТГ) на станках с ЧПУ - совершенно
новое направление, которое еще не успело отработать оптимальные
технологические параметры и конструктивные формы. Это делает
актуальными исследования природы взаимосвязи процессов в зоне
пластического деформирования с генерируемыми сигналами и
силовыми характеристиками, что особенно важно в связи с
перспективой создания систем автоматического мониторинга и систем
с элементами адаптивного управления. Работы в этом направлении
позволят усовершенствовать технологию и повысить
конкурентоспособность оборудования, приоритет на которое принадлежит России. Создание систем автоматического мониторинга позволит улучшить условия труда оператора, которому в настоящее время приходится вести наблюдение за съемом микронных стружек.
Цель работы - совершенствование технологического процесса тонкого гравирования за счет системы мониторинга процесса резания, повышения автоматизации процесса.
Задачи исследования:
а. Исследовать механизм возникновения силовых и
виброакустических (ВА) сигналов при ТГ, выявить особенности
отображения в характеристиках этих сигналов таких функциональных
параметров процесса резания, как износ и поломки РИ, режимов
резания, характеристик обрабатываемого материала и снимаемой
стружки.
б. Разработать математическую модель процесса ТГ
относительно генерируемых сигналов и с ее помощью проверить
гипотезы о природе возникновения этих сигналов.
в. Оценить возможность использования характеристик
генерируемых при гравировании сигналов для диагностики и
мониторинга состояния процесса резания, определения моментов
возникновения предельного износа РИ и его поломок.
г. Исследовать влияние мест расположения первичных
преобразователей на упругой сМВЁММЦНОИйвмияінформативную составляющую характеристик р* гистрЦ!jjftflftf^нУналф относительно
состояния процесса резания. Разработать рекомендации по рациональному расположению первичных преобразователей на станке для реализации системы мониторинга в производственных условиях.
д. Разработать алгоритмы диагностирования функционального
состояния процесса гравирования и математическое обеспечение для
обработки сигналов на стадии экспериментальных исследований и в
составе системы мониторинга.
е. Разработать техническое задание на систему контроля,
диагностики и принятия решений для создаваемых станков для ТГ.
ж. Оценить требования к первичным преобразователям,
входящих в систему контроля и диагностики.
Методы и средства исследования: теоретические исследования выполнены на основе методов динамики станков, аппарата виброакустической диагностики, механики процесса резания и физики твердого тела с использованием теории дифференциальных уравнений, теорий вероятностей, с применением компьютерного моделирования. Экспериментальные исследования выполнены в производственных условиях на станке-стенде мод. МА6465СМФ4 на фабрике ГОЗНАК и в лаборатории ОАО «ЭНИМС». В процессе экспериментальных исследований применялись аттестованные средства измерения с использованием современной вычислительной техники, с компьютерной обработкой результатов.
Научная новизна работы заключается в:
выявлении на основании теоретических и экспериментальных исследований отличительных особенностей в формировании ВА сигналов и переменных составляющих силы резания на сверхнизких скоростях и глубине резания при ТГ;
определении причин импульсной природы ВА сигнала и переменной составляющей силы резания при ТГ, заключающихся в существовании процессов движения и торможения дислокационных скоплений, вызывающих скачкообразное движение микро- и макротрещин в зоне пластических деформаций, формирующих элементы стружки;
построении математической модели замкнутой динамической системы процесса ТГ, где учитывается случайный характер моментов релаксаций упругой энергии в зоне пластической деформации, адекватность которой подтверждена сравнением с экспериментальными данными;
установлении того факта, что случайная природа импульсов ВА сигнала при ТГ связана с соизмеримостью зоны пластических деформаций с размерами зерен обрабатываемых поликристаллических материалов, с анизотропией самих
кристаллов, со случайной ориентацией кристаллографических осей зерен материала и неоднородностью дислокационных полей в кристаллах;
выявлении характеристик сигналов, сопровождающих процесс ТГ, которые могут быть использованы в качестве диагностических, в определении условий их эффективного использования, для контроля износа и поломок РИ;
определении допустимых вариантов диагностических сигналов и мест размещения первичных преобразователей на станке для ТГ в зависимости от используемых режимов резания и обрабатываемых материалов, в предложении оригинальной конструкции щупа для съема ВА сигнала с вращающегося РИ;
разработке алгоритмов обработки диагностических сигналов, сопровождающих процесс ТГ, и принятия решений о регистрации координат РИ, его замене или переточке/
Практическая ценность и реализация результатов работы:
проведенные исследования позволили выявить основные закономерности отображения состояния РИ при ТГ в характеристиках диагностических сигналов, таких как ВА сигнал и сила резания. Даны рекомендации по выбору технических решений относительно установки первичных преобразователей на станке из числа встречающихся в мировой практике и тех, которые можно реализовать своими силами. Разработано техническое задание на систему мониторинга для модернизируемых и вновь создаваемых станков для ТГ. Техническое задание передано на фабрику ГОЗНАК. Разработанное для проводимых исследований математическое обеспечение для обработки контролируемых при резании сигналов было использовано в созданном в отделе №12 ОАО «ЭНИМС» мобильном диагностическом комплексе для контроля сложных технологических процессов.
Апробация работы. Основные положения работы
докладывались на 5-ой юбилейной международной выставке
«Машиностроение 2003», тема доклада «Оснащение
машиностроительных предприятий мобильными
вибродиагностическими комплексами» 17 сентября 2003г.; на кафедре «ТТМ» МГТУ «СТАНКИН» «Разработка системы виброакустической диагностики для гравировального станка», 2004 г.; основные разделы технического задания на систему диагностики изложены в отчете по теме «Поисковые работы по созданию виброакустических средств наблюдения за износом резцов. Техническое задание на устройство для автоматического определения координат поломки резца».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы и отчет.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 112 наименований и 2-х приложений. Содержит 175 страниц основного текста, 34 рисунка, 7 таблиц.
