Введение к работе
Актуальность темі.і. По существующей технологии шлифование и полирование исполнительных прецизионных поверхностей плоскопараллельных деталей из металла, стекла, керамики, полупроводниковых и др. материалов проводится несвязанным абразивом в условиях силового замыкания с поочередным закреплением заготовок на приспособление посредством наклеенного вещества. Данный процесс является энергоемким, требует дополнительных затрат на вспомогательные материалы и отрицательно сказывается на качестве деталей вследствие их деформации при блокировке, а также ухудшает экологию соответствующего производства за счет выброса в атмосферу вредных канцерогенных веществ фенольной группы, которые образуются при нагреве наклеечной смолы.
Отмеченных недостатков можно избежать в случае применения метода двусторонней обработки. Поэтому создание новых схем технологического оборудования и разработка математических моделей процесса формообразования на нем, позволяющих выявить взаимосвязь между показателями качества деталей и регулируемыми параметрами станка, являются актуальными задачами. Использование предлагаемых в настоящей работе решений проблемы поверхностной обработки вносит определенный вклад в исследование влияния различных технологических параметров на съем материала с заготовки при получении деталей машин и приборов с плоскими прецизионными поверхностями, способствует уменьшению энергоемкости производства, что в целом приводит к повышению производительности процесса и снижению себестоимости продукции, а также улучшает экологические показатели окружающей среды.
В настоящее время практически отсутствуют приемы управления процессом двустороннего формообразования деталей с плоскими прецизионными поверхностями полноразмерным инструментом в условиях силового замыкания, которые учитывали бы влияние взаимосвязи наладочных параметров станка с технологической наследственностью заготовки, учитывающей характер распределения подлежащего удалению припуска по ее поверхности. Поэтому при решении вопросов, связанных с совершенствованием технологии изготовления деталей с плоскими поверхностями, и в особенности для двустороннего формообразования плоскопараллельных пластин, актуальным является разработка технологического оборудования, позволяющего гибко нзме-
пять характер съема материала по поверхности детали, а также осуществление математического моделирования закономерностей двусторонней обработки и создание на его основе методики выбора с помощью ЭВМ наиболее выгодных значений настроечных параметров станка. При этом потребовалось уточнить такую существенную проблему теории математического моделирования закономерностей процесса формообразования в условиях силового замыкания, как особенности распределения динамической эпюры давления в зоне контакта притирающихся поверхностей инструмента и детали в зависимости от скорости их относительного скольжения. Это позволило повысить степень корреляции теоретических и экспериментальных исследований и, сиедовательно, более точно определить рациональные диапазоны режимов работы станка, способствуя тем самым увеличению производи-^ телыюстп обработки и улучшению качества формируемой поверхности.
. Снизь с крупными научными программами и темами. Актуальность научно-технической проблемы подтверждается также выполнением работы по практической реализации разработанных теоретических основ в рамках государственных научно-технических программ "БелОптика" (задание 04.30) и "Триботехника" (задание 2.15).
Цель и задачи-исследования. Цель - разработка теоретических и прикладных основ двусторонней обработки деталей различной жесткости с прецизионными плоскопараллельными поверхностями путем установления взаимосвязи показателей качества и интенсивности съема припуска с параметрами процесса.
В соответствии с поставленной целью в работе необходимо было решить следующие задачи.
1, Создать технологическое оборудование для двусторонней обработки в условиях силового замыкания деталей различной жесткости с плоскими прецизионными поверхностями, позволяющее гибко управлять процессом съема материала с заготовки. '/ 2. Осуществить математическое моделирование закономерностей формообразования деталей с плоскими поверхностями на созданном прогрессивном технологическом оборудовании с учетом закономерностей движения звеньев исполнительного механизма в каждом конкретном случае.
3. Выявить количественные связи между параметрами рабочей зоны станка, инструмента и детали, их кинематическими и динамиче-
скими характеристиками и показателями качества обработанных поверхностей.
4. Разработать методику вьібора рациональных параметров про-* цесса двусторонней обработки в условиях силового замьїкаїіїїя деталей с прецизионными плоскими поверхностями с учетом характера распределения подлежащего удалению материала.
Объект и предмет исследовании. Объектом исследования являются закономерности двустороннего формообразования деталей различной жесткости с плоскими прецизионными поверхностями в условиях силового замыкания, позволяющие установить взаимосвязь между параметрами процесса обработки и показателями качества изделия.
Методология н методы проведенного исследовании. Теоретическая часть работы выполнена с использованием основных положений теоретической механики, теории механизмов и машин, оптики, технологии машино- и приборостроения. Численные исследопаїіия проводились на ЭВМ. Для экспериментальных исследовании приме- '' иялись опытные образцы созданного технологического оборудования. Измерения параметров обработанных деталей выполнялись интерференционным методом и с помощью стандартных измерительных устройств и приборов.
Научная новизна и значимость полученных результатов состоит в том, что
разработана математическая модель, позволяющая определить величину съема материала при обработке в условиях силового замыка- / пня плоских прецизионных поверхностей в зависимости от значения регулируемых параметров технологического оборудования в каждом конкретном случае;
выявлена зависимость характера распределения износа по обрабатываемой плоской поверхности, определяющего ее макропогрешность, от вида и величины наладочных параметров процесса и особенностей их реализации на предложенном технологическом оборудовании;
создана методика выбора наиболее выгодных режимов процесса v" двусторонней обработки деталей с плоскими прецизионными поверхностями в условиях силового замыкания с учетом характера распределения подлежащего удалению материала.
Практическая (экономическая, социальная) значимость полученных результатов заключается:
в созданных устройствах и станках для двусторонней обработки в условиях силового замыкания деталей разной жесткости с плоскими прецизионными поверхностями;
в прогрессивной методике изготовления деталей с плоскими прецизионными поверхностями в автоматическом режиме;
в использовании результатов работы в учебном процессе при подготовке студентов специальности "Оптические приборы и системы",
В качестве коммерческого продукта могут использоваться следующие результаты работы:
- созданные устройства для плавного изменения в автоматическом
режиме точки приложения и величины рабочего усилия, которые
предназначены для обработки плоских прецизионных поверхностей
-^деталей из металла, стекла, керамики, полупроводниковых и других материалов в условиях силового замыкания и могут быть смонтированы на серийно выпускаемых в Республике Беларусь станках с рычажным исполнительным механизмом;
-разработанный и изготовленный станок для двустороннего шли- v * фования, полирования и доводки по методу силового замыкания плоскопараллельных прецизионных деталей различной жесткости, изготовленных из металла, стекла, керамики, полупроводниковых и др. материалов";
- программы для расчета наиболее выгодных значений наладоч
ных параметров процесса двустороннего шлифования и полирования
пластин из различных материалов на созданном перспективном техно
логическом оборудовании.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту. Автор защищает разработку теоретических и прикладных основ процесса двустороннего шлифования и полирования деталей с плоскими прецизионными поверхностями в условиях силового замыкания, включающую:
- математическую модель, а также алгоритмы и программы чис
ленных исследований, позволяющие выявить наилучшее сочетание
геометрических, кинематических и динамических параметров разрабо
танного технологического оборудования, что способствует повыше
нию производительности процесса и качества обработки;
- теоретико-экспериментальные исследования процесса съема .
припуска с обрабатываемых поверхностей;
методику выбора наиболее выгодных режимов формообразова-'-' пия деталей с учетом характера распределения подлежащего удалению материала с заготовки;
новые технические решения, обеспечивающие более высокое качество обработанных плоских поверхностей, снижающие энергоёмкость и повышающие производительность процесса и улучшающие экологические показатели на соответствующих предприятиях.
Личный вклад соискателя заключается в разработке, изготовлении и апробации технических решений для шлифования и полирования по методу силового замыкания деталей различной жесткости с плоскими прецизионными поверхностями, а также в создании математической модели с алгоритмами для численных исследований законо мерностей съема материала и методики выбора наиболее выгодных наладочных параметров технологического оборудования.
Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы были доложены на 46...52 НТК Белорусской государственной политехнической академии (1993-1998), на международных научно-технических конференциях «Совершенствование процессов финишной: обработки в машино- и приборостроении, экология nv защйта'окружающей среды» (Минск, 1995), «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века» (Севастополь, 1999), «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий» (Волгоград, 1999).
Опубликоппнность результатов. По теме опубликовано 4 статьи в международной печати, 4 тезиса докладов на конференциях, 2 авторских свидетельства СССР на изобретение и 1 патент Российской Федерации.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, общую характеристику работы, пять глав, заключение, список использованной литературы и приложения. Включает 166 страниц текста, 44 иллюстрации, библиографию из 132 наименований и приложение на четырех страницах.