Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ вопросов, связанных с управлением геометрическими параметрами и физико-механическими свойствами поверхностного слоя деталей машин 19
1.1 Влияние параметров, характеризующих качество обработки поверхностей, на эксплуатационные свойства деталей машин 19
1.2 Влияние режима резания, на показатели характеризующие шероховатость, размерную точность и точность профиля обработанной поверхности 22
1.3 Состояние вопроса назначения режима обработки деталей резанием, обеспечивающих требуемые показатели качества обработанной поверхности 28
1.4 Задачи исследования и научная новизна работы 34
Выводы по главе 1 36
2. Математическое моделирование процесса точения с учетом динамически изменяющихся параметров обработки 37
2.1.Технологические факторы, влияющие на выходные характеристики токарной обработки заготовок сложной конфигурации с переменным припуском 37
2.2 Технологические факторы, влияющие на выходные характеристики токарной обработки заготовок независимо от их конфигурации 41
2.3 Принципы моделирования процесса точения с учетом изменяющихся условий обработки 51
Выводы по главе 2 73
3. Аналитическое определение основных характеристик процесса токарной обработки материалов 74
3.1 Методология аналитического определения выходных характеристик процесса лезвийной обработки материалов 77
3.2 Аналитическое определение жесткости технологической системы при осуществлении процесса точения 89
3.2.1 Определение статистической жесткости технологической системы при осуществлении процесса точения 89
3.2.2 Определение коэффициента динамичности технологической системы в анализируемых условиях токарной обработки 93
3.3 Определение параметров сечения среза, угла схода стружки и действительных углов режущего инструмента при несвободном резании материалов 95
3.3.1 Определение параметров сечения среза и угла схода стружки при несвободном резании материалов 95
3.3.2 Определение действительных значений переднего и заднего углов режущего инструмента при несвободном резании материалов 104
3.4 Расчет критериальных комплексов Е, Д Г", И, Да, Nu, Б, Б0, Бо(сотс) и определение оптимальной по размерной стойкости ин струмента скорости резания Vu 106
3.4.1 Определение критерия Нуссельта 107
3.4.2 Определение критерия подобияД, 108
3.5 Аналитическое определение температурно-силовых характеристик процесса токарной обработки материалов 110
3.5.1 Определение составляющих силы резания Р^о), Рг(о) 1 И
3.5.2 Определение температуры резания @р 112
3.6 Аналитическое определение параметров износа и периода стойкости режущего инструмента 114
3.6.1 Относительный линейный износ режущего инструмента йод 1 16
3.6.2 Расчет критического износа режущего инструмента h.i(Kp)... 118
3.6.3 Определение критического периода стойкости режущего инструмента Ткр 119
3.6.4 Определение коэффициента пропорциональности К между характеристиками износа h3 и hr 121
3.7 Аналитическое определение размерной точности и шероховато сти обработанной поверхности 123
3.7.1 Математическая модель суммарной погрешности токарной обработки деталей , 123
3.7.2 Аналитическое определение параметров шероховатости поверхностного слоя, формируемого при токарной обра ботке 129
Выводы по главе 3 132
4. Апробация разработанной методики управления выходными характеристиками процесса точения и созданной на ее основе САПР ТП 133
4.1 Расчетная проверка сходимости и надежности разработанной методики 133
4.2 Экспериментальная проверка разработанной методики 141
4.3 Апробация и использование разработанной САПР ТП в производственных условиях 147
Выводы по главе 4 154
Выводы по работе 156
Список литературы
- Влияние режима резания, на показатели характеризующие шероховатость, размерную точность и точность профиля обработанной поверхности
- Технологические факторы, влияющие на выходные характеристики токарной обработки заготовок независимо от их конфигурации
- Определение статистической жесткости технологической системы при осуществлении процесса точения
- Экспериментальная проверка разработанной методики
Введение к работе
В настоящее время до 75% предприятий отечественного машиностроения выпускают продукцию, которая по своему характеру является серийной и мелкосерийной [1-4]. Ежегодно на каждом из таких предприятий выполняются десятки и сотни заказов на новые изделия, при этом номенклатура деталей, входящих в отдельные новые изделия, достигает 150 тысяч наименований и более.
Следует также отметить, что конкурентоспособность любого предприятия, независимо от формы собственности и размеров, зависит в первую очередь от качества его продукции и соответствия ее цены с предлагаемым качеством.
В этих условиях успех производителя зависит от скорости его адекватной реакции на запрос потребителя. Производителю необходимо сократить время подготовки к выпуску намеченной продукции, одновременно обеспечив ее высокое качество и низкую себестоимость технологического процесса.
Постоянно возрастающая номенклатура выпускаемых изделий с одновременным усложнением их конструкции и технологии изготовления вызывают необходимость использования для механической обработки этих изделий станков с ЧПУ, т. к. в условиях серийного и мелкосерийного машиностроительного производства именно станки с ЧПУ позволяют быстро перейти на выпуск новой продукции или её модернизацию при одновременном повышении производительности труда и снижении себестоимости производственного процесса.
Так как в отечественном машиностроении наиболее распространенным видом механообработки является процесс точения, то, учитывая вышеизложенные обстоятельства и тенденции, можно констатировать, что проблема научно обоснованного выбора наиболее рациональных технологических условий осуществления токарной обработки деталей машин и механизмов на стайках с ЧПУ, обеспечивающих повышение точности и качества поверхностного слоя этих деталей при одновременном повышении технико-экономических показателей производства, является важной и актуальной, представляющей не только научный, но и значительный практический интерес. Российскими и зарубежными учеными достигнуты значительные успехи в данной области, однако некоторые аспекты теории и практики назначения рациональных технологических условий токарной обработки деталей требует дальнейшего рассмотрения.
В частности, это относится к обработке сложнопрофильных поверхностей, являющейся частным случаем нестационарных процессов резания. Интерес к указанной проблеме со стороны инженерно-технических работников предприятий неслучаен, так как, судя по результатам теоретико-экспериментальных исследований, проведенных в последние годы, здесь заложен мощный, но недостаточно используемый резерв дальнейшего повышения рентабельности машиностроительного производства.
Исследования и практический опыт авторитетных ученых свидетельствуют об изменении параметров процесса резания непосредственно во время механической обработки [8-10]. Причинами нестабильности процесса резания являются нарастающий во времени износ резца, изменение действительных геометрических параметров инструмента, диаметра обработки, жесткости системы резания вдоль обрабатываемой поверхности и др. Таким образом, постоянные режимные условия не могут являться оптимальными на протяжении всей обработки анализируемой поверхности при нестационарных процессах резания.
В настоящее время задача повышения технико-экономической эффективности нестационарных процессов резания решается одним из перечисленных ниже способов:
- назначением переменных режимных условий обработки с использованием эмпирических методик и методик, учитывающих только один переменный параметр;
— путем использования узкоспециализированных станков (например, сферотокарных) или приспособлений (например, поворотный суппорт);
- использованием систем адаптивного управления процессом резания. К сожалению, все упомянутые способы не лишены существенных недостатков.
При использовании эмпирических методик назначением переменных режимных условий обработки отсутствует комплексный учет переменных параметров (как правило, учитывается только один). Кроме того, использование зависимостей упрощенного вида, может приводить к снижению достоверности расчета режимов резания.
Специализированные станки и приспособления обеспечивают постоянство некоторых параметров. Например, жесткости детали (люнет), угла между осью резца и касательной к обрабатываемой поверхности (сферо-токарные станки и поворотный суппорт) и т.д. Однако они не обеспечивается постоянства прочих переменных параметров, применительно к обработке сложнопрофильных поверхностей часто являются узкоспециализированными и требуют дополнительных капиталовложений.
В настоящее время создано большое количество системы адаптивного управления (САУ), существенно отличающихся друг от друга [5-16]. Динамическое изменение режимных условий обработки в САУ происходит на основе постоянного мониторинга процесса резания, что позволяет учитывать даже те факторы, которые является неизвестными на этапе технической подготовки производства (777/7). Это является существенным плюсом по сравнению с методиками назначении режимов резания на стадии ТПП, основываясь исключительно на информации полученной до начала обработки.
В то же время, несмотря на определенные преимущества систем адаптивного управления процессом резания, существует и ряд недостатков, значительно ограничивающих возможность их широкого практиче ского использования в сфере машиностроительного производства. Основной недостаток заключается в высокой стоимости данных систем, сопоставимой со стоимостью металлорежущего оборудования, на котором устанавливаются указанные системы. Кроме того, как указывалось выше, созданы и продолжают создаваться новые САУ существенно отличающиеся друг от друга, что свидетельствует об их узкой специализации.
Другими недостатками адаптивных систем управления являются сложность их технического обслуживания, а также длительный процесс отладки и настройки этих систем, приводящий к увеличению времени технологической подготовки производства новой и модернизируемой продукции. Установка контрольно-измерительной аппаратуры на станке приводит к снижению жесткости технологической системы и к увеличению уровня вибраций.
Еще одним недостатком САУ является отсутствие возможности использования сложного математического аппарата и современных аналитических зависимостей из-за ограничения времени отклика, что снижает достоверность расчетов.
Использование САУ является экономическим обоснованным только в случае если априорной информации об управляемом процессе токарной обработкой (то есть информации имеющейся на стадии 777/7) недостаточно для обеспечения заданных характеристик качества обработанной поверхности.
В связи с этим наиболее перспективным способом решения указанной проблемы является научно обоснованное назначение переменных режимных условий резания на стадии ТПП при комплексном учете всех переменных параметров процесса точения. Такой подход позволит совместить высокое качество обработки, достигаемого при применении САУ, с низкой себестоимостью и быстротой технологической подготовки производства. Кроме того, поскольку режимы резания, расход инструмента и результаты обработки известны на стадии ТПП, это позволяет точнее плани ровать осуществление производственного процесса, что также приводит к повышению экономической эффективности производства.
Указанный способ решения проблемы возможен только при наличии соответствующих аналитических методик (теоретического или теоретико-экспериментального характера), позволяющих определять выходные характеристики механической обработки материалов расчетным путем без проведения каких-либо дополнительных (как правило, дорогостоящих, длительных и трудоемких) экспериментальных исследований. Создание такого рода методики, основанной на аналитической модели процесса резания, является сложнейшей научно-прикладной задачей, ввиду значительной сложности самой технологической системы и протекающих в ней процессов.
В настоящее время, как в нашей стране, так и за рубежом опубликовано большое количество работ по проблеме аналитического определения параметров качества поверхностей изготовляемой детали при осуществлении различных видов механической обработки. Среди этих работ следует особо отметить широко известные монографии Балаюпина Б.С, Колева К.С, Корсакова К.В., Соколовского А.П., Маталина А.А., Базрова Б.М., Безъязычного В.Ф., Суслова А.Г. и др. [17-30]. Благодаря достижениям в области теории и практики обработки материалов резанием, задача создания и применения на практике надежной и точной аналитической модели процесса резания становится не только возможной, но и достаточно актуальной [30-34].
Учитывая вышеизложенное сформулирована цель диссертационной работы: повышение технико-экономической эффективности токарной обработки спожнопрофильных поверхностей деталей на станках с ЧПУ при условии обеспечения заданной размерной точности, точности формы профиля продольного сечения и шероховатости обработанных поверхностей путем научно обоснованного назначения на стадии тех нологической подготовки производства функционально изменяемого режима резания (V, s, t).
Отличительными особенностями данной исследовательской работы являются: во-первых, управление выходными параметрами обработки без применения САУ, в том числе при обработке деталей имеющих сложный профиль обрабатываемой поверхности и переменную величину припуска; во-вторых, возможность поддержания постоянных выходных характеристик процесса механической обработки, а также получение перечисленных характеристик, изменяющихся по заданному закону.
В работе [9] рассматривается назначение режимных условий обработки на стадии ТПП при помощи использования вариационного исчисления. Однако такой подход связан с рядом сложностей. В первую очередь следует отметить отсутствие возможности использования ограничений в виде неравенств, на что указывает даже автор данной работы. Во-вторых, затруднено использование кусочно-заданных аналитических зависимостей. В-третьих, отсутствует возможность использования зависимостей заданных не в виде функций (например, изменение отдельных параметров могут быть заданы в виде некоторой модели).
В связи с этим выбор режимных условий резания производится в ходе поэтапного моделирования процесса точения. С этой целью обрабатываемый участок разбивается на ряд зон (их количество выбирается исходя из требования достижения высокой точности выполняемого прогноза). Моделирование токарной обработки позволяет точнее учесть особенности нестационарных процессов резания (в том числе и износа режущего инструмента) при нестационарном процессе резания и также является отличительной особенностью данной диссертационной работы.
Влияние режима резания, на показатели характеризующие шероховатость, размерную точность и точность профиля обработанной поверхности
Значительное влияние технологических условий обработки на качество поверхностного слоя и точность изготовления детали, является очевидным фактом. Иными словами, параметры качества обработанной поверхности в значительной мере определяются режимом резания, геометрией режущего инструмента, физико-механическими свойствами обрабатываемых и инструментальных материалов, а также другими параметрами процесса резания. Проблеме установления аналитических зависимостей между отдельными показателями качества поверхностей и технологическими параметрами процесса обработки посвящено большое количество работ [8, 35, 36, 43-54]. В результате этих исследований учеными получены различные аналитические зависимости и уравнения, учитывающие влияние тех или иных технологических параметров процесса резания на основные показатели качества обработанной поверхности.
Механизм образования микронеровностей при лезвийной обработке конструкционных материалов и, в частности, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, подчиняется общим закономерностям, физический смысл которых заключается в том, что форма микронеровностей в первом приближении определяется профилем и траекторией движения формообразующей части режущего лезвия инструмента (т.е. режущей кромкой). На полученный профиль накладываются искажения, вносимые пластическими деформациями в зоне резания, трением и задирами по задней грани инструмента, а также вибрациями. Однако при резании жаропрочных сталей и сплавов имеются и особенности, влияющие на процесс образования шероховатости поверхности, к которым относится, например, наличие более или менее стабильного нароста, образующегося при резании, со слабо выраженным явлением срыва, что благоприятно сказывается на шероховатости получаемой поверхности.
Применительно к расчету величины шероховатости поверхности имеются различные зависимости, как теоретические, разработанные на основе геометрических построений и аналитических выкладок, так и эмпирические, установленные путем корреляционного анализа экспериментальных данных.
Впервые уравнение для расчета шероховатости обработанной поверхности было предложено профессором В.П. Чебышевым
Как видно, данное уравнение устанавливает зависимость между параметром Rz, подачей s и радиусом при вершине резца г и, несмотря на его внешнюю простоту, в ряде случаев дает удовлетворительный результат при расчетах. Например, в работе [57] предлагается использовать зависимость (1.1) для расчета шероховатости обусловленной геометрией инструмента в тех случаях, когда используется только радиусная часть режущей кромки,
Для расчета высота неровностей обработанной поверхности при обработке резцом, имеющим радиус при вершине резца г отличный от нуля, в работе [49] предлагается следующее выражение
Как показывает анализ, данное выражение справедливо лишь для случая, когда профиль обработанной поверхности формируется радиусной частью резца и его вспомогательной режущей кромкой, а величиной шероховатости, не обусловленной геометрией инструмента, можно пренебречь.
Более сложными, и имеющими широкое применение, являются зависимости, полученные профессором Исаевым А.И. па основе анализа влия ния геометрических параметров инструмента на образование неровностей обработанной поверхности [50]. Эти зависимости имеют интервальный характер построения. Так, например,
Данные зависимости учитывают большое количество параметров процесса резания, однако они не учитывают влияние глубины резания, физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов, других параметров процесса обработки и, в ряде случаев, имеют достаточно большие расхождения с результатами экспериментальных исследований.
Имеется ряд аналитических зависимостей степенного вида, связывающих параметры шероховатости с технологическими условиями обработки, в основе которых лежат многочисленные экспериментальные исследования, например, при наружном продольном точении заготовки из стали 45 могут быть использованы следующие зависимости [48]: R. =0,16-а л0\г» , (1.4) sQ3.(90 + Y)o,66 г0,29 ру( Sm -0,16 - . (1.5)
Однако эмпирические зависимости, несмотря на их простой вид, имеют ограниченное применение, так как для каждой пары инструментального и обрабатываемого материалов (а зачастую и для различных условий обработки данной пары) требуются свои зависимости, а для их получения необходимо произвести большое количество экспериментальных исследований.
Технологические факторы, влияющие на выходные характеристики токарной обработки заготовок независимо от их конфигурации
Основополагающая стратегическая задача современного машиностроительного производства может быть сформулирована следующим образом - обеспечение заданной геометрической точности и характеристик качества поверхностного слоя деталей при максимальной производительности труда и минимальных производственных затратах.
Одним из препятствий на пути решения поставленной задачи является изменение технологических условий обработки при осуществлении анализируемого процесса резания. Изменение технологических условий происходит под влиянием ряда факторов, к числу которых следует отнести: разогрев обрабатываемой заготовки и режущего инструмента, в результате значительного тепловыделения сопровождающего анализируемый процесс резания, приводит к удлинению резца и расширению заготовки, вследствие температурных деформаций; нарастающий износ режущего инструмента в совокупности с температурными деформациями вызывает изменение глубины резания, а также (е результате изменения геометрии режущей части инструмента) влечет за собой увеличение сил трения, изменение угла схода стружки и, как следствие, изменение темпера-турно-силовых условий в зоне резания; изменение жесткости технологической системы резания по длине обрабатываемого участка изготавливаемой детали.
Рассмотрим, как влияют вышеперечисленные факторы на размерную точность и качество поверхностного слоя изготавливаемых деталей.
Обратимся с этой целью к простейшему виду токарной обработки материалов — процессу продольного точения вала, закрепленного в патроне станка с поджатием центром задней бабки {см. рис. 2.5).
Исходные условия обработки примем следующие: режущий инструмент - проходной токарный резец (острозато-ченный); обрабатываемая заготовка - сплошной вал длиной Ld с постоянным наружным диаметром обработки - d, мм; обработка ведется с торца, обращенного к центру задней бабки; длина обрабатываемого участка — L, мм; режим резания: os продольная подача инструмента, мм/об; о t- заданная глубина резания, мм; on- частота вращения шпинделя станка, об/мин; скорость резания на анализируемом участке обработки - V (м/с) определяется при заданных значениях п и d следующим образом 7i-(d)-n V = - — (2 П 60-1000 к }
Как известно, при осуществлении процесса лезвийной обработки материалов элементы системы резания подвергаются упругим деформациям под влиянием силы резания (рис. 2.6).
В связи с этим, для того, чтобы в начальный момент лезвийной обработки действительная глубина резания td соответствовала заданному значению глубины резания /, необходимо с помощью лимба суппорта произвести установку режущего инструмента на исходную глубину резания t,„ мм (см. рис. 2.6) tH=t + AtH; (2.2) где t - заданное (номинальное) значение глубины резания, мм; AtH - ожидаемое отжатие обрабатываемой заготовки от используемого инструмента под воздействием радиальной составляющей силы резания в начальный период процесса точения, мм. Численное значение вышеуказанного параметра AtH может быть определено по следующему аналитическому выражению [19, 20, 76-80] At„ = Ру-Цд (2.3) сист где Ру - радиальная составляющая силы резания R, Н; цд - коэффициент динамичности технологической системы резания; Jcucm — суммарная статическая жесткость технологической системы резания в зоне прижима обрабатываемой заготовки центром задней бабки, Н/мм. Если перед началом осуществления анализируемого процесса токарной обработки будет установлена исходная глубина резания t„ {см. рис. 2.6), то осуществление реального процесса точения начнется с действительной глубиной резания - td, равной заданной
Определение статистической жесткости технологической системы при осуществлении процесса точения
При осуществлении процессов несвободного резания, когда в работе помимо главной режущей кромки принимают участие переходная и вспомогательная рсжушие кромки (рис. 3.6), определение параметров сечения среза, угла схода стружки и действительных углов режущего инструмента имеет ряд особенностей. Во-первых, процесс несвободного резания не относится к случаю плоской деформации. Во-вторых, направление сдвигов в зоне стружкообразования и направление схода стружки при несвободном резании зависят от длины работающих участков режущих кромок инструмента и их взаимного расположения, что, в свою очередь, определенным образом влияет на значения размеров сечения среза и на ряд других параметров анализируемого процесса обработки.На основании теоретических и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных ученых [49, 102-107] толщину среза, при осуществлении процесса несвободного резания, принято измерять в направлении схода стружки. Шириной среза в этом случае будет являться отрезок, соединяющий крайние точки работающих кромок, т.е. отрезок MN (рис. 3.6), поскольку в соответствии с принципом наименьшего сопротивления [108-110], исходя из условия статического равновесия сходящей стружки под действием сил со стороны передней поверхности режущего инструмента [103-106], только этот отрезок перпендикулярен направлению схода стружки и одновременно отражает действительные размеры работающих участков режущих кромок инструмента [102, 103, 105, 106, 111],
Если считать, что шириной среза при несвободном резании является отрезок MN (рис, 3.6), то среднее значение толщины среза а;, будет определяться следующим образом а, fH-f, t-s-fr t MN MN MN V t j (3.29) где ffl - номинальная площадь поперечного сечения среза {fH = st \ мм ; /г - площадь сечения гребешка неровности обработанной поверхности (рис. 3,6), мм2; s, і — соответственно подача и глубина резания; MN - длина отрезка, соединяющего крайние точки работающих участков режущих кромок инструмента, мм.
В общем случае, может использоваться инструмент частично изношенный как но передней, так и по задней поверхности (рис. 3.7). Износ режущего инструмента приводит к изменению конфигурации его режущих кромок, формы и высоты образующихся на обработанной поверхности неровностей профиля и, соответственно, параметров сечения среза, суммарной длины работающих участков режущих кромок инструмента и угла схода стружки. Износ резца по задней поверхности [53, 82]
Помимо величины износа режущего инструмента на і-еометрические параметры сечения среза (af hi) и угол схода стружки ц при лезвийной обработке влияние оказывают главный передний угол инструмента у и угол наклона главной режущей кромки Л [95, 99]. Влияние указанных факторов на параметры сечения среза и угол схода стружки обусловлено тем, что при их варьировании происходит изменение формы, размеров и площади () образующихся неровностей профиля на обработанной поверхности заготовки, а также изменение положения крайней точки контакта N вспомогательной режущей кромки инструмента с обработанной поверхностью заготовки (рис. 3.6), что, в конечном итоге приводит к изменению значений параметров сечения среза. Последнее подтверждается результатами экспериментов описанных в работе проф. Козлова В.А. [95], в ходе которых (путем высокоскоростной фотосъемки зоны стружкоабраювания) определялся угол схода стружки г; при широком диапазоне изменения технологических условий анализируемых процессов резания.
В работе [95] получены зависимости, позволяющие рассчитать величину параметров сечения среза (a!f hi) и угла схода стружки // с учетом подачи sy глубины резания t, параметров режущего инструмента: углов р, cp!f у и Я, а также радиуса при вершине режущего инструмента г и величины износа инструмента по задней поверхности (в области вершины) hf. Данные аналитические зависимости хорошо согласуются с экспериментальными данными и неоднократно использовались при создании САПР ТП используемых рядом предприятия. Однако следует отметить, что эти зависимости не учитывают особенностей точения сложнопрофильных поверхностей. Как показал проведенный автором анализ других выражений [49, 76, 102-107, 112-114] предназначенных для расчета параметров сечения среза (а}, Ъ\) и угла схода стружки rf, они также не учитывают влияние уїла наклона анализируемого участка обрабатываемой поверхности детали к ее оси ц/ (рис. 3.8). Отличие обработки сложнопрофильных поверхностей от точения прямолинейных участков заключаются в изменении реальных (рабочих) углов режущего инструмента (рл rph из-за наклона обрабатываемой поверхности, а также наличии двух составляющих подачи s = sx+sy = sx/cos(\/). Кроме того, в работе участвуют (и соответственно изнашиваются) участки режущих поверхностей отличные от тех которые используются при точении цилиндрических поверхностей. Благодаря последнему обстоятельству, форма режущей части изношенного резца после обработки {а также во время обработки) сложнопрофильной поверхности будет отличной от обработки поверхности при \\f = 0.
Экспериментальная проверка разработанной методики
При обработке на первом участке использовались фиксированные режимные условия (s = 0,2 мм/об, п = 400 об/мин) и функционально изменяемые режимные условия. В одном случае изменялись подача и скорость {подача инструмента s изменялось незначительно в диапазоне 0.2-0.18, график изменении числа оборотов п приведен на рис. 4.9). Во втором случае изменялись /7, s и глубина резания /. Перед началом обработки на расчетных режимах, с целью предотвращения отжатия резца и заготовки в начале обработки выполнялось позиционирование резца согласно процедуре описанной в главе 2.
При обработке с изменением К, s и t кроме минимизации отклонения размеров и формы сечения среза было наложено ограничение на величину шероховатости обработанной поверхности R не более 4 мкм.
Также было установлено, что на участке с плавным изменением припуска и режимных условий резания (0 мм - 160 мм) в первом случае изменение величины шероховатости не превышает 15% [разброс по Ra: 4,5 мкм — 5,4 мкм\ во втором случае измерение величины шероховатости дало разброс Ra3.b-A мкм На втором участке (170 — 210 мм) обрабатываемой поверхности длиной 40мм были использован режим, обеспечивающий закономерно изменяющуюся шероховатость: Р = 4 мкм в начале участка и Rg = 8 мкм в конце участка. Результаты замеров выполненных после осуществления обработки этого участка с использованием режимов, представленных в таблице 43, приведены на рис. 4.12. На рисунках 4.15, 4.16 представлены профило-граммы снятые с помощью портативного прибора для измерения шероховатости поверхности TIMETR200 (№20666 в Государственном реестре средств измерения) (см. рис. 4.13, 4.14).
Запорный кран является деталью с шаровой поверхностью, к качеству которой предъявляются высокие требования. Существует большое ко-личество различных по размерам и используемому материалу моделей данной детали, на рис, 4.17 представлена одна из них (материал I2X18H9T). Требования на токарную обработку данной детали: Rz - 6,3 мкм, диаметр d — 151_о,о4 мм, отклонение от заданного профиля 0,025 мм {после токарной обработки выполняется шлифование).
Рассмотрим пример приведенный на рис. 4Л7. Для обработки данной детали на сфероточилъном станке использовался фиксированный режим резания. При этом имелись проблемы с жесткостью далеко выдвинутого цангового зажима, в результате чего использовались следующие режимные условия: s = 0.1 мм/об, V = 1 м/с. Обработка на сфероточилъном станке выполнялась в силу того, что для станка с ЧПУ не удавалось подобрать режим резания удовлетворяющий заданным ограничениям.
Для деталей данной группы был выполнен расчет режимов обработки для последнего (чистового) прохода и составлены проіраммьт для стан ков с ЧПУ с помощью САПР ТП "Verwaitung", при этом в качестве целевой функции была выбрана минимизация себестоимости токарной операции. Согласно расчетам, которые были подтверждены проведенными позднее замерами, используемым резцом (проходной резец Т15К6) без переточки можно обработать 5 деталей. Расчет был выполнен для каждой 5-ти деталей с учетом нарастания износа резца (в програліме это делается автоматически указаниєлі выполнять расчет до критического затупления резца). Ниже на рис. 4.18 - 4.20 приведены рассчитанные режимные условия обработки (V, sx). Соответственно такая коррекция была выполнена- Следует пояснить, что обработка сферической поверхности велась при помощи выдачи последовательности команд на обработку дуг окружности. Коррекция заключалась в изменении координат базовых точек (координаты Y для точек начала а конца дуги), по которым строились сегменты окружности, без изменения ее радиуса.
По результатам замеров проведенных после обработки отклонение от заданного профиля не превышало 0,02 мм, что полностью удовлетворяет заданным требованиям.
В результате применения данного метода удалось исключить из технологического процесса дополнительное оборудование в виде сферото-чильного станка, а также повысить среднюю производительность данной токарной операции в 3,5 раза. Кроме того, в 1,7 раза был увеличен срок работы резца без переточки (с 3-х до 5-ти деталей).
Данная методика также была применена для расчета режимных условий обработки сложнопрофильных поверхностей ряда деталей изготавливаемых на ЯМЗ [ОАО "Аетодизель"), см. рисунки 4.23-4.27. На диаграммах показано процентное соотношение себестоимости и производительности чистовой токарной обработки рассматриваемых сложнопрофильных поверхностей, на постоянных режимах резания (закрашено белым цветом) и переменных (серым цветом).
