CC BY
9
УДК 621.923.046, 621.9.04
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-258-266
АЛГОРИТМ САПР ОПЕРАЦИЙ БЕСЦЕНТРОВОГО ШЛИФОВАНИЯ НА ОСНОВЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ
О.П. Решетникова, Б.М. Изнаиров, А.Н. Васин, Д.Ю. Финогеев, Г.А. Семочкин
Статья посвящена разработке алгоритма САПР операций бесцентрового шлифования на основе расчетных моделей. Представленная блок-схема алгоритма предназначена для расчета параметров операций бесцентрового шлифования деталей цилиндрической и конической формы. В работе дано подробное описание каждого блока блок-схемы алгоритма. Сделан вывод о возможности разработки соответствующих компьютерных программ на различных языках высокого уровня, таких как, С+ + или РиИоп.
Ключевые слова: бесцентровое шлифование, САПР, программа, шлифование, моделирование.
В крупносерийном и массовом производстве широко используется и в качестве предварительного метода обработки, и в качестве финишной обработки прецизионных деталей бесцентровое шлифование [1]. Этот метод обработки характерен очень высокой производительностью и очень высокой экономической точностью операционных размеров. Согласно информации из многочисленных источников технической литературы, круглое наружное бесцентровое шлифование надежно обеспечивает точность диаметральных размеров по 5-му квалитету, шероховатость обработанной поверхности по параметру Яа - 0,3 мкм [1, 2]. Кроме того, в силу специфических особенностей схемы обработки, операции бесцентрового шлифования легко автоматизируются [2].
При всех своих достоинствах в среднесерийном производстве этот метод обработки практически не применяется. Основной, а может быть, и единственной причиной этого является очень трудоемкая наладка бесцентрово-шлифовальных станков, которая заключается в предварительной обработке пробных партий деталей, неоднократной подналадке технологической системы и повторной обработке пробных партий, после чего значительная часть пробных деталей удаляется в отходы производства. Такой метод наладки в условиях крупносерийного и массового производства является рентабельным и настолько удовлетворяет технологов, что у них не возникает потребности в создании каких-либо более эффективных методов. Но в среднесерийном производстве этот метод наладки эффективным быть не может, и его использование было бы абсурдным в том плане, что величина наладочной партии заготовок может быть того же порядка, что и производственная партия деталей, или даже может превосходить ее.
Тем не менее, учитывая, что 80%-85% всех металлообрабатывающих предприятий являются производителями серийной продукции, существенная потребность в использовании бесцентрово-шлифовальных станков и технологии бесцентрового шлифования в условиях среднесерийного производства, безусловно, есть. Необходимость интегрирования этого метода обработки в среднесерийное производство обусловлена не только его высокой производительностью, но и настоятельной потребностью прецизионной обработки по бесцентровой схеме относительно небольших партий деталей.
Для наладки и универсальных бесцентрово-шлифовальных станков, и бесцентрово-шлифовальных станков с ЧПУ на обработку ограниченной партии деталей требуется совершенно иной метод. Этот метод должен предусматривать при технологической подготовке операций выдачу технологу четких рекомендаций по назначению параметров рабочей зоны, параметров режима обработки, в зависимости от технических требований, и обоснованного прогноза результатов обработки. Такая информация может быть получена либо из массива справочных данных, либо в результате выполнения большого объема аналитических исследований.
Существующие на данный момент САПР для технологической подготовки операций шлифования не являются универсальными, рассчитаны на отдельные виды шлифования [3, 4. 5]. Для операций бесцентрового шлифования практически отсутствуют САПР, учитывающие технологические факторы и параметры рабочей зоны, что способствует появлению недопустимых погрешностей при обработке и брака. Именно это обстоятельство не просто затрудняет, а делает принципиально невозможным рентабельное использование этого метода обработки в среднесерийном производстве.
В данной статье показан результат выполнения комплекса работ по объединению имеющихся в монографической литературе результатов разрозненных аналитических исследований и впервые полученных авторами результатов оригинальных исследований [6, 7] в единый алгоритм системы автоматизированного проектирования операций бесцентрового шлифования на основе расчетных моделей.
Сначала формируется массив исходных данных, необходимых для аналитического определения величин наладочных параметров системы станок-приспособление-инструмент-деталь. Поскольку процесс бесцентрового шлифования имеет чрезвычайно сложный характер, количество исходных данных для аналитического расчета всех его параметров относительно велико.
Параметры рабочей зоны:
Вв - диаметр ведущего круга;
Р - угол наклона транспортирующей канавки ведущего круга;
ВШ - диаметр шлифовального круга;
ВКР - высота (ширина) шлифовального круга;
и - отношение диаметра заготовки к диаметру ведущего круга;
Ь / с - дробная часть отношения диаметра ведущего круга к диаметру заготовки;
й3 - номинальный диаметр заготовки;
й - номинальный диаметр обработанной детали;
Ьд - длина обрабатываемой детали.
Требования к точности обработанной детали:
ТЛ - допуск на диаметр обрабатываемой детали;
[Акр ] - допуск круглости; [ДогР ] - допуск огранки;
[Ла] - максимально допускаемое значение среднеарифметического отклонения микропрофиля;
[ А прод ] - допуск профиля продольного сечения.
Параметры характеристики шлифовального круга:
ДРБ - величина радиального биения ведущего круга;
201,202,203,204 - количество абразивных зерен на 1 мм2 поверхности шлифовального
круга;
й01, й02, й03, й04 - величина абразивных зерен (зернистость) шлифовального круга; К3 - величина радиуса округления абразивных зерен шлифовального круга. Параметры режима обработки:
¥КР - скорость резания (линейная скорость вращения шлифовального круга); ¥д - линейная скорость вращения ведущего круга;
S - продольная подача заготовки; t - глубина резания; пВ - частота вращения ведущего круга; 2 - припуск на обработку (на сторону). Дополнительные характеристики:
К - коэффициент уменьшения критического значения угла скоса опорного ножа
( К = 0,5 - 0,7);
К - коэффициент увеличения минимального значения угла скоса опорного ножа
атт ;
Л - коэффициент трения заготовки с опорным ножом; /2- коэффициент трения заготовки с ведущим кругом.
Алгоритм, блок-схема которого изображена на рис.16, предназначен для расчета параметров операции бесцентрового шлифования деталей цилиндрической и конической формы. В последнем случае за диаметр заготовки принимается наибольший диаметр конической части детали.
В первом и втором блоках выполняется присвоение значения дробной части отношения диаметра ведущего круга к диаметру заготовки и уточняется рациональное значение диаметра ведущего круга с целью обеспечения минимального значения погрешности профиля обработанной детали и максимального значения стойкости ведущего круга:
Ыс = ОЛ
Рис. 1. Первый блок
Г)в =БВ+Ыс
Рис. 2. Второй блок
В третьем и четвертом блоках выполняется вычисление рациональной величины превышения оси заготовки над плоскостью расположения осей ведущего и шлифовального кругов h и округление полученного значения до целого:
Рис. 3. Третий и червертый блоки
В пятом блоке выполняется вычисление рационального значения угла скоса опорного ножа О . Коэффициент К1 корректирует значение минимально допустимого угла скоса, повышая его до середины интервала допустимых значений:
Рис. 4. Пятый блок
В шестом и седьмом блоках выполняется определение расчетного значения врезной подачи БВР , в зависимости от заданного значения глубины резания, и присвоение ей ближайшего меньшего значения по паспорту используемого бесцентрово-шлифовального станка:
¿"„п — / /сое"
' ' И "
Присвоение ближайшего меньшего значения по паспорту станка
Рис. 5. Шестой и седьмой блоки
В восьмом блоке вычисляется величина превышения оси обработанной детали над плоскостью расположения осей ведущего и шлифовального кругов Ъ^, отличающаяся от Ъ вследствие снятия припуска на обработку и смещения детали по этой причине:
= А—— - *(1-зша)
Рис. 6. Восьмой блок 260
В девятом блоке вычисляется величина погрешности размера обработанной детали по диаметру %, возникающей из-за особенностей схемы ее базирования при бесцентровой обработке:
Рис. 7. Девятый блок
В десятом блоке выполняется сравнение вычисленной погрешности с допуском на операционный размер.
Рис. 8. Десятый блок
Если величина погрешности превышает допускаемое значение, программа одиннадцатым блоком корректирует значение угла скоса опорного ножа а в сторону уменьшения с шагом 0,1 • а , в связи с чем корректируется значение Н1, и расчет % повторяется в цикле до достижения соответствия величины погрешности размера условию % < 0,4 • ТЛ :
Рис. 8. Одиннадцатый блок
Для дальнейших расчетов принимается значение а и Н1, соответствующие условию: 0,4 • Г, .
В двенадцатом блоке выполняется расчет числа оборотов заготовки п , которые, при условии удаления полной величины припуска, она совершает до формирования суммарной погрешности формы А2:
и = г/я.
Рис. 9. Двенадцатый блок
В тринадцатом блоке выполняется расчет величины суммарной погрешности формы детали А2, образующейся вследствие неизбежного радиального биения ведущего круга АРБ:
Д, = А„г - сок"' агс$щ -
I \Dt-d:
))
Рис. 10. Тринадцатый блок
В четырнадцатом блоке вычисленное значение погрешности формы А2 сравнивается с допускаемым значением отклонения от круглости [Акр ]:
Рис. 11. Четырнадцатый блок 261
Если вычисленная погрешность превышает допускаемое значение, программа корректирует в сторону уменьшения величину радиального биения ведущего круга АРБ, которую необходимо обеспечить его правкой, с шагом 0,1 • АРБ, в связи с чем пятнадцатым блоком в цикле корректируется значение:
Рис. 12. Пятнадцатый блок
после этого расчет Д2 повторяется в цикле до достижения соответствия величины погрешности формы условию А 2 < [А кр ].
В шестнадцатом блоке, с целью дальнейшего определения погрешности профиля продольного сечения, задаются координаты точек профиля с экстремальными значениями отклонения профиля:
Рис. 13. Шестнадцатый блок
В семнадцатом блоке выполняется вычисление величины погрешности профиля обработанной детали в виде бочкообразности:
Рис. 14. Семнадцатый блок В восемнадцатом блоке вычисленная величина погрешности профиля продольного се-
чения А
ПРОД
сравнивается с ее допустимым значением:
Рис. 13. Восемнадцатый блок
Если вычисленная погрешность превышает допускаемое значение [ Апрод ], то девятнадцатым блоком программа корректирует значение глубины резания в сторону уменьшения с шагом 0,1 • t:
/ = 0,9-/
Рис. 15. Девятнадцатый блок
В результате этого в цикле повторяются расчеты с шестого по восемнадцатый блоки до достижения соответствия величины погрешности профиля продольного сечения условию:
А ПРОД < [ А ПРОД ] .
В двадцатом и двадцать первом блоках вычисляются дополнительные параметры A и H 0 для определения величины среднего арифметического отклонения микропрофиля обработанной детали и величины продольной подачи £ :
Рис. 16. Двадцатый и двадцать первый блоки
В двадцать втором блоке вычисляется величина среднего арифметического отклонения микропрофиля:
Яа = 0,206
Рис. 17. Двадцать второй блок
В двадцать третьем блоке выполняется сравнение вычисленной величины среднего арифметического отклонения микропрофиля Яа с его допускаемым значением [Яа]:
Рис. 18. Двадцать третий блок
Если вычисленное значение Яа превышает допускаемое значение [Яа], блоком 24 программа корректирует значение величины продольной подачи в сторону уменьшения с шагом 0,1 • £:
5 = 0,9.5
Рис. 15. Двадцать четвертый блок
В результате этого в цикле повторяются расчеты в двадцать втором и двадцать третьем блоках до достижения соответствия величины Яа условию: Яа < [Яа].
Двадцать пятый блок выполняет вывод на печать или на дисплей расчетных параметров рабочей зоны бесцентрово-шлифовального станка: к, а, Ов ; режимов обработки: £, БВР, ? и прогнозных результатов обработки: Ах, АПРОД, Яа ,%.
После этого программа заканчивает работу.
На рис. 16 показана полная блок-схема алгоритма системы автоматизированного проектирования операций бесцентрового шлифования на основе расчетных моделей.
Приведенный на рис.16 алгоритм позволяет разрабатывать соответствующие компьютерные программы на различных языках высокого уровня, например, С++ или Р^оп, позволяющих относительно просто встраивать в них в качестве подпрограмм управляющие программы на бесцентрово-шлифовальные станки с ЧПУ.
Заключение. При использовании универсальных бесцентрово-шлифовальных станков предлагаемая система автоматизированного проектирования операций бесцентрового шлифования на основе расчетных моделей позволяет предельно быстро получить, исходя из технических требований, рациональные значения наладочных параметров и наладить станок и в условиях массового, и в условиях среднесерийного производства.
Последнее обстоятельство является значительным достижением и впервые дает возможность использовать исключительные достоинства метода бесцентрового шлифования при финишной обработке ограниченных партий прецизионных деталей.
Статья подготовлена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук № МК-3287.2022.4.
Список литературы
1. Бесцентровое шлифование // под ред. З.И. Кремня. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1986. 92 с.
2. Ашкиназий Я.М. Бесцентровые круглошлифовальные станки. М.: Машиностроение, 2003. 352 с.
3. Переладов А.Б., Камкин И.П. Разработка САПР «ШЛИФДИЗАЙН» // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы: Сборник статей Международной научно-технической конференции Шлифабразив-2014, Волгоград, 09-10 сентября 2014 года. Волгоград: Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет, 2014. С. 145-149.
4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018619811 Российская Федерация. Программа для расчета силы резания и температуры внутреннего шлифования: № 2018616915: заявл. 02.07.2018: опубл. 13.08.2018 / Н. Н. Порохнова, А. А. Непого-жев, И. Ю. Харитонов [и др.]; заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» (КузГТУ).
5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015618136 Российская Федерация. САМ-модуль круглого врезного шлифования на основе использования двухступенчатых циклов: № 2015613337: заявл. 23.04.2015: опубл. 31.07.2015 / Л. В. Шипулин, А.А. Дьяконов; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ)).
6. Решетникова О.П., Изнаиров Б.М., Васин А.Н., Белоусова Н.В., Панфилова А.В. Определение погрешности операционного размера при бесцентровом шлифовании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 5. С. 355-362.
7. Определение рациональных параметров рабочей зоны при бесцентровом шлифовании / О. П. Решетникова, Б. М. Изнаиров, А. Н. Васин [и др.] // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2020. № 5(107). С. 23-28. DOI 10.30987/2223-4608-2020-5-23-28.
Решетникова Ольга Павловна, канд. техн. наук, доцент, olgareshetnikova1@yandex.ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Изнаиров Борис Михайлович, канд. техн. наук, доцент, bageev1@mail. ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Васин Алексей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, vasin@sstu.ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Финогеев Даниил Юрьевич, магистрант, daniil. sstu@gmail. com, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Семочкин Геннадий Анатольевич, аспирант, gena-79@inbox.ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
DEVELOPMENT OF A CAD FLOWCHART FOR CENTERLESS GRINDING OPERATIONS BASED
ON COMPUTATIONAL MODELS
O.P. Reshetnikova, B.M. Iznairov, А.N. Vasin, D.Yu. Finogeev, G.A. Semochkin
The article is devoted to the development of a CAD flowchart of centerless grinding operations based on computational models. The presented block diagram of the algorithm is designed to calculate the parameters of centerless grinding of cylindrical and conical parts. The paper gives a detailed description of each block of the flowchart. The conclusion is made about the possibility of developing appropriate computer programs in various high-level languages, such as C++ or Pithon.
Key words: centerless grinding, CAD, program, grinding, modeling.
Reshetnikova Olga Pavlovna, candidate of technical sciences, docent, olgareshetniko-va1@yandex.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Iznairov Boris Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, bageev1@mail.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Vasin Alexey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, vasin@sstu.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Finogeev Daniil Yurievich, master, daniil.sstu@gmail.com, Russia, Saratov, Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin,
Semochkin Gennady Anatolevich, postgraduate, gena- 79@inbox. ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
