CC BY
16
УДК 621.91
В. П. Бахарев, А. С. Верещака, М. Ю. Куликов, С. Л. Леваков
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ АЛМАЗНОЙ ОБРАБОТКИ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО
АНАЛИЗА
В работе представлен обобщенный алгоритм оценки технологической эффективности алмазной обработки керамики с использованием современных методов анализа и средств вычислительной техники.
Объективная оценка таких сложных и дорогостоящих процессов, как алмазная обработка керамики и подобных композиционных материалов, выбор оптимальных для них технологических критериев, возможна лишь на основе системного анализа. Это справедливо как для оценки процессов шлифования, так и алмазной доводки [1]. Процесс шлифования, осуществляемый при высоких скоростях резания, сопровождается гораздо более интенсивным энергетическим воздействием на состояние поверхностного слоя, нежели процессы отделочной обработки свободным и связанным абразивом. Поэтому и системный подход к анализу этих процессов будет несколько отличным от оптимизации лезвийной обработки металлов.
Рассматривая процесс шлифования керамики, как сложную технологическую систему, можно представить его в виде схемы (рис. 1). Технико-экономическая эффективность этой системы может оцениваться различными показателями:
технологическими - повышение размерной точности и точности формы и расположения поверхностей, снижение вероятности появления дефектов поверхностного слоя, повышение однородности и стабильности качества обрабатываемых деталей, сокращение основного времени обработки;
организационными - сокращение числа операций переходов путем совмещения предварительных и чистовых операций в одну, совершенствование цикла обработки и сокращение его длительности, снижение количества переналадок оборудования и внедрение прогрессивных форм организации производства;
экономическими - снижение трудоемкости обработки и себестоимости изготовления единицы изделия, снижение затрат, вызванных браком и приведенных затрат и др.;
социальными - улучшение условий труда и повышение культуры производства, использование современного оборудования и повышение безопасности труда.
Рис. 1. Структурная схема взаимосвязей в процессе шлифования керамики
© В. П. Бахарев, А. С. Верещака, М. Ю. Куликов, С. Л. Леваков, 2008
0
0
0
Все эти показатели неразрывно связаны между собой. Взаимосвязь различных подпроцессов в системе обработки (шлифование, доводка) вследствие синергетического эффекта взаимодействия не дает возможности выразить в явном виде функцию какого-либо параметра. Поэтому задачу оптимизации сводят к поиску приемлемых постоянных значений параметров режима резания с целью получения необходимого интервала выходных параметров. Метод искусственных нейросетей (ИНС), реализуемый на ЭВМ, позволяет превратить линейные зависимости в итерационные и, приняв интервал времени достаточно малым, рассчитывать значения параметров в любой момент времени. Поэтому для решения задач оптимизации процесса в рамках большой технической системы следует использовать специальные эвристические процедуры.
Анализ работ [3, 4, 5] показал, что при оптимизации обычно используются статистические модели с линейными ограничениями, для которых усредненные значения входных параметров не являются экстремальными для заданных условий. Экстремальное управление процессом возможно лишь при условии учета изменчивости входных параметров с течением времени. Поэтому при алмазной обработке необходимо учитывать обратные связи, обусловливая интенсивные изменения входных и выходных параметров [2].
При этом можно выделить три вида обратных связей.
1. Изменение геометрических параметров поверхностей режущего инструмента (притира) вследствие износа.
2. Изменение кинематики относительного движения инструмента и заготовки и динамический фактор [4].
3. Изменение структуры, физико-механических и теплофизических свойств поверхностных слоев вследствие нагрева, адгезии, диффузии и т. п.
4. Изменение свойств рабочей среды (наличие ПАВ, шлама и т. д.).
Принцип однозначности трактует, что максимизироваться или минимизироваться должна одна целевая функция ф(х), объединяющая несколько физических моделей по принципу справедливого компромисса:
ф(х )=£ ад
(1)
1=1
ватость обработанной поверхности Rz и величину нарушенного поверхностного слоя hн, основное время обработки Т, а эти критерии математически выразить через параметры подсистем (изменение характеристик материала обрабатываемой детали, инструментального шлифовального круга, режимы обработки, характеристики процесса микрорезания и технологической среды), то оптимизация большой технической системы может быть достигнута путем решения целевой аддитивной функции, составленной по принципу справедливого компромисса:
ф(Х )=£ ад =
1=\
= Кг~х + K2~ - Kй + Kйб - К5Т0, (2)
где К^ К2, К3, К4, К5 - весовые коэффициенты (К1, К2, К3, К4, К5 < 1) - определены ИНС;
Кх, Кн, йм, йа6, Т0 - нормированные безразмерные критерии шлифования;
КхКх0 = Кх, ймймо = йм , йа6йа60 = й
а6
ККн0 = К ,
Т То = Т.
Поэтому, если в качестве критериев оценки процесса в первом приближении принять производительность микрорезания йм интенсивность износа абразивного (алмазного) инструмента йаб шерохо-
Для построения целевой функции, кроме весовых коэффициентов следует теоретико-экспериментальными методами или методом феноменологии определить достаточно универсальные модели производительности, износа абразивного инструмента, шероховатости обработанной поверхности и нарушенного слоя при шлифовании керамики. Оптимальное состояние большой технической системы «процесс шлифования» будет соблюдаться только тогда, когда субоптимальные состояния будут принимать составляющие ее подсистемы и критерии оценки [2].
Для нахождения оптимальных критериев и параметров целевой аддитивной функции (2) рекомендуется применять итеративные методы или метод ИНС с использованием специальных программ расчета на ЭВМ. В частности, одной из распространенных таких структур ИНС является многослойный персеп-трон с процедурой выбора оптимальной структуры сети методом динамического добавления нейронов [6]. Авторами [7, 8] приведены экспериментальные исследования и оптимизация процессов алмазной обработки корундовых керамических материалов, где зафиксированы некоторые подходы к решению поставленных задач.
Перечень ссылок
1. Розенберг О. А., Сохань С. В. Закономерности алмазной доводки керамических деталей типа «усеченный шар». //Резание и инструмент в тех-
188М1727-0219 Вестникдвигателестроения№ 1/2008
- 97 -
нологических системах; Междунар. науч.-техн. сб. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2006. - Вып. 70. - С. 408-419.
2. Гусев В. В., Калафатова Л. П.. Обеспечение эксплуатационных характеристик изделий из конструкционной керамики на стадии их производства. /Современные технологии в машиностроении, т. 2, Харьков «НТУ ХПИ». - 2006. - С. 334346.
3. Оробинский В. М. Прогрессивные методы шлифования и их оптимизация. Учеб. пособие /Волг. ГТУ - Волгоград, 1996. - С. 218.
4. Якимов А. В. Оптимизация процессов шлифования. - М.: Машиностроение, 1975. - С. 176.
5. Попов С. А., Малевский Н. П., Терещенко Л. М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твер-
дых сплавов. - М.: «Машиностроение», 1977. - С. 263.
6. Филимонов А. В., Климов А. Б. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006611532 (Россия) Neural network toolpak for MS Excel (06.05.06).
7. Смирнов Г. А., Бахарев В. П., Куликов М. Ю., Антюфеева Т. П. Исследование процессов финишной алмазной обработки корундовых керамических материалов //Вестник машиностроения, J№9. - 2001. - М.: «Машиностроение». - С. 56-60.
8. Куликов М. Ю., Бахарев В. П. Физико-математическая модель образования поверхностного слоя детали на операциях доводки. //Высокие технологии: развитие и кадровое обеспечение. Материалы XI международного научно-технического семинара 2001 г. - Харьков-Алушта: НТУ «ХПИ», 2001. - С. 107-111.
В po6omi надано загальний алгоритм оцiнки mexнологвiчноi ефеешшнммеашаююно:105.2007 обробки керамжю з застосовуванням сучасних cnoco6ie анализу i зacо6iв обчислювально'1' mexHiKU.
The article presents a generalized algorithm to evaluate the efficiency of diamond finishing of ceramic with the use of modern methods of analysis and computer technologies.
