CC BY
55
УДК 621.91.01
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
В. С. Сальников, Хоанг Ван Чи
Рассмотрены вопросы повышения производительности и стойкости режущего инструмента при обработке резанием. Проведен анализ современных проблем мониторинга и управления процессом резания и представлены пути решения этих проблем.
Ключевые слова: Резание, мониторинг, средство, фактор.
Одной из важнейших проблем станкостроения является повышение производительности металлорежущих станков, а также повышение их точности.
Научно-технический прогресс в машиностроении обусловливает необходимость использования новых материалов, обладающих особыми свойствами. Как правило, эти материалы имеют повышенные прочностные характеристики, высокие жаропрочность и коррозионную стойкость. При обработке деталей из некоторых материалов износ инструмента оказывается настолько интенсивным, что без переточки инструмента удается обработать в сотни раз меньше деталей по сравнению с обработкой деталей из углеродистых перлитных сталей средней твердости. Зависимость интенсивности износа инструмента от скорости резания носит резко выраженный немонотонный характер с очень узким диапазоном оптимальных скоростей резания. Немонотонный характер такой зависимости известен давно, но эти данные считались и до сих пор некоторыми исследователями считаются исключением из общих закономерностей. К деталям из новых материалов предъявляются высокие требования по исходным характеристикам качества поверхностного слоя (шероховатости, глубине и степени упрочнения, уровню и стабильности остаточных напряжений), влияющим на эксплуатационные показатели качества деталей — длительную и усталостную прочность, коррозионную стойкость, износостойкость и др. Между интенсивностью износа инструмента и параметрами качества поверхностного слоя деталей обработанных резанием, наблюдаются тесные связи. Современные инструментальные материалы позволяют при достаточной стойкости инструмента обеспечивать выполнение этих требований при высоких скоростях резания. Естественно, что абсолютные значения скоростей при этом существенно различаются для разных материалов - они значительно меньше для труднообрабатываемых материалов.
В современном производстве всё более актуальным становится оперативный мониторинг (контроль, наблюдение) и автоматическое управление процессом обработки резанием с целью обеспечения выполнения за-
данных требований технологического процесса. Эти требования связаны с повышением точности обработки и качества поверхностного слоя обработанной детали, удобством удаления образующейся стружки при высокой производительности.
Согласно прогнозу Международного центра технологических исследований (ГИРП) к 2000 - 2005 гг. системы мониторинга будут применятся более чем на 80% металлорежущих станков. Мониторинг направлен на повышение интенсификации производства и качества выпускаемой продукции [1].
Основной смысл применения мониторинга и управления заключается в повышении точности обработки, что достигается компенсацией технологических погрешностей. Однако этот важнейший аспект проблемы мониторинга не укладывается в рамки представлений современной прикладной метрологии. Задача повышения точности управления носит сложный характер и должна решаться комплексными методами путем повышения точности всех элементов СПИД. Точность управления зависит от порогов чувствительности исполнительных органов станка, точности предварительных и заготовительный операций, качества режущего инструмента, тепловых и силовых деформаций системы СПИД, режимов резания. Без изучения этих факторов нельзя серьезно заниматься вопросами регулирования размеров.
В настоящее время в области прикладной метрологии отчетливо наметился переход от статистических измерений к динамическим. Существующая классификация погрешностей связана именно со статистическими измерениями, при которых практически не прослеживалась тенденция к функциональному изменению погрешностей, характерному для массового автоматизированного производства. В основе этой классификации лежит теория случайных величин. Процессы, происходящие при резании металлов на станках, в частности, при активном контроле, как правило, носят характер случайных функций. Так, например, на основе принятой классификации весьма трудно классифицировать погрешности, вызываемые износом режущего инструмента, а также тепловыми и силовыми деформациями.
Поскольку погрешности, вызываемые, например, износом режущего инструмента, не укладываются в рамки существующей классификации, то иногда их просто относят к систематическим. Это, конечно, неверно. Если бы погрешности, вызываемые износом инструмента, тепловыми и силовыми деформациями, являлись систематическими, то их легко было бы запрограммировать и тогда отпала бы необходимость в использовании систем мониторинга.
Основной смысл применения мониторинга заключается именно в компенсации случайной составляющей погрешности обработки. Поэтому утверждение, что та или иная система мониторинга компенсирует только
систематические погрешности, в принципе неправильно.
Диалектика погрешностей такова, что они одновременно содержат в себе элементы случайности и закономерности. Если элемент случайности мал, то такие погрешности условно относятся к систематическим. Строго говоря, к систематическим погрешностям следует относить те пределы, к которым стремятся усредненные случайные погрешности при увеличении числа экспериментов. Таким образом, закономерность пробивается через массу случайностей.
С помощью средств измерения мы получаем информацию о качестве выпускаемой продукции. Однако не менее важное значение имеет и вторая функция средств измерения - функция регулирования и управления, которая осуществляется в форме мониторинга.
Необходимо подчеркнуть, что проблему качества можно успешно решить только при условии, если качество изделий будет обеспечиваться самим технологическим процессом. Никакой другой разумной альтернативы в области обеспечения качества продукции не существует. Для этого необходимо резко повысить уровень технологической точности, что требует дальнейшего развития регулирования и управления, то есть всемерного развития мониторинга, который является одним из эффективных методов технологического обеспечения качества.
Мониторинг получил большое развитие в США, Японии, Италии, ФРГ, Англии и других технологически развитых странах. Само внедрение мониторинга соответствует одной из основных тенденций развития современной науки, заключающейся в том, что во всех областях знания наметился переход от изучения, описания (фиксации) явлений к их управлению и регулированию.
Как уже отмечалось, решение вопросов мониторинга возможно только на основе синтеза, на стыке прикладной метрологии, технологии машиностроения и теории управления, что соответствует другой важнейшей тенденции развития современной науки, заключающейся в том, что наряду с дальнейшей дифференциацией наук и дисциплин, отчетливо наметилась тенденция к их синтезу. Успехи современной науки объясняются тем, что она рассматривает отдельные отрасли знаний не изолированно, а как часть единого целого комплекса знаний. Именно тенденция к синтезу требует расширения профиля знаний выпускаемых специалистов. Значение синтеза определяется также тем, что только на этой основе возможно наиболее успешное решение вопросов оптимизации автоматического управления процессом резания.
В повышении эффективности функционирования системы резания весьма важную роль играют тепловые явления, оказывающие влияние на работоспособность режущего инструмента, качество поверхностного слоя деталей, точность обработки и производительность обработки. Важнейшим фактором, определяющим характеристики процесса резания (интен-
сивность износа инструмента, шероховатость, наклеп и микроструктуру обработанной поверхности и др.), является средняя температура контакта, или температура резания. Положение о постоянстве оптимальной температуры резания оказалось справедливым для продольного и торцового точения, сверления и растачивания отверстий, нарезания резьбы методом многократных проходов, фрезерования поверхностей и зубофрезерования зубчатых колес [2]. Из положения о постоянстве оптимальной температуры резания для заданной пары инструмент из твердого сплава — деталь вытекают следствия, которые расширили область действия установленного положения.
Все вышесказанное показывает, что проблема управления процессом обработки назрела и требует своего решения. Об этом же свидетельствует возросшее в последнее время внимание исследователей к этой проблеме.
Как показывает анализ, в настоящее время не создано достаточно обоснованной модели теплового процесса при резании, которая могла бы позволить осознанно строить системы мониторинга и управления процессом обработки резанием в этих условиях.
Решению вопроса создания математической модели одной из таких систем и посвящена данная работа.
Конечной целью данной работы является повышение качества обрабатываемых деталей при высокой производительности за счет управления направленным разрушением материала при резании, обеспечивающего получение оптимальной температуры резания.
Список литературы
1. Болдырев C. А., Разработка математического и программного обеспечения системы мониторинга микрорельефа при точении. Автореферат, 2000. 229с.
2. Мялов И. А., Разработка математических алгоритмов и программ для динамической диагностики процесса резания. Автореферат. 2000. 281с.
Сальников Владимир Сергеевич, д-р техн. наук, проф., Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хоанг Ван Чи, асп., Hoangchi.phd@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TEMPERA TURE MONITORING OF THE CUTTING PROCESS V. S. Salnikov, Hoang Van Chi
The article is dealt with questions of improvement the cutting tool’s performance and durability, during the cutting process. The analysis of problems of monitoring and control the cutting process and presents solutions to these problems.
Key words: Cutting, temperature, control, regime.
Salnikov Vladimir Sergeevis, doctor of technical science, professor, Russia, Tula, Tula State University,
Hoang Van Chi, postgraduate, Hoangchi.phdagmail. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.99
МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТИПОВЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПРОТЯЖЕК
О.А. Ямникова, С.А. Царёв, Е.Н. Максимова
В статье представлены рекомендации по разработке и применению параметрических 3D моделей типовых протяжек на цилиндрической основе.
Ключевые слова: унификация, 3D модель, параметризация, конструкторская документация, протяжки.
Параметризация — это моделирование с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами. Параметризация позволяет за короткое время «проиграть» (с помощью изменения параметров или геометрических отношений) различные конструктивные схемы и избежать принципиальных ошибок. Параметрическое моделирование существенно отличается от обычного двухмерного черчения или трёхмерного моделирования. Конструктор, в случае параметрического проектирования, создаёт математическую модель объектов с параметрами, при изменении которых происходят изменения конфигурации детали, взаимные перемещения деталей в сборке и т. п.
Наиболее выгодно применять параметрические модели для типовых узлов и деталей, то есть когда от модели к модели меняются геометрические размеры, а конструкция остается постоянной. К таким деталям можно отнести различные виды режущего инструмента, в частности, протяжки.
Конструкция протяжки подразделяется на две составляющие: элементы закрепления и ориентирования протяжки и рабочая часть ее. Элементы закрепления и ориентирования протяжки включают в себя (рис. 1):
хвостовик, предназначающийся для закрепления протяжки в патро-
220
