авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Алмазного периферийного шлифования на базе автоматизированного технологического измерительного комплекса

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КИРЬЯНОВ АЛЕКСАНДР ГЕОРГИЕВИЧ

УДК 621.923.01

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ПЛОСКОГО АЛМАЗНОГО ПЕРИФЕРИЙНОГО ШЛИФОВАНИЯ НА БАЗЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск – 2010

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения и приборостроения» Воткинского филиала Ижевского государственного технического университета (ВФ ИжГТУ)

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Репко Александр Валентинович

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор

Макаров Владимир Фёдорович,

– кандидат технических наук

Спичкин Николай Анатольевич

Ведущая организация – ФГУП «ГПО «Воткинский завод»», г. Воткинск

Защита состоится «2» июля 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета № Д 212.065.02 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая 7, ИжГТУ.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета.

Автореферат разослан «____» ___________2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д.т.н., профессор В.Г. Осетров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В работе рассматриваются вопросы, связанные с созданием автоматизированного технологического измерительного комплекса (АТИКа) для оперативного контроля и выбора рациональных режимов резания при плоском алмазном шлифовании периферией круга.

Актуальность темы. Правильный выбор режимов резания при шлифовании играет решающую роль при проектировании технологических процессов металлообработки для обеспечения требуемого качества поверхности и точности обрабатываемых деталей. Рекомендации по назначению режимов резания, приводимые в справочной литературе, носят общий характер с широким диапазоном допустимых значений и не учитывают состояние оборудования и инструмента, а также их технологических возможностей в конкретный момент времени. Это в полной мере относится к обработке материалов, склонных при шлифовании к образованию тепловых дефектов. Появление новых материалов с уникальными комплексами физических, химических и механических свойств, разработка новых прогрессивных конструкций шлифовальных кругов требуют соответствующее прогрессивное инструментальное обеспечение, для регистрации, хранения и автоматизации обработки результатов экспериментов.

Выше сказанное требует создания аппаратно-программных средств оперативного получения необходимой информации для назначения рациональных режимов шлифования.

В связи с этим актуальным является комплексный подход к созданию средств оперативного контроля параметров процесса и уточнение моделей расчета режимов шлифования на стадии разработки технологии.

Цель работы - повышение эффективности плоского периферийного алмазного шлифования путём оптимизации режимов обработки с использованием автоматизированного технологического измерительного комплекса.

Задачи исследования:

  1. Провести анализ существующих математических моделей и методик по выбору режимов шлифования алмазными кругами для выявления неучтённых факторов, непосредственно или косвенно влияющих на физику процесса шлифования и соответственно, методику назначения режимов.
  2. Разработать автоматизированный технологический измерительный комплекс (АТИК) и программное обеспечение для оперативной комплексной регистрации результатов экспериментальных исследований процесса алмазного шлифования, в том числе данных по неучтённым в существующих моделях факторам.
  3. По результатам эксперимента скорректировать декомпозиционные математические модели параметров процесса шлифования с введением в них неучтённых и взаимно влияющих факторов.
  4. Разработать уточненную методику и алгоритм выбора геометрических параметров алмазных кругов и оптимальных по качеству поверхности режимов плоского периферийного шлифования материалов, склонных к образованию тепловых дефектов (прижогов).
  5. Автоматизировать оперативные расчеты по выбору параметров алмазных прерывистых кругов и оптимизации режимов плоского шлифования с использованием АТИКа.
  6. Провести анализ эффективности использования автоматизированного технологического измерительного комплекса по оптимизации режимов шлифования и разработать рекомендации по применению комплекса в практике исследований и в условиях реального производства.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории шлифования, теплофизики процесса резания, теории математического моделирования, аналитических методов и средств вычислительной техники.

Экспериментальные исследования проводились на основе разработанных автором и стандартных методик в лабораторных и производственных условиях на специально разработанных и изготовленных установках и модернизированных станках с использованием автоматизированного технологического измерительного комплекса.

На защиту выносятся:

  1. Результаты анализа существующих математических моделей и методик по выбору рациональных режимов плоского периферийного шлифования прерывистыми алмазными кругами.
  2. Уточнённые математические модели по оценке сил и температуры в зоне резания и методика выбора рациональных режимов алмазного шлифования материалов, склонных к образованию тепловых дефектов (сплавов ВТ6, ВТ14).
  3. Разработанный автоматизированный технологический измерительный комплекс, предназначенный для оперативного контроля и выбора рациональных режимов плоского алмазного периферийного шлифования, состоящий из подсистем оценки: температуры в зоне резания, сил резания, частоты и амплитуды вынужденных колебаний детали, шероховатости; масштабирующего усилителя и ЭВМ с модулем сбора данных.
  4. Результаты экспериментальных исследований взаимного влияния силовых, температурных, геометрических характеристик процесса шлифования, полученные с применением автоматизированного технологического измерительного комплекса и используемые как уточняющие коэффициенты в математической модели процесса плоского алмазного шлифования.
  5. Алгоритмы расчёта и выбора оптимальных режимов резания, геометрических параметров шлифовальных кругов по уточнённой математической модели процесса плоского алмазного периферийного шлифования.
  6. Условия для эффективного применения АТИКа по оптимизации режимов шлифования в практике научных исследований и в условиях реального производства.

Научная новизна. 1. В математические модели для расчёта основных параметров процесса шлифования алмазными прерывистыми кругами и методику выбора режимов шлифования внесены уточняющие коэффициенты, учитывающие изменяющиеся характеристики шлифовального круга, вибраций и податливости в системе СПИД в процессе шлифования.

2. Впервые разработана автоматизированная измерительная система комплексной оперативной экспериментальной оценки влияния изменяющихся характеристик шлифовального круга и уточняющих зависимостей распределения тепловых потоков в зоне резания на базе системы расшифровки осциллограмм.

Практическая ценность. Разработана методика выбора характеристик прерывистого шлифовального круга для плоского периферийного алмазного шлифования, основанная на применении автоматизированного технологического измерительного комплекса обеспечивающая выбор рациональных режимов обработки и требуемое качество обработанной поверхности.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований шлифования прерывистыми алмазными кругами с использованием технологического измерительного комплекса достигнуто:

  • увеличение периода стойкости алмазного инструмента в 1,2 раза за счет снижения температуры в зоне резания;
  • повышение производительности плоского шлифования прерывистым кругом при обеспечении требуемой шероховатости в 1,1 раза.

Практическая реализация результатов исследований осуществлена внедрением технологических операций плоского периферийного шлифования прерывистыми кругами на ООО «Завод РТО» и ООО «Техновек» (г. Воткинск). Отдельные структурные компоненты комплекса были использованы при проведении исследований процессов резания в Пермском государственном техническом университете и Волжском политехническом институте.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах, в том числе международных и республиканских («Вибрация и диагностика машин и механизмов»,Челябинск, 1990г.; «Влияние технологии на состояние поверхностного слоя» – ПС’02. Gorzow Wlkp. – Poznan, 2002; «Информационные технологии в инновационных проектах» – Ижевск, 2003; «Наука. Экономика. Образование» Воткинск – 2003; «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы», Волгоград, Волжский – 2003, 2004,2005,2006).

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Производство механизмов и машин» ИжГТУ и «Технология машиностроения и приборостроения» Воткинского филиала ИжГТУ в 2010 году.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 работ (статей) в центральной печати, в том числе три статьи в журналах, включенных в перечень ВАК - «Экономика и производство», «Технология машиностроения». По материалам исследований выпущено учебное пособие с грифом «допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 212 страниц машинописного текста, 75 рисунков, 14 таблиц, 134 наименований литературы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирован объект и предмет исследования, обоснована актуальность темы и изложена краткая характеристика работы; показана научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены сведения о реализации и апробации основных положений диссертации.

Глава 1 посвящена анализу современного состояния проблемы обеспечения бесприжогового шлифования титановых сплавов и формированию задач, решение которых необходимо для достижения поставленной цели работы.

На основании анализа и обобщения работ, выполненных ведущими учеными и специалистами в области исследований процессов плоского периферийного шлифования титановых сплавов: Сипайлова В.А., Худобина Л.В., Ящерицина П.И., Якимова А.В., Юсупова Г.Х. и других, показаны технологические предпосылки повышения стабильности и качества обработки при шлифовании, рассмотрены факторы, ограничивающие производительность и пути повышения эффективности обработки.

На основе обзора и анализа существующих методов борьбы с теплонапряженностью процесса шлифования установлено, что наиболее эффективным и весьма перспективным способом является применение смазывающе-охлаждающей технологической среды (СОТС), подача, которой, осуществляется непосредственно в зону резания через поры, каналы перфорированного инструмента или впадины прерывистого круга. Одновременно выявлено, что прерывистые круги более технологичны в изготовлении по сравнению с перфорированными кругами и позволяют наиболее рационально использовать СОТС.

При рассмотрении теоретических вопросов установлено, что в подавляющем большинстве работ исследования влияния различных факторов на процессы, происходящие в зоне резания при шлифовании, проводятся экспериментальными методами. Затем, на основе полученных экспериментальных зависимостей выводятся эмпирические формулы, что позволяет получить высокую точность расчётных значений режимов обработки. Не выявлены априорно на основе анализа существующих мат. моделей и методик факторы, которые непосредственно или косвенно могут влиять на процесс шлифования.

Имеющиеся сведения о конструкции прерывистых алмазных кругов для шлифования плоских поверхностей и методах их проектирования не учитывают влияния на параметры процесса шлифования множества факторов, которые можно учесть только путём комплексного оперативного контроля непосредственно в условиях подготовки производства. Ситуация усугубляется отсутствием средств комплексного оперативного контроля и методического обеспечения для его проведения, что было выявлено в результате анализа методов и средств оперативного контроля параметров процесса шлифования. На основании результатов данного анализа произведён поиск имеющихся стандартных методов и средств измерения основных параметров процесса шлифования и влияющих величин. Установлено, что общими недостатками существующих методов и средств измерения каждого параметра процесса шлифования в отдельности являются узкая специализация и невозможность использования в условиях производства. Кроме того, не выявлено средств измерения, позволяющих проводить комплексный оперативный контроль не только параметров процесса шлифования, но и влияющих на них величин. Это позволяет сделать вывод о необходимости разработки АТИКа для научных исследований и практического применения.

В заключение первой главы на основании анализа состояния проблемы и выбранного направления исследований сформулированы цель работы и задачи исследований.

Во второй главе определён состав и требования к структурным компонентам АТИКа, определены диапазоны измерения и разработаны методы определения параметров, влияющих на основные показатели процесса шлифования.

В состав комплекса включены следующие структурные компоненты узел измерения температуры, узлы измерения податливости, сил резания, вибрации, силы удара, шероховатости. Определены схемы структурных компонентов. Разработанный комплекс обладает гибкостью, т.е. имеется возможность изменения состава комплекса в зависимости от контролируемых параметров. Структурная схема комплекса приведена на рисунке 1, а схема расположения датчиков вибрации – на рисунке 2. Погрешности измерения требуемых параметров процесса шлифования на примере канала измерения температуры в зоне резания определялись по следующей формуле:

К=Д+МУ+АЦП, (1)

где Д – погрешность датчика, МУ – погрешность масштабирующего усилителя, АЦП – погрешность аналогово-цифрового преобразователя. Произведена оценка погрешности Д, вносимой датчиком температуры («полуискуственная термопара») и приведена его градуировочная характеристика.

Рисунок 1 – Схема для измерения температуры в зоне резания, определения расстояния между режущими зёрнами и размерного износа круга, сил резания Py,Pz, частоты вибрации образца f, силы удара Fуд и методика его применения

Разработано и изготовлено устройство для экспериментального определения податливости системы «станок–приспособление–инструмент–деталь» (СПИД), структурная схема которой отображена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структурная схема устройства для измерения податливости

Определена суммарная погрешность измерения величины внедрения абразивного зерна в обрабатываемый материал согласно расчётной схеме на рисунке 3 по формулам (2) и (3):

, (2)

, (3)

где Smin и Smax – минимальное и максимальное значения зазоров в соединении штанги с подвижной частью инкрементальной линейки.

Результирующая формула для определения податливости имеет вид:

, (4)

где – коэффициент приведения, P – сила на абразивном зерне.

Разработана методика определения в динамическом режиме податливости системы станок–приспособление–инструмент–заготовка (СПИЗ).

Разработаны: узел измерения сил резания (рисунок 3) и приведены градуировочные характеристики используемых датчиков, узел измерения вибрации и методика определения параметров вибрации.

Разработан узел определения параметров удара (рисунок 4) и разработана методика его применения.

1 – основание динамометра; 2 – подвижная часть динамометра; 3 – винт для регулировки силы прижатия подвижной части динамометра к датчику усилий; 4 – датчик измерения усилий ЛХ – 143; 5 – упругий элемент; 6 – устройство для закрепления образца; 7 – образец; 8 - шлифовальный круг; 9 – боковые пластины для удерживания шариков; 10 – шарики; 11 – набор прокладок заданной податливости.

Рисунок 3 – Автоматизированный технологический измерительный комплекс – узел измерения сил резания

1 – компрессор; 2 – ресивер; 3 – стабилизатор давления с манометром; 4 – электропневмоклапан; 5 – пневматический копёр; 6 – вибродатчик; 7 – образцовая мера с фиксированным значением твёрдости; 8 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 9 – ЭВМ.

Рисунок 4 – Схема узла автоматизированного технологического измерительного комплекса для определения величины силы удара (а) и общий вид установки для определения параметров удара (б)

В третьей главе изложены методики определения факторов, влияющих на основные показатели процесса шлифования, и результаты экспериментальных исследований АТИК. Определение параметров удара проводилось с использованием образцового эталона твёрдости со значением НВ 175. В качестве индентора использовался наконечник от пресса Бриннеля с диаметром шарика 5мм. Схема эксперимента приведена на рисунке 5.

На начальном этапе для тарировки эталон твердости подвергался воздействию силы, измеренной с помощью образцового динамометра.

Профили отпечатков определялись на большом инструментальном микроскопе с цифровым отсчётом с использованием индикаторной стойки (с ценой деления индикатора – 1 мкм). Результаты замеров вводились в память ЭВМ для дальнейшей обработки.

Далее строился график зависимости диаметров отпечатков – лунок от нагрузки (рисунок 8). Следующий этап заключался в определении параметров удара. Пневматический копёр и эталон твёрдости с закреплённым на нем датчиком вибрации помещались на магнитную плиту. Датчик вибрации для измерения ускорения располагался в непосредственной близости к месту удара и закреплялся на эталоне с помощью магнитного прижима.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.