УПРУГОЙ ОБРАБАТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ РЕЗАНИЯ

При установившемся режиме пластического резания со стационарными режимами интенсивности съема скорость врезной подачи в направлении сжимающих упругих деформаций системы равна отношению между линейными размерами мезообъемов и временем их жизни до отрыва. При этом имеет место автоколебательный характер динамической составляющей сжимающей упругой деформации обрабатывающей системы с амплитудой равной линейному размеру мезообъема и с частотой, соответствующей времени жизни этой системы.

Как было указано выше (1.2) математическая модель процесса микрошлифования можно представить с одной стороны уравнением 1-ого порядка, описывающим в УОС статическую составляющую упругой деформации сжатия:

где J - жесткость системы, Н/мкм;

X_вх - суммарная врезная подача, мкм;

X_вых - снятый припуск, мкм;

C _p - коэфф. пропорциональности, Н с/мкм.

Решение этого уравнения имеет вид:

(1.14)

где - исходная врезная подача, мкм;

q - знаменатель затухания врезной подачи по закону геометрической прогрессии;

N - количество проходов;

- время одного прохода, с;

- упругая деформация, накапливаемая в УОС, мкм;

упругой обрабатывающей системе,

Т - постоянная времени переходных процессов, c.

С другой стороны процесс пластического резания носит автоколебательный характер и динамическая составляющая упругих деформаций определяет шероховатость обрабатываемой поверхности.

Для определения взаимосвязи этих процессов необходимо одновременно с процессом осуществлять процесс вычисления соответствующих параметров. В условиях исключения применения средств активного контроля тестовые методы являются приемами, которые позволяют увязать статическую и динамическую составляющие без проводимых сложных вычислений, идентифицировать контролируемые фактические параметры в реальном масштабе времени и стабилизировать процессы УОС в режиме предельного цикла.

При диагностировании параметров процесса размерного резания, которая интегрально микрошлифования тестовыми методами идентифицируют постоянную времени переходных процессов характеризует поведение УОС как в статике, так и в динамике.

Идентифицируя постоянную времени в любой момент фактически можно контролировать выходные параметры обработки: размер и шероховатость.

На протяжении всего этапа съема основной части припуска осуществляют диагностирование параметров по шероховатости путем сравнения фактической высоты микронеровностей R_z на обработанной поверхности (полученную по окончании стадии предварительного нагружения обрабатывающей системы потенциальной энергией ее упругого статического сжатия в направлении по нормали к плоскости формообразования) с заданной высотой микронеровностей. При этом устанавливают корреляционную связь между результатами сравнения и обобщенной интегральной характеристикой упругой обрабатывающей системы, определяемой вычислениями фактической величины постоянной времени переходных процессов микрошлифования. Этот параметр непрерывно (в реальном масштабе времени съема основной части припуска) идентифицируют и при необходимости регулируют соответствующим изменением одного или нескольких параметров интенсивности съема припуска для стабилизации указанного интервала времени на уровне, обеспечивающим заданные выходные параметры обработки как по размерной точности, так и по величине микронеровностей R_z на обработанной поверхности готового изделия. Указанный интервал времени определяют вычислениями из соотношения:

(1.15)

 

T_ф - интервал времени до начала соответствия фактического закона интенсивности съема заданному закону в упругой обрабатывающей системе (постоянная времени переходных процессов резания), с;

P_с - статическая составляющая силы резания, непосредственно измеренная в установившемся режиме обработки, Н;

P_д - динамическая составляющая силы резания, непосредственно измеренная в установившемся режиме обработки, Н;

f_ф - частота динамической составляющей силы резания, непосредственно измеренная в установившемся режиме обработки, с^-1.

Определяя из соотношения (1.15) фактическую постоянную времени переходных процессов резания Т_ф и подставляя это значение в уравнение (1.14) вычисляют статическую составляющую упругой деформации в установившемся режиме обработки.

На основе найденных в каждый момент времени обработки значений Т_ф и непрерывно контролируют фактическую динамическую составляющую упругих деформаций в УОС путем соответствующих вычислительных операций из уравнения:

(1.16)

 

Где

Т_ф - фактическая величина постоянной времени, с;

-фактическая величина статической составляющей упругой деформаций в обрабатывающей системе, мкм;

-фактическая величина динамической составляющей упругой деформации в обрабатывающей системе, мкм;

f_ф - фактическая частота автоколебаний динамической составляющей в обрабатывающей системе, с^-1.

Математическая модель диагностирования параметров размерно-регулируемого бездефектного микрошлифования включает в себя решение системы уравнений (1.14), (1.15) и (1.16). Эти уравнения непрерывно в реальном времени анализируют численными методами в устройстве ЧПУ (на базе персонального компьютера) шлифовального станка путем соответствующей переработки информации об упругих деформациях в обрабатывающей системе, поступающей с пьезоэлектрических датчиков. Это позволяет постоянно, т.е. в реальном масштабе времени обработки, технологически диагностировать и контролировать основные параметры микрорезания (по размерным параметрам с точностью 0, 1 мкм и по качеству обработанной поверхности R_z=0, 03-0, 05 мкм) автономно на каждом отдельном изделии в процессе их одновременной групповой обработки. При этом процесс обработки кристаллов алмазов с заданной шероховатостью R_z на ОП (в установившемся режиме пластичного микрорезания) идентифицируется наличием автоколебаний с частотой f_ф динамической составляющей сжимающей упругой деформации в УОС.

Величины l_ф и R_z корреляционно взаимосвязаны между собой линейными размерами удаляемых единичных мезообъемов с обрабатываемой поверхности кристалла.

При этом впервые постоянное сравнение фактической величины динамической составляющей упругих деформаций в обрабатывающей системе с заданным значением R_z., характеризующим оптическую чистоту обрабатываемой поверхности по величине микронеровностей, обеспечивает непрерывный объективный контроль качества обработанной поверхности.

Статическую составляющую упругой деформации в обрабатывающей системе определяют путем непрерывной фиксации в каждом проходе в каждой точке касания каждой вершины заданного режущего зерна ПИП с каждой заданной локальной точкой на ОП величины статической составляющей силы резания по нормали к плоскости формообразования. Непрерывно определяют зависимости изменения суммы указанных составляющих от прохода к проходу. Непрерывно сравнивают эту зависимость с расчетным законом изменения интенсивности съема припуска от прохода к проходу. Непрерывно находят интервал времени до начала соответствия этих законов, который пропорционален величине статической составляющей упругой деформации УОС.

На протяжении всего этапа съема основной части припуска осуществляют контроль за шероховатостью ОП путем сравнения фактической высоты микронеровностей R_z на обработанной поверхности с заданной высотой микронеровностей. При этом устанавливают корреляционную связь между результатами сравнения и обобщенной интегральной характеристикой УОС, определяемой вычислениями фактической величины постоянной времени переходных процессов микрошлифования.

Изменяющиеся в ходе обработки динамические параметры упругой обрабатывающей системы, (которые, например, могут быть связаны с изменениями анизотропных механических характеристик поверхности обрабатываемого материала) непрерывно отображаются изменениями указанного интервала времени. Негативное влияние указанных изменений на заданные размерные и качественные выходные параметры обработки компенсируют соответствующими изменениями одного или одновременно нескольких параметров интенсивности съема припуска до стабилизации указанного интервала времени. К числу таких параметров относятся: скорость вращения производящей инструментальной поверхности, траектория расположения реверсивного продольного перемещения точки касания производящей инструментальной поверхности с обрабатываемой поверхностью по производящей инструментальной поверхности, скорость указанного продольного перемещения, глубина осуществляемых в момент реверса врезных микроподач, закон изменения глубины врезных микроподач от прохода к проходу и количество проходов.

Осуществление предлагаемого способа диагностирования параметров микрошлифования впервые позволяет реализовать обобщенную концепцию технологической диагностики, формализующей физические процессы и условия бездефектного микрорезания с получением оперативной, достоверной и достаточной для последующего целенаправленного использования информации о состоянии всех составляющих звеньев упругой обрабатывающей системы в любой текущий момент времени размерно-регулируемого микрошлифования твердоструктурных и хрупких материалов и минералов (алмазов) и на основе информации о динамических и статических составляющих упругих деформаций в обрабатывающей системе обеспечить устойчивое получение заданных выходных параметров обработки за счет самонастраивающегося компьютерного управления режимами интенсивности съема припуска в каждой точке касания каждой вершины режущего зерна производящей инструментальной поверхности с обрабатываемой поверхностью.