СПОСОБ РАЗМЕРНО-РЕГУЛИРУЕМОЙ ГРУППОВОЙ ОБРАБОТКИ
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Размерно настраивают упругую обрабатывающую систему станка с программным управлением. При этом устанавливают все его органы базирования как обрабатывающих инструментов, так и обрабатываемых изделий, и настраивают механизмы исполнительных перемещений этих органов друг относительно друга таким образом, чтобы теоретически получить изделие с заданными размерами. Теоретически рассчитывают параметры интенсивности съема припуска с обрабатываемого изделия с учетом природы и внутренней структуры материала обрабатываемого изделия, материала обрабатывающего инструмента и геометрии его режущих зерен” динамической и статической жесткости упругой обрабатывающей системы и разрешающей способности приводов перемещений исполнительных органов станка для осуществления съема припуска с обрабатываемого изделия в размерно-регулируемом режиме пластической деформации. Вводят в органы управления станка расчетные параметры интенсивности съема припуска с обрабатываемого изделия. Перед началом шлифования на каждом из по меньшей мере двух шлифовальных кругов создают производящую инструментальную поверхность с заданным количеством режущих зерен, вершины которых расположены на одном уровне, причем на тех шлифовальных кругах, которые предназначены для съема получистового и чистового частей припуска, например” с бакелитовой и полиуретановой связками, с графитовым наполнителем и зернистостью 10-25 мкм, заданное количество режущих зерен создают путем формирования на производящей инструментальной поверхности радиально расположенных выступов, вершины которых лежат в одной плоскости, совпадающей с плоскостью формообразования. Для шлифовального круга, который предназначен для съема черновой части припуска, например, с керамической связкой и зернистостью 5... 7 мкм, производящей инструментальной поверхности придают форму усеченного конуса, меньшее основание которого обращено в сторону обрабатываемой поверхности, а вершины режущих зерен на ней создают путем формирования радиально расположенных выступов, вершины которых лежат на образующих указанного конуса. Количество таких выступов выбирают одинаковым для всех шлифовальных кругов. Наибольшее число таких выступов m выбирают из условия, что количество таких выступов не должно превышать количества единичных режущих зерен с зернистостью β, расположенных по периферии производящей инструментальной поверхности, предназначенного для съема чистовой части припуска диаметром Dчк, то есть (3.1) Каждый из по меньшей мере двух шлифовальных кругов имеет одинаковые между собой наружный Он и внутренний db диаметры производящей инструментальной поверхности. Располагают производящие инструментальные поверхности каждого из по меньшей мере двух шлифовальных кругов на одном и том же уровне относительно плоскости формообразования (совмещают с плоскостью формообразования), совпадающей с началом отсчета (базой отсчета) в размерной настройке упругой обрабатывающей системы вдоль координатной оси Z станка. На производящей инструментальной поверхности каждого шлифовального кругазадают расчетную линейную траекторию в виде последовательности вершин отдельных режущих зерен, лежащих на пересечении этой линейной траектории с указанными выступами производящей инструментальной поверхности, в которых каждое указанное режущее зерно один раз импульсно встречается с соответствующей локально заданной точкой на обрабатываемой поверхности изделия. Задают на обрабатываемой поверхности отдельными локальными точками последовательность одноразовых импульсных встреч с соответствующей последовательностью отдельных режущих зерен на указанной расчетной линейной траектории производящей инструментальной поверхности и определяют в трехмерной координатной системе станка расположение пространственной траектории, соответствующей каждому шлифовальному кругу, в виде последовательности отдельных точек и продольную скорость V последовательных одноразовых импульсных встреч каждой указанной локальной точки из последовательности таких точек на обрабатываемой поверхности с каждой соответствующей вершиной режущего зерна ив последовательности таких вершин на указанной расчетной траектории производящей инструментальной поверхности в функциональной зависимости от скорости вращения производящей инструментальной поверхности (n, мин-1). С учетом того, что под производящей инструментальной поверхностью каждого шлифовального круга устанавливают для одновременной обработки k изделий таким образом, чтобы при продольном перемещении вдоль координатной оси Х станка с шагом LX.у ни одно из одновременно обрабатываемых изделий не выходило из-под производящей инструментальной поверхности соответствующего шлифовального круга, то длину Lj (x.y) каждой указанной пространственной траектории каждого j-того обрабатываемого изделия выбирают из условия, чтобы сумма длины проекций на плоскость формообразования этих траекторий вдоль координатной оси Х станка равнялась длине хорды, определяемой из выражения: (3.2) Осуществляют шлифование обрабатываемой поверхности изделия путем сложного движения, являющегося результатом вращательного движения производящей инструментальной поверхности со скоростью п оборотов в минуту, многократных реверсивных продольных перемещений точки касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью по расчетной траектории производящей инструментальной поверхности и осуществляемых в момент времени реверса врезных подач по нормали к плоскости формообразования до получения готового изделия с заданными размерами и с заданной высотой микронеровностей RZ обработанной поверхности готового изделия. При этом в процессе шлифования многопроходные реверсивные продольные перемещения в плоскости формообразования осуществляют дискретно с шагом, по существу равным заданной.высоте микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, при этом в каждом проходе в каждой заданной точке касания обрабатываемой поверхности с вершиной каждого заданного режущего зерна на расчетной траектории производящей инструментальной поверхности непрерывно измеряют статическую и динамическую составляющие силы резания и определяют момент выхода обрабатывающей системы на управляемый режим шлифования по появлению равномерной амплитуды динамической составляющей силы резания, после чего в каждой указанной точке определяют величину статической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы и амплитуду и частоту ее динамической составляющей и непрерывно корректируют по меньшей мере один из параметров интенсивности съема припуска так, чтобы в каждой указанной точке величина динамической составляющей не превышала заданную высоту микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, а сумма величины указанной статической составляющей с амплитудой динамической составляющей не превышала заданного предела упругости на сжатие обрабатывающей системы станка. Под пределом упругости на сжатие обрабатывающей системы станка понимают величину локального сверхвозбужденного состояния обрабатываемой поверхности изделия, при которой теряется сдвиговая устойчивость на мезомасштабном уровне его пластической деформации. Предел упругости в обрабатывающей системе на сжатие по существу равен предельному деформирующему напряжению, выше которого находится область предразрушения с локальной потерей сдвиговой устойчивости обрабатываемого кристалла как целого. Совмещают процесс идентификации параметров фактической модели физической мезомеханики бездефектного (пластичного) размерно-регулируемого микрорезания с ускоренным процессом предварительного нагружения обрабатывающей системы потенциальной энергией ее упругого статического сжатия. В связи с этим назначают в плоскости формообразования траекторию продольной подачи из условия, что траектория последовательности локальных точек на обрабатываемой поверхности одноразовых встреч с соответствующими режущими зернами на расчетной траектории вращающейся производящей инструментальной поверхности представляет собой параллельную оси X станка прямую линию длиной LХ с расстоянием между отдельными локальными точками на обрабатываемой поверхности, равным заданной величине микронеровностей RZ на окончательно обработанной поверхности. Назначают линейную скорость продольной подачи Vx, равной произведению RZ на частоту f одноразовых встреч локальных точек обрабатываемой поверхности с соответствующими режущими зернами на расчетной траектории производящей инструментальной поверхности из выражения: , где f = Назначают из литературных источников начальную скорость врезной подачи VZ (мкм / сек.) и пересчитывают ее в начальную величину дискретной врезной подачи δ о (мкм) в направлении нормали к плоскости формообразования из выражения: (3.3) Назначают суммарную величину HZ (мкм) снимаемого припуска в направлении нормали к плоскости формообразования и назначают знаменатель gO бесконечно убывающей геометрической прогрессии снижения дискретной врезной подачи от одного продольного прохода к другому из выражения: (3.4) Осуществляют ускоренное предварительное нагружение упругой обрабатывающей системы изменением по закону бесконечно убывающей геометрической прогрессии входных параметров интенсивности съема припуска путем соответствующего изменения дискретной врезной подачи на глубину резания в каждой из конечных точек длины LX траектории каждого 1-го продольного прохода со скоростью VX в плоскости формообразования. При этом уменьшение по закону бесконечно убывающей геометрической прогрессии врезных подач от прохода к проходу в момент реверса направления продольного перемещения осуществляют дискретно с шагом, по существу равным расстоянию между атомами кристаллической решетки материала обрабатываемого изделия. Контролируют в процессе продольного перемещения в каждой j-ой точке касания каждой заданной локальной точки обрабатываемой поверхности с соответствующей вершиной каждого заданного режущего зерна на расчетной траектории вращающейся производящей инструментальной поверхности статические Pcj и динамические Рдj составляющие силы резания в направлении нормали к плоскости формообразования и фиксируют на N-ом продольном вдоль траектории длиной Lx проходе первый факт автоколебаний динамической составляющей силы резания на первом из k одновременно обрабатываемых изделий с частотой fNl, амплитудой колебаний Рд1 при статической составляющей силы резания PCl. Этим фактом идентифицируют наличие установившегося процесса в упругой обрабатывающей системе с равенством между входными и выходными параметрами интенсивности съема припуска. Наличие этого факта свидетельствует, что суммарная величина статической составляющей с амплитудой динамической составляющей упругих деформаций не превышает предела упругости в обрабатывающей системе. Это обстоятельство подтверждает, что фактические деформирующие напряжения в процессе обработки находятся ниже порогового значения, которое разделяет область предразрушения с локальной потерей сдвиговой устойчивости обрабатываемого кристалла как целого от области в которой реализуется предложенная модель физическоймезомеханики пластической деформации твердого тела, и в которой имеет место постепенное синхронное накопление усталости к знакопеременным возвратно-поворотным модам пластической деформации с одновременной потерей сдвиговой устойчивости в момент одновременного удаления каждой отдельной и всего множества единичных пластически деформированных стружек с обрабатываемой поверхности твердого тела под влиянием постепенного упорядоченного динамического воздействия со стороны внешних импульсных микроконцентраторов касательных напряжений, каждое из которых вызывает только локальную потерю сдвиговой устойчивости в кристаллической решетке. Идентифицируют в реальном масштабе времени обработки компьютерным вычислением в системе ЧПУ фактические параметры статической и динамической составляющих упругой деформации в обрабатывающей системе, соответствующие установившемуся режиму микрошлифования. Величину статической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы определяют путем непрерывной фиксации в каждом проходе в каждой точке касания каждой вершины заданного режущего зерна производящей инструментальной поверхности с каждой заданной локальной точкой на обрабатываемой поверхности статической составляющей силы резания в направлении нормали а плоскости формообразования, непрерывного определения закона изменения суммы указанных составляющих от прохода к проходу” непрерывного сравнения этого закона с расчетным законом изменения глубины врезных подач (интенсивности съема припуска) от прохода к проходу и непрерывного нахождения интервала времени Т до начала соответствия этих законов, который пропорционален статической составляющей Δ ni величины упругой деформации обрабатывающей системы по соотношению: , (3.5) при этом интервал времени Тп который характеризует постоянную времени переходных процессов резания в упругой обрабатывающей системе, определяют компьютерными вычислениями из уравнения; (3.6) Глубину врезной подачи δ ni в момент соответствия фактического закона изменения съема припуска заданному закону определяют компьютерными вычислениями из уравнения: (3.7) Амплитуду динамической составляющей упругой деформации ^ni в обрабатывающей системе определяют компьютерным вычислением из уравнения: (3.8) Величину снятого припуска hni по нормали к плоскости формообразования за N-oe количество продольных проходов определяют компьютерным вычислением из уравнения: , (3.9) Количество знакопеременных возвратно-поворотных мод деформаций wni при синхронном образовании каждой отдельной в множестве единичных пластически деформированных стружек с линейными размерами λ n каждой из них и при образовании соответствующей диссипативной структуры в приповерхностном слое в результате одновременного удаления всего множества таких стружек с обрабатываемой поверхности определяют компьютерным вычислением из уравнения; , (3.10)
Часть длины Lx линейной траектории на участке соответствия фактического закона изменения интенсивности съема припуска расчетному закону устанавливают в виде суммы целого числа дискретных минимальных шагов L’X1, на каждом из которых упругая деформация в обрабатывающей системе изменяется в виде единичного импульса с амплитудой автоколебаний с частотой fN1 равной амплитуде динамической составляющей. При этом величину дискретного минимального шага L’X определяют компьютерным вычислением из уравнения: (3.11) Величину шагаν i дополнительной дискретной врезной подачи по нормали к плоскости формообразования с частотой, равной частоте воздействия заданных вершин режущих зерен на заданные локальные точки обрабатываемой поверхности, определяют компьютерным вычислением из уравнения: (3.12) С учетом вычисленных значений уточняют параметры продолжения съема припуска со всех, включая и первый (наиболее " мягкий") из одновременно обрабатываемых изделий со снижением в точках реверса направления продольной подачи величин дискретных врезных макроподач по тому же закону бесконечно убывающей геометрической прогрессии и фиксируют второй факт автоколебаний динамической составляющей силы резания на втором (несколько более твердом, чем в первом из k одновременно обрабатываемых изделий) на М-ом продольном проходе длиной LX2 с частотой fN2 амплитудой автоколебаний Рд2 при статической составляющей силы резания РC2. Затем осуществляют определение (идентификацию) аналогичных параметров съема припуска компьютерными вычислениями из соответствующих уравнений для второго из k одновременно обрабатываемых изделий. И так далее, повторяют указанные действия для всех остальных ив k одновременно обрабатываемых изделий и заканчивают идентификацию этих параметров при обработке конечного k-ого. то есть самого твердого из k одновременно обрабатываемых изделий. Изамеряют известными универсальными средствами фактическую высоту микронеровностей RZ на поверхностях каждого отдельного из k одновременно обработанных изделий по окончании стадии предварительного ускоренного нагружения упругой обрабатывающей систем, не снимая при этом обрабатываемые изделия со станка. По результатам сравнения при отклонении фактических выходных качественных показателей обработки от заданных требований (по высоте микронеровностей RZ и по размерной точности) компьютерными вычислениями определяют скорректированные величины как параметров, характеризующих состояние упругости каждой отдельной j-ой из k одновременно функционирующих обрабатывающих систем в виде постоянных времени Тj переходных процессов резания, так и соответствующие им величины параметров динамического нагружения и размерную настройку каждой из этих обрабатывающих систем, используемых в процессе съема основной части припуска с каждого отдельного из k одновременно обрабатываемых изделий в установившихся размерно управляемых условиях микрошлифования. Для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий компьютерными вычислениями определяют размеры Аj площади синхронного развития пластической деформации на обрабатываемой поверхности в виде постепенного самоорганизующегося формирования унитарной ячеистой структуры (с линейными размерами мезомасштабного уровня каждой ячейки в пределах заданной высоты микронеровностей RZ) только вследствии накопления усталости к возвратно-поворотным модам деформаций этих ячеек друг относительно друга с одновременной потерей сдвиговой устойчивости в кристаллической решетке на границах между множеством таких ячеек на указанной площади Aj макромасштабного уровня как результат упорядоченного во времени и пространстве каждого внешнего импульсного воздействия на микромасштабном уровне каждого заданного режущего зерна расчетной траектории вращающейся производящей инструментальной поверхности на каждую заданную локальную точку обрабатываемой поверхности из соответствующего уравнения: (3.13) Задают конфигурацию границы указанной площади с размерами Аj, например, в виде окружности и компьютерными вычислениями определяют диаметр dAj для каждого j-гo из k одновременно обрабатываемых изделий из соответствующего уравнения: . где (3.14) R’Zj - откорректированная величина шага (дискреты) линейного перемещения в плоскости формообразования со скоростью продольной подачи, мкм. Задают в плоскости формообразования координаты последовательности локальных точек, покрывающих всю указанную площадь Aj обрабатываемой поверхности указанными ячейками с размерами R'z каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий, например, по правилу " хода шахматного коня" с длиной каждого такого единичного i-го хода и числом таких единичных ходов равным суммарному количеству возвратно-поворотных мод деформации Wj за все время " жизни" ячеек в соответствующем унитарном ячеистом поле. Для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий задают расчетную траекторию отдельными вершинами режущих зерен на производящей инструментальной поверхности, например, в виде соответствующей j-ой спирали Архимеда таким образом, чтобы число точек пересечения каждой такой спирали с радиальными выступами производящей инструментальной поверхности численно было равно количеству возвратно-поворотных мод деформации Wj за все время " жизни" ячеек в указанном ячеистом поле обрабатываемой поверхности соответственно 3-го обрабатываемого изделия с радиальным смещением е^ между первой и конечными указанными точками пересечения каждой 3-ой такой спирали численно равной dAj, то есть ε j= dAj. Для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий компьютерными вычислениями определяют в трехкоординатной системе станка расположение соответствующей j-ой пространственной траектории в виде последовательности отдельных точек и продольную скорость последовательных одноразовых импульсных встреч вдоль каждой j-ой из k таких пространственных траекторий каждой локальной точки из последовательности таких точек на каждой j-ой из k одновременно обрабатываемых поверхностей. Каждая соответствующая вершина режущего зерна из последовательности таких вершин на каждой j-ой из k расчетных траекторий в виде, например, спирали Архимеда траектории на производящей инструментальной поверхности находятся в функциональной зависимости от числа радиальных выступов и скорости вращения производящей инструментальной поверхности. При этом учитывают дополнительные дискретные перемещения каждого j-го из k одновременно обрабатываемых поверхностей изделий по нормали к плоскости формообразования в направлении к производящей инструментальной поверхности в каждой отдельной точке одноразовой импульсной встречи на всей последовательности точек вдоль каждой j-ой из k указанных пространственных траекторий. Причем шаг указанного дополнительного перемещения определяют компьютерными вычислениями из выражения: где (3.15) ν ij - шаг дополнительного дискретного перемещения по нормали к плоскости формообразования в 1-ой точкеj-ойпространственной траектории, мкм: λ j - откорректированная (ожидаемая.) величина равномерной амплитуды динамической составляющей упругих деформаций обрабатывающей системы на j-ом изделии, мкм; lij - шаг дискреты продольного перемещения вдоль j-ой пространственной траектории между двумя соседними (i-1)-ой и i-ой точками последовательных одноразовых импульсных встреч, мкм; L’j - шаг длины j-ой пространственной траектории между первой и конечной точками последовательности одноразовых импульсных встреч за время каждого одного периода автоколебаний динамической составляющей упругих деформаций обрабатывающей системы на j-ом изделии, мкм. Продольная скорость Vт(пр) последовательных одноразовых импульсных встреч на пространственной траектории каждой заданной локальной точки из последовательности таких точек обрабатываемой поверхности с соответствующими им каждой заданной вершиной режущего зерна из последовательности таких вершин на производящей инструментальной поверхности (" ткацкая" скорость подачи) Vт(пр) ≥ - постоянная для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий. Осуществляют компьютерный анализ полученных в результате проведенных вычислений всех параметров для всех k одновременно обрабатываемых изделий и задают в систему ЧПУ станка общиедля всех k одновременно обрабатываемых изделий параметры интенсивности съема основной части припуска для регулируемого режима микрошлифования (скорость вращения производящей инструментальной поверхности, шаг дискреты линейного перемещения в плоскости формообразования, длину перемещения и скорость продольной подачи от реверса до реверса, величину дискретной врезной подачи в точках реверса направления продольной подачи), соответствующего k-му из k одновременно обрабатываемых изделий с наибольшим значением Tk - постоянной времени переходных процессов резания. При этом соответствующим компьютерным вычислением повторно корректируют величины как параметров, характеризующих состояние упругости всех остальных из k одновременно функционирующих обрабатывающих систем в виде постоянных времени Tj' переходных процессов резания, так и соответствующие им величины параметров динамического нагружения и размерную настройку каждой ив таких обрабатывающих систем в процессе съема основной части припуска с каждого отдельного из k одновременно обрабатываемых изделий в установившихся (управляемых) условиях микрошлифования. Задают системе ЧПУ станка управляющую программу динамического нагружения каждой отдельной из k одновременно функционирующих упругих обрабатывающих систем соответствующими повторно скорректированными параметрами интенсивности съема основной части припуска и осуществляют одновременный процесс обработки всех изделий на таких режимах. В процессе съема основной части припуска технологическое диагностирование текущего состояния параметров в каждой j-ой из k одновременно функционирующих упругих обрабатывающих систем при устойчивой управляемости выходных параметров обработки каждого j-го из k соответственно одновременно обрабатываемых изделий о заданной периодичностью осуществляют в каждом продольном проходе и определяют по величине отклонения фактической постоянной времени переходных процессов резания Тфj от расчетного, повторно скорректированного значения этого параметра Tj' и соответственно заданного управляющей программой в системе ЧШ станка. Идентифицируют параметр Тфj с прерыванием дополнительной дискретной врезной подачи на отдельно заданных участках пространственной траектории одноразовых импульсных встреч локально заданных точек поверхности каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий с соответствующими вершинами режущих зерен на расчетной траектории (спирали Архимеда), вращающейся производящей инструментальной поверхности. Длину каждого из таких отдельных участков на пространственной траектории определяют, например, исходя из условия, что за время проведения каждой идентификации Тфj суммарная длина траектории , связывающей последовательность указанных локальных точек на поверхности соответствующего j-го обрабатываемого изделия, превысит величину, вычисленную компьютером из выражения: , где (3.16) R'Zk - повторно скорректированная для k-го изделия дискретность продольного перемещения в плоскости формообразования, мкм; m - число радиальных выступов на производящей инструментальной поверхности; nk- повторно скорректированная для k-го изделия скорость вращения производящей инструментальной поверхности, мин" 1; fNj - прогнозируемая частота автоколебаний динамической составляющей упругой деформации в обрабатывающей системе j-го изделия, с-1; ∑ 1ij - минимальная суммарная длина траектории из локальных точек на обрабатываемой поверхности j-го изделия, мкм. Во время идентификации параметра Тфj измеряют в направлении нормали к плоскости формообразования статическую и динамическую составляющие силы резания в каждой точке одноразовых импульсных встреч каждой заданной локальной точки поверхности j-го из k одновременно обрабатываемых изделий с каждой соответствующей вершиной режущего зерна расчетной траектории на производящей инструментальной поверхности. Фиксируют амплитуду и фактическую частоту автоколебаний динамической составляющей силы резания и компьютерными вычислениями в реальном масштабе времени обработки определяют фактическую величину постоянной времени переходных процессов резания в каждой j-ой из k одновременно функционирующих упругих обрабатывающих систем из формулы: , где (3.17) Тфj - фактическая постоянная времени переходных процессов резания j-ой упругой обрабатывающей системы, сек; Рсj - статическая составляющая силы резания в j-ой упругой обрабатывающей системе, Н; Рдj - амплитуда автоколебаний динамической составляющей силы резания в j-ой упругой обрабатывающей системе, Н; fФNj- фактическая частота автоколебаний динамической составляющей силы резания в j-ой упругой обрабатывающей системе, сек-1. В процессе обработки непрерывными компьютерными вычислениями анализируют тенденцию изменения фактических параметров TФj каждой j-ой из k одновременно действующих упругих обрабатывающих систем станка в функции времени обработки соответственно каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий. Возможность наступления момента превышения граничного значения T’j по экспоненте возрастающего соответствующего фактического параметра Тфj (в связи с монотонным увеличением радиуса кривизны из-за размерного износа вершин режущих зерен производящей инструментальной поверхности в какой-либо j-ой из k одновременно действующих упругих обрабатывающих систем) периодически предотвращают изменением параметра интенсивности съема припуска, при этом корректируют скорость вращения производящей инструментальной поверхности” которую увеличивают до стабилизации указанного интервала времени ТФj от прохода к проходу. Возможность наступления момента превышения граничного значения Т’j по гиперболе возрастающего соответствующего параметра Тфj (в связи с неблагоприятным влиянием температурных факторов в какой-либо j-ой из k одновременно действующих упругих обрабатывающих систем) предотвращают изменением параметров интенсивности съема припуска, при этом одновременно корректируют три параметра, из которых увеличивают скорость вращения производящей инструментальной поверхности, скорость продольного перемещения и уменьшают глубину врезных подач до стабилизации указанного интервала времени Тфj от прохода к проходу.
|