К.т.н. Дьяконов А.А.

Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск

Многофакторное повышение эффективности
процессов абразивной обработки

Поскольку в математике любое неравенство представляет собой определенную область, то набор технологических ограничений (качество обработки, точность и т. д.) в виде системы неравенств от параметров управления (режимы резания, характеристика режущего инструмента и др.) – есть ни что иное, как область. Рассматривая заданные технологические ограничения относительно параметров управления, работаем с областями в определенном пространстве.

Рассмотрим формирование областей технологического ограничения на примере технологических рекомендаций для круглого врезного шлифования [1]. Исходные данные для модельного примера – материал заготовки сталь 45; диаметр заготовки d_з=60 мм; длина шлифования l_ш=60 мм; припуск 2П=0,30 мм; требуемая шероховатость Ra 1,25; квалитет заготовки –10; квалитет детали – 9, характеристика шлифовального круга 92А32С26К.

В соответствии с поправочными коэффициентами для измененных условий работы имеем следующие режимы резания: частота вращения заготовки
n_з=139 об/мин; скорость радиальной подачи Vs_рад=0,92 мм/мин; мощность, потребная на шлифование N_табл=5,68 кВт; удельная бесприжоговая мощность N_уд=5,70 кВт.

Имея значение удельной бесприжоговой мощности, теперь можно по какой-либо зависимости, отражающей ее связь с другими режимными показателями процесса, построить соответствующую область технологического ограничения по бесприжоговости обработки.

В качестве модели мощности, потребной для круглого врезного шлифования, рассмотрим соответствующую зависимость, предложенную А.Г. Косиловой [2]:

, (1)

где v_з – скорость вращения заготовки; S_р – радиальная подача на один оборот заготовки; d – диаметр заготовки; b – ширина шлифования.

Теперь, поэтапно взяв два любых параметра и варьируя их при ограничении по бесприжоговой мощности (при постоянстве остальных), можно построить область выполнения данного ограничения от рассматриваемых параметров.

Модель (1) является математическим описанием рассматриваемого процесса, а работа с моделью продиктована соответствующими технологическими потребностями. Тогда в зависимости от интересующих факторов можно соответствующим образом трансформировать данную модель.

В результате для технологического ограничения по бесприжоговой мощности обработки в зависимости от поставленной задачи различные параметры модели (1) могут быть переменными.

Например, если стоит задача организации групповой технологической операции на заданном настроенном станке, то необходимо определить допустимые размеры деталей на данную настройку при выполнении требования по бесприжоговой обработки. Тогда в качестве параметров управления выступают – диаметр заготовки d и ширина шлифования b, а область ограничения по бесприжоговости обработки принимает вид, представленный на рис. 1 а.

Поскольку справочные данные по своей структуре представляют усредненные данные, то очень часто возникает задача определения области допустимых режимов резания для конкретной геометрии детали. Иллюстрация решения данной технологической ситуации представлена на рис. 1 б. Область бесприжоговой обработки зависит от изменения радиальной подачи S_р и скорости вращения заготовки v_з при постоянстве диаметра заготовки d=60 мм и ширины шлифования b=60 мм. Данная область позволяет на этапе проектирования подобрать соответствующие режимы резания, гарантированно обеспечивающие бесприжоговость обработки.

Видно (см. рис. 1 б), что на малых скоростях вращения заготовки можно существенно увеличивать радиальную подачу и, наоборот, при малых значениях подачи необходимо увеличивать скорость вращения заготовки.

Рис. 1. Область ограничения по бесприжоговости обработки

при варьировании:

а) диаметра и ширины шлифования; б) скорости вращения заготовки и радиальной подачи; в) ширины шлифования и скорости вращения заготовки;
г) радиальной подачи и диаметра шлифования

При решении технологической задачи, связанной с переходом от круглого центрового шлифования с радиальной подачей к круглому центровому с осевой подачей основными факторами будут являться – скорость заготовки и ширина шлифования, что трансформирует область ограничения по бесприжоговости обработки к виду, представленному на рис. 1 в.

Видно (см. рис. 1 в), что при шлифовании с радиальной подачей шейки вала с шириной 53 мм бесприжоговой является скорость 30 м/мин, а для шейки с шириной > 53 мм уже необходимо снижать скорость, чтобы обеспечить бесприжоговость обработки. Что в итоге приведет к потере в производительности обработки. Одним из способов решения этой задачи и является переход к круглому центровому шлифованию с осевой подачей.

Если возникает задача определения диаметров обработки, соответствующих диапазону измерения прибора активного контроля, то в качестве факторов управления выступают – радиальная подача и диаметр заготовки (рис. 1 г).

Таким образом, выполнение любого технологического ограничения можно представить в виде области в пространстве параметров управления. Фактор является субъективным объектом и при решении разных технологических задач могут быть задействованы интересующие нас факторы с позиций выполнения того или иного ограничения. А результатом всегда является область технологического ограничения в пространстве параметров управления.

Литература:

1. Режимы резания на работы, выполняемые на шлифовальных и доводочных станках с ручным управлением и полуавтоматах / Д.В. Ардашев [и др.]. Челябинск: Изд-во АТОКСО, 2007. 384 с.

2. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т. / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1985. Т.1. 655 с.; Т.2. 495 с.