Доводка прецизійних поверхонь маятників акселерометрів

Размещено на http://www.allbest.ru/

СЕВАСТОПОЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

ДОВОДКА ПРЕЦИЗІЙНИХ ПОВЕРХОНЬ МАЯТНИКІВ АКСЕЛЕРОМЕТРІВ



Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі «Технологія машинобудування» в Севастопольському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Братан Сергій Михайлович, Севастопольський національний технічний університет, завідувач кафедри «Технологія машинобудування».

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Гусєв Володимир Владиленович Донецький національний технічний університет, завідувач кафедри «Металорізальні верстати таінструменти»;

кандидат технічних наук Ягьяєв Ельмар Енверович, РВНЗ «Кримський інженерно - педагогічний університет» (м. Сімферополь), старший викладач кафедри «Експлуатація та ремонт автомобілів».

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Севастопольського національного технічного університету за адресою: 99053, м. Севастополь, вул. Університетська, 31

Автореферат розісланий 23 травня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К50.052.01 О.О. Харченко

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сучасний рівень розвитку техніки характеризується підвищенням вимог до якості механізмів і машин. Найважливішими факторами, що визначають такі властивості як довговічність, надійність і точність роботи машин та приладів, є похибки розмірів, відхилення форми, шорсткість, хвилястість поверхонь та ін. При виготовленні широкого класу деталей машин і приладів потрібно, з одного боку, витримувати високі вимоги до якості здобуття геометричних розмірів, шорсткості і фізико-механічного стану поверхневого шару, з іншого боку - підвищувати продуктивність їх випуску у зв'язку з вимогами ринку. Ставиться завдання не лише підвищити точність виготовлення деталей в цілому, але й забезпечити стабільність їх параметрів. Дослідження в області створення технологічних процесів остаточного формоутворення робочих поверхонь прецизійних деталей дозволять підвищити якість обробки деталей та експлуатаційні властивості всього виробу.

На даний час актуальним і не повністю вирішеним є завдання обробки маятників акселерометрів, які застосовуються у приладобудуванні. Формування точностних та якісних параметрів перемичок маятників здійснюється на операціях тонкого розточування, фрезерування і шліфування з подальшою доводкою.

Процес доводки в значній мірі дозволяє забезпечити необхідні технологічні параметри оброблюваних поверхонь, проте здобуття цих параметрів носить нестабільний характер, а сам процес формоутворення є важко керованим. Для стабілізації показників якості технологічні режими призначаються на основі досвіду технолога, або рекомендацій, які приведені у довідковій літературі. При прогнозуванні стану технологічної системи (ТС) використовуються емпіричні моделі протікання технологічного процесу (ТП), отримані методами багатофакторного планування експерименту. Похибка таких моделей у ряді випадків досягає 100…300%, що не дозволяє їх використовувати для розрахунку режимів різання операції доводки поверхонь прецизійних деталей приладів.

Разом з тим, процеси доводки мають складну стохастичну природу, що призводить до розкиду показників якості виробів і не дозволяє використовувати всі можливості цих методів унаслідок відсутності адекватного математичного опису процесу. Забезпечення якості і ефективності операцій доводки можливе лише на основі розробки стохастичних моделей, що враховують ймовірнісну природу цих процесів.

Це актуальне наукове завдання вітчизняного машиноприладобудування. Дисертаційну роботу спрямовано на його вирішення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано на кафедрі «Технологія машинобудування» Севастопольського національного технічного університету (СевНТУ). Вона є складовою частиною наукових досліджень, які проведені кафедрою в рамках комплексного плану досліджень Міністерства освіти і науки України з проблеми підвищення якості деталей при механічній обробці. Тема дисертаційної роботи відповідає науковій тематиці факультету «Технологія і автоматизація машино-приладобудування і транспорту» Севастопольського національного технічного університету в галузі розробки прецизійних методів обробки. Результати, які отримані автором дисертації, використано при виконанні держбюджетних робіт: 1. «Основи управління якістю при чистовому і тонкому шліфуванні» (номер реєстрації 0105V009118), 2006-2008 р.р. 2. «Основи створення систем управління процесами обробки матеріалів інструментами, що обертаються» (номер реєстрації 0109U001703), 2009-2011 р.р.

Мета і завдання досліджень.

Мета роботи - підвищення ефективності процесу доводки прецизійних поверхонь деталей приладів за рахунок розробки моделей і методів операції доводки алмазними пастами і оптимізація на їх основі циклу прецизійного формоутворення робочих поверхонь маятників акселерометрів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

1. Вивчити поведінку ТП доводки як технічної системи при дії на неї змінюючихся вхідних, управляючих і збурюючих дій.

2. Встановити закономірності видалення металу з оброблюваної поверхні на операції доводки шийок маятників акселерометрів в абразивному середовищі, які враховують стохастичну природу процесу.

3. Виявити і формалізувати взаємозв'язки між технологічними параметрами і якістю виготовлення прецизійних поверхонь на операції доводки заготовок абразивними пастами.

4. Побудувати математичні моделі процесу доводки з врахуванням його стохастичних властивостей і здійснити експериментальну ідентифікацію параметрів цих моделей.

5. Розробити методику розрахунку режимів обробки для доводки прецизійних поверхонь, яка враховує зміну стану елементів ТС з часом.

6. Експериментально підтвердити достовірність результатів досліджень і виконати оцінку її ефективності при дослідно-промисловій експлуатації.

Об'єктом дослідження є процес доводки поверхонь маятників акселерометрів абразивними пастами.

Предметом дослідження є закономірності формування прецизійних поверхонь маятників акселерометрів при їх доведенні алмазними пастами.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведено на базі наукових основ теорії різання металів, технології машинобудування, теорії динаміки верстатів, системного аналізу, теорії випадкових процесів, методів теорії автоматичного управління, лінійної алгебри, теорії інформації. При перевірці адекватності моделей застосовано методи моделювання, що базуються на аналітичному і чисельному експерименті, а також на експериментальній перевірці результатів моделювання в лабораторних і виробничих умовах. прецизійний поверхня деталь прилад

Достовірність теоретичних і експериментальних досліджень підтверджено результатами дослідно-промислової перевірки і впроваджено у виробництво.

Наукова новизна отриманих результатів. На основі системного підходу до дослідження технологічних операцій і основних положень теорії різання в роботі отримано наступні нові наукові результати:

1. Розроблений і науково обґрунтований метод одночасної двосторонньої доводки шийок маятників акселерометрів з регулюванням зусилля притиску у відповідності до змін жорсткості заготовки, що дозволяє формувати задані параметри якості поверхневого шару.

2. Розроблені концептуальні положення створення операцій остаточної обробки робочих поверхонь маятників акселерометрів, що дозволяють забезпечувати формоутворення, параметри точності та якості оброблюваних поверхонь, фізико-механічні властивості поверхневих шарів, які є оптимальними для заданих умов обробки.

3. На основі наукового положення, що процес доводки може бути представлений як взаємодія випадкових полів притиру, заготовки і вільного абразиву, отримані математичні залежності для визначення числа активних зерен в зоні контакту і розподілу їх по глибині, що дозволяє описати закономірності видалення матеріалу припуску і формування поверхневого шару деталі.

4. Встановлено взаємозв'язки і закономірності формування мікрорельєфу поверхневого шару шийок маятників акселерометрів з врахуванням стохастичної природи процесу доводки, які дозволяють забезпечити гарантовану якість обробки виробів.

5. Дана кількісна оцінка зв'язку між складовими сили різання при доведенні шийок маятників акселерометрів і параметрами тонкої кристалічної структури матеріалу, що дозволяє прогнозувати формування структури дефектного шару на поверхні.

6. Встановлено функціональний зв'язок між структурою дефектного поверхневого шару шийок маятників акселерометрів після доводки абразивними пастами і працездатністю маятників, яка визначається властивостями оброблюваного матеріалу та параметрами обробки.

Практичне значення отриманих результатів.

Використання розроблених теоретичних методів дозволило розробити керовані ТП обробки заготовок на операціях доводки, що забезпечує високу стабільність показників якості оброблених деталей при значному підвищенні продуктивності операції.

Матеріали дисертації впроваджені в учбовий процес СевНТУ і використовуються у практичних заняттях по дисциплінам «Технологія автоматизованого виробництва», «Динаміка формоутворення поверхонь при механічній обробці».

Результати виконаних досліджень впроваджено на Сімферопольському заводі ВАТ «Завод «Фіолент». Річний економічний ефект при обробці маятників складає більше 49 тис. грн. на один верстат за цінами 2010 року.

Достовірність отриманих результатів. Достовірність результатів роботи забезпечується строгістю постановки завдань при побудові математичних моделей, обґрунтованістю прийнятих допущень, використанням математично коректних методів. Адекватність отриманих результатів підтверджено експериментальною перевіркою і впровадженням на машинобудівному підприємстві.

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, що увійшли до дисертації, отримані автором самостійно. Автор виконав постановку і формулювання наукового завдання, мети і завдань роботи; розробку нового методологічного підходу для забезпечення експлуатаційних показників шийок маятників акселерометрів, розробку теорії процесу доводки прецизійних поверхонь деталей приладів. Постановка завдань і обговорення наукових результатів виконано разом з науковим керівником. Внесок автора в роботи, виконані в співавторстві, складався в особистій участі у всіх стадіях роботи, починаючи від постановки задачі, виконання теоретичних і експериментальних досліджень до впровадження отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення, результати і висновки доповідалися на науково-технічних конференціях і семінарах: професорсько-викладацького складу Севастопольського національного технічного університету у 2006 - 2010 р.р.; Всеукраїнській молодіжній науково-технічній конференції «Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї - наука - виробництво» (м. Луцьк, 2008 р., м. Запоріжжя, 2009 р.,
м. Суми, 2010 р.); Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Прогресивні напрями розвитку машиноприладобудівних галузей і транспорту» (м. Севастополь, 2008 р.); Міжнародній науково-технічній конференції «Прогресивна техніка і технологія» (м. Київ, 2008 р.); Всеукраїнській науково-технічній конференції «Сучасні напрями і перспективи розвитку технологій обробки і устаткування у машинобудуванні» (м. Севастополь, 2010 р., 2011 р.).

У повному обсязі дисертація доповідалася та отримала позитивні відгуки на семінарах у Севастопольському національному технічному університеті.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 7 робіт, з яких 6 у виданнях, рекомендованих ВАК України, 1 - без співавторів, а також 1 теза доповіді на конференції.

Структура й обсяг роботи. Робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, додатків і переліку використаних джерел. Повний обсяг дисертації становить 170 сторінок, у тому числі: 136 сторінок основної частини, 26 ілюстрацій по тексту, 13 ілюстрацій на 9 сторінках, 18 таблиць по тексту, 6 додатків на 16 сторінках, список використаних джерел з 155 найменувань на 17 сторінках.



Основний 3міст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми і необхідність розробки моделей та методів процесу доводки алмазними пастами, оптимізація на їх основі циклів прецизійного формоутворення робочих поверхонь маятників акселерометрів, обґрунтовано напрями досліджень, визначені мета і наукові завдання роботи, описана структура роботи.

Перший розділ присвячено аналізу сучасного стану досліджуваного питання і формуванню завдань, вирішення яких необхідне для досягнення поставленої мети досліджень. Виконано аналіз стану питання, пов'язаного з підвищенням ефективності процесу доводки прецизійних поверхонь.

Наукові дослідження цього напряму розглянуті в роботах Байкалова А.В., Бакуля В.М., Беззубенка М.К., Богомолова Н.І., Бокучави Г.В., Братана С.М., Внукова Ю.М., Гавріша О.П., Гусєва В.В., Грабченка А.І., Доброскока В.Л., Евсеєва Л.Г., Кальченка В.І., Корольова А.В., Корчака С.М., Лебедєва Г.В., Лоладзе Т.Н., Лурьє Г.Б., Маталіна А.А., Маслова Є.Н., Матюхи П.Г., Новікова Ф.В., Новосьолова Ю.К., Орлова В.І., Петракова Ю.В., Подураєва В.Н., Попова С.А., Редька С.Г., Резнікова А.Н., Сидорка С.І., Сизого Ю.А., Старкова В.К., Узуняна М.Д., Федоровіча В.О., Федосєєва О.Б., Філімонова Л.Н., Худобіна Л.В., Якимова О.В. та інших вітчизняних та закордонних вчених. Представлені роботи освітлюють широкий спектр проблем, що виникає при абразивно-алмазній обробці, присвячені створенню технологічних процесів, що забезпечують якісну обробку деталей, дозволяють вирішувати комплекс завдань, які направлені на суттєве підвищення ефективності фінішної обробки.

Проте, не дивлячись на накопичений досвід при прогнозуванні стану ТС використовуються емпіричні моделі протікання ТП, отримані методами багатофакторного планування експерименту. Похибка таких моделей у ряді випадків досягає 100…300%, що не дозволяє їх використовувати для розрахунку режимів різання операції доводки поверхонь прецизійних деталей приладів. Процеси доводки мають складну стохастичну природу, що призводить до розкиду показників якості виробів і не дозволяє використовувати всі можливості цих методів унаслідок відсутності адекватного математичного опису процесу. Забезпечення якості і ефективності операцій доводки можливе лише на основі розробки стохастичних моделей, що враховують ймовірнісну природу цих процесів.

У другому розділі розглянуто концепцію підвищення ефективності обробки прецизійних поверхонь на операціях доводки. Для вирішення поставлених завдань і цілей операція розглянута як динамічна система, де процес формоутворення поверхні досліджується не лише у просторі, але і у часі. На основі системного підходу розглянута структура операції доводки абразивними пастами, сформульовано основні положення і принципи аналізу процесу доводки. При структурному аналізі операцію розділено за функціональними ознаками на підсистеми «Абразивна паста», «Верстат, пристосування», «Інструмент (притир)», «Заготовка», «Зона контакту». Визначені вхідні, вихідні змінні та параметри стану кожної з підсистем.

При системному аналізі операції доводки особливе місце належить аналізу області взаємодії притиру, доводочної пасти та заготовки - зоні контакту. У цій зоні відбувається видалення матеріалу з поверхні заготовки, формування всіх її якісних характеристик, змінюються параметри інструменту і т.д. Унаслідок того, що поточні параметри форми зерен і їх розташування, в цілому, є випадковими, то і процеси, зумовлені взаємодією зерен з матеріалом заготовки і притиру, є стохастичними.

Для створення адекватної моделі розглянута схема доводки, в якій враховано, що абразивні зерна не мають регулярної геометрії, глибина їх впровадження в поверхні інструменту та заготовки пропорційно твердості відповідних поверхонь.

При моделюванні процесу доводки враховано, що процес знімання матеріалу, виникаючий унаслідок контакту шорстких поверхонь заготовки та притиру з доводочною пастою, яка містить сукупність зерен різної величини і форми, є стохастичним.

Особливістю процесу доводки є те, що абразивні зерна під дією сил різання шаржують поверхню інструменту. Зерна абразивної пасти, які розташовані між мікронерівностями заготовки та інструменту, вдавлюються в поверхню інструменту та заготовки пропорційно їх міцності (рис. 1).

Рис. 1. Схема взаємодії абразивного зерна з матеріалом заготовки та доводочного інструменту

Позначивши суму впроваджень зерна в матеріали заготовки та інструменту через з пропорції ; отримаємо:

; (1)

; ,

де, , - величини дотичної напруги уздовж умовних площин зсуву матеріалів заготовки та інструменту відповідно, - глибина впровадження зерна в матеріал заготовки.

Внаслідок того, що для доводки шийок маятників використовуються мікропорошки, у яких закон розподілу величин діаметрів зерен близький до нормального, а нерівності доводочного інструменту та заготовки підкоряються незалежним гаусівським розподілам, в роботі отримано функцію щільності розподілу глибини впровадження зерен в матеріал заготовки і притиру.

Зерно розміром може залишати риску на поверхні заготовки, якщо виконується умова . При цьому впровадження зерен в заготовку визначається ймовірнісним законом:

(2)

де і - величини, що характеризують відповідно нерівності поверхні інструменту і заготовки (); - математичні очікування шорсткості поверхонь інструмента і заготовки; - середньоквадратичні відхилення відповідно;

, - математичне очікування і середньоквадратичне відхилення розміру абразивних зерен; - діаметральний розмір зерен, відповідний номеру зернистості; - середній розмір зерен -ї фракції, - відсотковий вміст -ї фракції за вагою.

Для здобуття математичної моделі, яка дозволяє розраховувати знімання матеріалу, розглянемо процес взаємодії інструменту із заготовкою на мікрорівні.

Появу на поверхні заготовки подряпин можна розглянути як результат дії потоку зерен з обмеженою післядією. Зважаючи на положення теорії масового обслуговування, в роботі отримано залежність для розрахунку ймовірності видалення матеріалу з поверхні заготовки

, (3)

де - відстань від умовної зовнішньої поверхні заготовки до рівня, на якому розраховується ймовірність видалення матеріалу; - показник, що визначає зміну ймовірності видалення матеріалу в зоні контакту деталі із зернами доводочної пасти.

Для розрахунку показника в роботі отримано залежність:

, (4)

де - розмір зерна у поперечнику; - коефіцієнт, який враховує долю інших компонентів пасти; - швидкість зерен у матеріалі заготовки; - фактична глибина мікрорізання.

При теоретичних розрахунках і моделюванні складна геометрична форма реальних зерен залежно від вирішуваного завдання замінюється спрощеним еквівалентом на базі тривісного еліпсоїда, кулею або еліпсоїдом обертання з постійним співвідношенням осей. Проведені розрахунки по зміні ймовірності видалення матеріалу по глибині шару шорсткості при моделюванні зерна (рис. 2) показали, що для мікропорошків форма зерна задає незначного впливу на ймовірність видалення матеріалу. Використання моделі зерна у вигляді тривісного еліпсоїда і еліпсоїда обертання з постійним співвідношенням осей не покращує точності розрахунку. Враховуючи, що для чималої вибірки таких зерен їх середня форма асимптотичне наближатиметься до кулі з діаметром, який дорівнює математичному сподіванню закону розподілу розмірів, то доцільно використовувати кулю для моделювання еквівалентної форми зерен.

З врахуванням умови і витікаючого з нього співвідношення, рівняння (3) визначає вираження для розрахунку знімання матеріалу в зоні контакту заготовки та інструмента у вигляді:

. (5)

Рис. 2. Зміна ймовірності видалення матеріалу по глибині шару шорсткості при моделюванні вершини зерна: 1 - кулею, 2 - тривісним еліпсоїдом, 3 - еліпсоїдом з постійним співвідношенням осей

На основі розроблених залежностей можливе аналітичне визначення параметрів шорсткості для процесу доводки, які дозволяють розраховувати відносну опорну довжину профілю шляхом розрахунку ймовірності невидалення матеріалу на рівні :

. (6)

Середнє арифметичне відхилення профілю :

. (7)

Висота шару, в якому розподілена шорсткість:

. (8)

Для розрахунку сили притиску притиру до поверхні заготовки введено поняття умовної довжини різальної кромки абразивних зерен виділеного мікрооб'єма . Якби всі точки вершин абразивних зерен контактували з оброблюваним матеріалом, то умовна довжина різальної кромки мікрооб'єму визначалася би помноженням ширини площадки зносу на число зерен . З врахуванням ймовірності контакту отримано вираження для розрахунку умовної довжини різальної кромки:

, (9)

де - умовна довжина різальної кромки; - ймовірність контакту абразивних зерен з матеріалом заготовки, чисельно рівна ймовірності видалення матеріалу; - довжина різальної кромки одиничного зерна.

З урахуванням (5) і залежностей сил, які отримані С.М. Корчаком при мікрорізанні одиничним абразивним зерном, вираження для розрахунку сили притиску набере вигляду

, (10)

де ; - глибина врізання притиру в заготовку; - радіус притиру; і - глибина врізання притиру в заготовку на -му та ()-му оберті притиру відповідно; - глибина різання на -му оберті.

Таким чином, на основі розглянутої схеми процесу доводки і основних положень теорії абразивної обробки розроблено залежності для обчислення ймовірності видалення матеріалу, сил притиску і шорсткості поверхні, що дозволяють прогнозувати знімання матеріалу, диференційовано оцінювати вплив окремих чинників на параметри якості деталі і швидкість протікання процесу.

Для безпосереднього використання отриманих теоретичних результатів необхідні експериментальні дослідження за визначенням параметрів, що входять до складу моделі та перевірки адекватності отриманих залежностей реальному процесу.

У третьому розділі здійснено експериментальну перевірку адекватності формалізованих моделей процесу доводки (рис. 3…6). У розділі також виконано оцінку похибки змінних, які входять до складу розрахункових моделей (табл. 1). У розділі наведено результати дослідження впливу умов доводки на параметри тонкої кристалічної структури деталей, виготовлених з берилієвої бронзи БрБ2, які виконані на дифрактометрі Дрон-2 в FеKб-випромінюванні.

Таблиця 1 Зведені дані за похибками вхідних змінних

Вхідні змінні	Похибка визначення
	Вхідних змінних	Глибини мікрорізання, мкм	Шорсткості поверхні, мкм
	6 мкм	-	0,001
	0,0026 м/с	0,06	0,008
	0,26 1/мм2	0,31	0,037
	2 мкм	0,01	-



Рис. 3. Графік залежності знімання матеріалу від тиску притиру:

1 - карбід кремнію зеленого;

2 - алмазний порошок Рис. 4. Графік залежності знімання матеріалу від зернистості пасти

Рис. 5. Залежність шорсткості обробленої поверхні від тиску притиру на абразивне зерно (зернистість 5 мкм)

Рис. 6. Залежність шорсткості обробленої поверхні від зернистості

В результаті рентгенівських досліджень встановлено, що в процесі доводки при певному поєднанні технологічних режимів можуть бути отримані поверхні з ненаклепаним поверхневим шаром. Показано, що із збільшенням зусилля притиску збільшується ширина дифракційних ліній, щільність дислокації і мікроспотворення кристалічної решітки. При обробці із зусиллями в діапазоні 0,2ч0,5 кг/см² глибина дефектного шару складає не більше 5 мкм.

Виконаний метрологічний аналіз підтвердив досить високу точність розроблених моделей, що дозволяє рекомендувати їх не лише для аналізу закономірностей формоутворення поверхонь, але і вирішення практичних завдань по розробці і оптимізації ТП.

Для оцінки точності процесу доводки було відібрано три партії по 10 виробів, оброблених пастами з різною зернистістю. Результати досліджень наведені у табл. 2.

Таблиця 2 Вплив зернистості алмазних паст на точність геометричних розмірів ішорсткість поверхні шийок маятників

№ партії		Відхилення від номінального розміру , мкм	Шорсткість поверхні шийок , мкм
		max	min	Дисперсія, мкм2	max	min	Дисперсія, мкм2
1	7/5	0,85	0,2	0,72	0,15	0,05	22,510-3
2	5/3	0,78	0,1	0,60	0,08	0,04	6,410-3
3	3/1	0,54	0,06	0,29	0,05	0,03	2,510-3

Таким чином, отримані у другому розділі теоретичні залежності дозволяють розробити науково обґрунтовані рекомендації з вибору величини тиску, що дозволить підвищити продуктивність, а також забезпечити гарантовану якість поверхні шляхом використання методів оптимізації.

У четвертому розділі описана методика розрахунку граничних циклів управління операцією доводки. Здійснений розрахунок оптимального циклу для обробки шийок маятника акселерометра. Зроблений синтез системи автоматичного управління динамічної стабілізації розробленого циклу і наведені результати промислових випробувань.

Для цього в роботі було здійснено формалізований опис обмежень, і складена комплексна модель операції (табл. 3). Представлена модель дозволяє оптимізувати цикл доводки. В якості початкового наближення (початкових умов для моделювання) використовуються довідкові дані та існуючі технологічні рекомендації для відповідних процесів.

Якщо при цьому виконуються умови незнаходження технологічних параметрів в областях обмежень, то результат вирішення наведеної системи визначає як закон зміни зусиль притиску інструменту, так і закони зміни величини знімання матеріалу, шорсткості поверхні заготовки і т. д.

Вказане дозволяє вирішувати завдання оптимізації технологічного процесу відомими чисельними методами за різними формалізованими критеріями, наприклад, за критерієм швидкодії (критерій штучного часу виробництва деталі), собівартості, приведених витрат та ін. Це відповідає рішенню задачі побудови граничних циклів програмного управління.

Таблиця 3 Математична модель процесу доводки

Стан об'єкта та системи
	; ;
	; ; ; ; ; ; ; ;
Обмеження	; ; ; ; ; ; ; ; ;
Критерії якості	; .

Отримані в результаті розрахунку цикли (рис. 7) виявилися такими, що складаються з двох етапів:

- етапу «форсованого режиму», на якому зерна доводочної пасти впроваджуються в поверхні заготовки та притиру;

- етапу «безпосередньої доводки», на якому сила притиску обмежується жорсткістю перемички маятника, величиною дефектного шару і лімітується обмеженнями на шорсткість поверхні і точність обробки.

Рис. 7. Приклад циклу обробки шийки маятника з графіком перехідного процесу у момент врізання

Дослідження циклів програмного управління для шийок маятників було проведене на устаткуванні, яке розроблене на кафедрі «Технологія машинобудування» СевНТУ.

Спроектоване устаткування дозволяє вести двосторонню обробку шийок маятника. Установка складається з приводу головного руху і 2-х взаємозв'язаних симетричних контурів, що забезпечують необхідне зусилля притиску притирів до поверхні заготовки за рахунок стежачих приводів (рис. 8).



Рис. 8. Функціональна схема стежачих приводів:

ЧПУ - числове програмне управління; П - перетворювач; ДПС - двигун постійного струму; МР - механічний редуктор; КГП - кулько-гвинтова передача; ЕПС - еквівалентно-пружна система; ВП - вимірювальний прилад; ДП - диференціальний підсилювач

Результати моделювання процесу представлено на рис. 9 та рис. 10, де - реакція системи на управляюче діяння.

Рис.9. Графік реакції системи

Рис.10. Відносна похибка реалізації процесу

Проведені розрахунки показали, що спроектована установка забезпечує відпрацювання циклу програмного управління з похибкою, що не перевищує одного відсотка.

Виробничі випробування показали, що при обробці виробів на операціях доводки у порівнянні з традиційними методами стабільно забезпечується висока якість поверхонь, що дозволило понизити частку браку на 3%, підвищити продуктивність обробки виробів на 2 % в порівнянні з існуючою технологією обробки цих деталей на підприємстві ВАТ «Завод «Фіолент».

Основні висновки

1. Досягнення необхідної гарантованої точності і шорсткості при обробці маятників акселерометрів в даний час є суттєвими труднощами унаслідок нестабільності технологічних процесів фінішної обробки. Шорсткість і точність виготовлення деталей є найважливішими показниками якості, які роблять суттєвий вплив на експлуатаційні властивості готових виробів (приладів машин). Остаточно шорсткість і точність формуються на фінішних операціях ТП. Для пружних елементів, таких як маятники акселерометрів, що працюють при знакозмінних навантаженнях, в якості такої операції широке використання знаходить процес доводки абразивними і алмазними пастами.

2. Для вирішення завдання підвищення ефективності процесу доводки операція розглянута як динамічна система, де процес формоутворення поверхні досліджується не лише у просторі, але і у часі. На основі системного підходу розглянута структура операції доводки абразивними пастами, сформульовані основні положення і принципи аналізу процесу доводки. При структурному аналізі операцію розділено за функціональними ознаками на підсистеми «Абразивна паста», «Верстат, пристосування», «Інструмент (притир)», «Заготовка», «Зона контакту». Визначені вхідні, вихідні перемінні та параметри стану кожної з підсистем.

3. Інтенсифікація процесів доводки при стабільності забезпечення необхідних показників може бути досягнута за рахунок створення математичних моделей операції, що дозволяють прогнозувати показники якості. При цьому особлива увага має бути приділена формуванню цих показників у часі. Велику роль також відіграє можливість оцінки не лише окремих, але і комплексних параметрів, таких як знімання металу, сили різання, шорсткість обробленої поверхні та інші.

4. Існуючі математичні моделі і методи окремих показників процесу, як правило, не враховують всього різноманіття факторів, що впливають на стохастичний характер процесу доводки, який виражається в постійній зміні з часом стану ТП. Це погіршує умови проектування ТП з метою забезпечення стабільності параметрів якості виробів.

5. Для створення адекватної моделі розглянуто схему доводки, в якій враховано те, що абразивні зерна не мають регулярної геометрії, глибина їх впровадження в поверхні інструменту та заготовки пропорційна твердості відповідних поверхонь.

6. При моделюванні процесу доводки враховано, що процес знімання матеріалу, виникаючий унаслідок контакту шорстких поверхонь заготовки і притиру з доводочною пастою, яка містить сукупність зерен різної величини і форми, є стохастичним процесом.

7. На основі розглянутої схеми процесу доводки та основних положень теорії абразивної обробки розроблено залежності для обчислення ймовірності видалення матеріалу, сил притиску і шорсткості поверхні. Вони дозволяють прогнозувати знімання матеріалу, диференційовано оцінювати вплив окремих факторів на параметри якості деталі і швидкість протікання процесу.

8. Проведені якісні і кількісні оцінки свідчать про адекватність математичних моделей. Відхилення експериментальних значень від розрахункових склали 5…10%, що дозволяє використовувати розроблені моделі для розрахунку технологічних режимів процесу доводки шийок маятників.

9. Для підвищення ефективності процесу доводки цикл обробки можна здійснювати із зміною тиску за час операції. В цьому випадку спочатку операції слід працювати з великим тиском, що забезпечує інтенсивне знімання матеріалу, а в кінці зменшувати тиск для досягнення необхідної шорсткості поверхні.

10. Виробничі випробування показали, що при обробці виробів на операціях доводки в порівнянні з традиційними методами стабільно забезпечується висока якість поверхонь, що дозволило понизити частку браку на 3%, підвищити продуктивність обробки виробів на 2 % в порівнянні з існуючою технологією обробки цих деталей на підприємстві.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Братан С.М. Моделирование процессов доводки поверхностей свободным абразивом / С.М. Братан, С.Е. Сазонов // Вісник національного технічного університету України «КПІ». Машинобудування. - Київ: НТУУ «КПІ». - 2007. - 54. - С.102-107. (Здобувачем виконано моделювання функції щільності розподілу глибини впровадження абразивних зерен в залежності від властивостей матеріалів заготовки та інструмента).

2. Братан С.М. Оценка параметров качества поверхности при доводке свободным абразивом / С.М. Братан, Д.А. Каинов, С.Е. Сазонов // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. - Донецьк: ДОННТУ, 2008. - Вип. 5 (139). - С. 9 -15. (Здобувачем виконано моделювання параметрів шорсткості для процесу доводки).

3. Братан С.М. Системный анализ процесса доводки заготовок свободным абразивом / С.М. Братан, С.Е. Сазонов // Різання і інструмент в технологічних системах: Міжнародний наук.-техн. зб. - Харків: НТУ «ХПІ», 2008. - Вип. 75. - С. 42-48. (Здобувачем виконано декомпозицію операції доводки та виповнено аналіз факторів що впливають на якість обробки).

4. Сазонов С.Е. Построение математической модели процесса доводки поверхностей свободным абразивом / С.Е. Сазонов // Наукові нотатки, Міжвузівський збірник (за напрямом «Інженерна механіка»). - Луцьк, 2009. - Вип. №24. - С. 492 -499.

5. Братан С.М. Моделирование распределения зерен при доводке поверхностей свободным абразивом / С.М. Братан, С.Е. Сазонов // Прогресивні напрями розвитку машино-приладобудівних галузей і транспорту: матеріали міжнародної науково-технічної конференції студентів, аспірантів і молодих учених. - Севастополь: СевНТУ, 2008 р. - Т1. - С. 141-142. (Здобувачем виконано моделювання функції щільності розподілу глибини впровадження абразивних зерен в матеріал заготовки та інструмента).

6. Братан С.М. Исследования влияния режимов процесса доводки свободным абразивом на параметры тонкой кристаллической структуры прецизионных деталей приборов / С.М. Братан, С.Е. Сазонов // Високі технології в машинобудуванні: Збірник наукових праць НТУ «ХПІ». - Харків, 2009. - Вип. 2 (19). - С. 147 - 155. (Здобувачем проведено аналіз і обробка експериментальних даних, запропоновані рекомендації що до вибору параметрів інструмента та режимів обробки).

7. Сазонов С.Е. Моделирование силы прижима инструмента при доводке шеек маятников акселерометров // С.Е. Сазонов, С.М. Братан // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування і транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. - Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2010. - Вип. 107. - C. 194 - 196. (Здобувачем отримано теоретичні залежності для розрахунку сили різання при доведені шийок маятників акселерометрів).



Анотація

Сазонов С.Є. Підвищення ефективності процесу доводки прецизійних поверхонь маятників акселерометрів. - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. - Севастопольський національний технічний університет, Севастополь, 2011.

Дисертація присвячена рішенню найважливішого науково-технічного завдання - підвищення ефективності процесу доводки прецизійних поверхонь деталей приладів.

На основі системного підходу розглянуто структуру процеса доводки абразивними пастами, сформульовані основні положення і принципи аналізу процесу доводки. Для створення адекватної моделі розглянуто схему доводки, в якій враховано, що абразивні зерна не мають регулярної геометрії, глибина їх впровадження в поверхні інструменту та заготовки пропорційна твердості відповідних поверхонь. Процес знімання матеріалу, виникаючий унаслідок контакту шорстких поверхонь заготовки та притиру з доводочною пастою, що містить сукупність зерен різної величини та форми, є стохастичним процесом.

На основі розглянутої схеми процесу доводки і основних положень теорії абразивної обробки розроблено залежності для обчислення ймовірності видалення матеріалу, сил притиску і шорсткості поверхні. Вони дозволяють прогнозувати знімання матеріалу, диференційовано оцінювати вплив окремих чинників на параметри якості деталі і швидкість протікання процесу. Проведені якісні та кількісні оцінки свідчать про адекватність математичних моделей.

Для підвищення ефективності процесу доводки цикл обробки можна здійснювати із зміною тиску за час операції. Виробничі випробування показали, що при обробці виробів на операціях доводки в порівнянні з традиційними методами стабільно забезпечується висока якість поверхонь і дозволило понизити частку браку на 3% та підвищити продуктивність обробки виробів на 2% в порівнянні з існуючою технологією обробки цих деталей на підприємстві.



Анотация

Сазонов С.Е. Повышение эффективности процесса доводки прецизионных поверхностей маятников акселерометров. - Рукопись

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 - процессы механической обработки, станки и инструменты, - Севастопольский национальный технический университет, Севастополь, 2011.

Диссертация посвящена решению важнейшей научно-технической задаче - повышение эффективности процесса доводки прецизионных поверхностей деталей приборов.

Для решения поставленных в работе задач операция доводки рассмотрена как динамическая система, где процесс формообразования поверхности исследуется не только в пространстве, но и во времени. На основе системного подхода рассмотрена структура операции доводки абразивными пастами, сформулированы основные положения и принципы анализа процесса доводки. При структурном анализе операция расчленена по функциональным признакам на подсистемы «Абразивная паста», «Станок, приспособление», «Инструмент (притир)», «Заготовка», «Зона контакта». Определены, входные, выходные переменные и параметры состояния: каждой из подсистем. В работе показано, что интенсификация процессов доводки при гарантированном обеспечении требуемых показателей может быть достигнута за счет создания математических моделей операции, позволяющих прогнозировать показатели качества. При этом особое внимание уделено формированию этих показателей во времени. Для создания адекватной модели рассмотрена схема доводки, в которой учтено, что абразивные зерна не имеют регулярной геометрии, глубина их внедрения в поверхности инструмента и заготовки пропорциональна твердости соответствующих поверхностей, процесс съема материала, возникающий вследствие контактирования шероховатых поверхностей заготовки и притира с доводочной пастой, содержащей совокупность зерен различной величины и формы, представляет собой стохастический процесс.

На основе рассмотренной схемы процесса доводки и основных положений теории абразивной обработки разработаны зависимости для вычисления вероятности удаления материала, сил прижима и шероховатости поверхности. Они позволяющие прогнозировать съема материала, дифференцированно оценивать влияние отдельных факторов на параметры качества детали и скорость протекания процесса, разработать научно обоснованные рекомендации по выбору величины давления, а также повысить производительность с обеспечением гарантированного качества поверхности путем использования методов оптимизации.

Экспериментальные исследования показали, что усилие прижима существенно влияет на характер пластической деформации. Установлено, что управляя технологическими режимами операции доводки можно влиять на степень и глубину наклепа при доводке шеек маятников акселерометров. Проведенные качественные и количественные оценки свидетельствуют об адекватности математических моделей. Отклонения экспериментальных значений от расчетных составили 5 - 10%, что позволяет использовать разработанные модели для расчета технологических режимов при доводке шеек маятников. Установлено, что работоспособность образцов, обработанных доводкой по предложенной методике, значительно выше, чем у изделий, обработанных по заводской технологии.

Для повышения эффективности процесса доводки цикл обработки предложено осуществлять с изменением давления за время операции. В этом случае вначале операции следует работать с большим давлением, обеспечивающим интенсивный съем материала, а в конце уменьшать давление для достижения необходимой шероховатости поверхности.

Разработаны технологические методы, модели и оборудование позволяющие осуществлять обработку изделий с гарантированным качеством при минимальных затратах и максимальной производительности на операциях доводки прецизионных поверхностей. Производственные испытания показали, что при обработке изделий на операциях доводки по сравнению с традиционными методами стабильно обеспечивается высокое качество поверхностей, что позволило снизить процент брака на 3% , увеличить производительность обработки изделий на 2 % по сравнению с существующей технологией обработки этих деталей на предприятии.



Summary

Sazonov S.E. Increase the efficiency during the process of finishing precision surfaces of pendulums accelerometers. - Manuscript

Thesis for candidate degree (PhD) of technical sciences, on specialty 05.03.01 - The processes of machining, machines and tools - Sevastopol National Technical University, Sevastopol, 2011.

The dissertation is devoted to solving important scientific and technical task of increasing the efficiency of precision finishing of surfaces of parts of devices.

On the basis of a systems approach considers the structure of finishing abrasive paste, formulated the basic provisions and principles of the analysis of fine-tuning. To create an adequate model, the tuning scheme, which takes into account that the abrasive grains do not have a regular geometry, the depth of their introduction into the surface of the tool and the workpiece is proportional to the hardness of the surfaces. The process of removal, arising from contact of rough surfaces with the workpiece and the lapping finishing paste containing a collection of grains of different sizes and forms, is a stochastic process.

Based on its review of the finishing circuits and components of the theory of abrasive treatment developed relations for calculating the probability of removal of material, clamping force and surface roughness enables them to make it possible to predict material removal, differentially assess the impact of individual factors on the parameters of quality parts and the speed of the process. Qualitative and quantitative assessments indicate the adequacy of mathematical models.

To increase the effectiveness of cleanup processing cycle can be carried out by varying the pressure during the operation. Industrial tests showed that the processing of products for cleanup operations in comparison with traditional methods consistently provided high quality surfaces, thus reducing the scrap rate and increase the processing performance of products in comparison with the existing technology of processing of these components in the enterprise.

Размещено на Allbest.ru

...