|
Особенности технологического процесса обработки изделий из камня приведены в [6,7]. Авторы исследуют особенности всего технологического цикла обработки изделия (от заготовительных и до финишных операций), особенности конструкций технологического оборудования и оснастки.
Исследуются вопросы формирования нагрузки на единичном алмазном зерне, основные закономерности резания камня при различных методах обработки, определяются оптимальная скорость подачи при шлифовании с учетом себестоимости изготовления изделия.
Однако вопросы, связанные с выбором оптимальных параметров динамических систем шлифования, минимизации количества и назначения максимально возможных значений операционных припусков на обработку шлифованием изделий из природного камня, методов управления технологическим процессом и качеством обработки поверхностей, и в настоящее время остаются в полной мере не изученными. С этой целью необходимо проведение дополнительных исследований.
3.Цели и задачи исследований
Целью статьи является разработка методики проведения экспериментальных исследований процесса шлифования изделий из камня.
Проведение экспериментальных исследований планируется для решения следующих задач:
Изучить основные особенности технологического процесса шлифования поверхности изделий из камня. Выполнить анализ статистических характеристик процесса шлифования. На основе проведенного анализа планируется: установить спектральный состав и основные особенности формирования динамических процессов в системе привод-инструмент-деталь (СПИД), оценить уровень динамических нагрузок абразивного инструмента и элементов приспособлений; разработать рекомендации по выбору параметров динамических характеристик системы привод-инструмент-деталь.
Получить необходимый материал для проверки адекватности разработанной математической модели процесса шлифования хрупких материалов с целью решения задач оптимизации динамических свойств СПИД.
Экспериментально установить эффективность СПИД с оптимальными параметрами динамических характеристик. Изучить закономерности влияния динамических характеристик СПИД на процесс износа и стойкость режущего инструмента.
Экспериментально подтвердить разработанную методику назначения припусков на обработку поверхностей изделия, учитывающую снижение стоимости обработки поверхности заготовки за счет уменьшения трудоемкости технологического процесса шлифования.
Получить экспериментальное подтверждение повышения производительности обработки заготовки шлифованием и снижения стоимости обработки заготовки за счет реализации предложенных методов и методик.
4.Выбор измеряемых величин
В соответствии с поставленными задачами в качестве измеряемых и контролируемых величин целесообразно принимать:
Входные величины: режимы резания, характеризующиеся скоростью главного движения V, скоростью подачи Vn, давлением инструмента Po; параметры абразива инструмента Hа; характеристики хрупко-пластического состояния материала ? и топографии обрабатываемого поверхностного слоя заготовки А (величина макронеровностей).
Выходные величины: составляющие усилия резания Px, Py, Pz, параметры трещиноватости обработанной поверхности заготовки ha, деформация элементов СПИД (приспособления ?пр и инструмента ?и).
Таким образом, схему входных и выходных величин процесса обработки заготовки можно представить в виде, рис.1, где указаны управляемые ? и неуправляемые C факторы воздействия на исследуемый процесс, F- выходные величины технологического процесса шлифования заготовки.
5.Планирование проведения экспериментов
При планировании проведения эксперимента необходимо соблюдение ряда принципиально важных требований.
Условия проведения экспериментальных исследований должны быть представительными.
Представительность условий, в которых предполагается проведение исследований, означает, что условия проведения эксперимента должны соответствовать или обладать набором характерных параметров, соответствующих параметрам, в которых производится процесс шлифования изделий из камня.
Следующим требованием проведения экспериментов является достоверность полученных результатов. Это означает, что получаемый экспериментальный материал должен в полной мере отражать те процессы, которые протекают при торцовом шлифовании изделий из камня.
Кроме указанных требований, необходимое внимание должно уделяться частотной характеристике приборов, с помощью которых будет производиться фиксация измеряемых величин. Собственная частота прибора должна быть не менее чем на порядок выше предполагаемых частот фиксируемой физической величины. Это дает возможность работать на линейной части характеристики прибора и получать безыскаженную информацию.
Достаточность экспериментального материала, которая означает, что объем (число отсчетов для дискретных величин, продолжительность записи для непрерывных величин) экспериментального материала должен быть достаточным для того, чтобы с заданной (гарантийной) вероятностью погрешность оценки величины не превышала установленной (допустимой) [10].
Оценим объем экспериментального материала может быть оценен по приведенным ниже зависимостям:
для дискретных случайных величин
для непрерывных случайных величин
.
Здесь Pr – гарантийная вероятность; Ф(t) – функция Лапласа; – допускаемая погрешность; – среднеквадратическое отклонение значений случайной величины; ?max, ?min – соответственно максимальная и минимальная частоты фиксируемого процесса; – величина максимального смещения при определении корреляционной функции; T – длина реализации (записи) случайной функции; – интервал сканирования (отсчетов) при кодировании случайной функции в виде случайной последовательности чисел; % – принимаемая погрешность при определении оценок исследуемой величины; n –объем информации случайной величины [10].
Целью планирования проведения экспериментальных исследований является получение с минимальными затратами необходимого материала для решения поставленных задач изучения исследуемого процесса. При планировании проведения исследований процесса обработки заготовки из камня, исходя из условий нелинейности характера протекающих процессов, воспользуемся методикой проведения ПФЭ 3n, где n – число управляемых факторов исследуемого процесса. Число выбранных факторов обуславливает размерность изучаемого факторного пространства. При этом, выбирая факторы, необходимо учитывать область их применения; отсутствие коррелируемости факторов; учесть совместимость факторов (т.е. все их комбинации осуществимы и безопасны), управляемость, точность и однозначность замеров.
При выборе интервалов варьирования учтем условия проведения эксперимента. Для решения задачи оптимизации центр плана расположим вблизи предполагаемого оптимума. При этом нижний предел интервала должен быть больше удвоенной среднеквадратичной ошибки определения фактора.
Поскольку на исследуемую технологическую систему одновременно с управляемыми факторами воздействует большое количество неуправляемых и неконтролируемых факторов, рис.1, которые создают дополнительный стохастический шум, искажающий истинные результаты экспериментов. Чтобы надежно отделить исследуемые факторы от шумового фона воспользуемся рандомизацией, которая устанавливает случайный порядок проведения опытов, предусмотренных матрицей планирования.
Эту процедуру выполним с генератора случайных чисел [10]. По результатам планирования при проведении экспериментальных исследований используем матрицу планирования.
6.Реализация экспериментальных исследований
Реализация экспериментальных исследований технологического процесса обработки поверхности камня шлифованием, с измерением указанных в п.4 величин, возможна в условиях специального стенда. Стенд состоит из вертикально-фрезерного станка в шпинделе которого установлен абразивный шлифовальный круг для осуществления процесса торцового шлифования. На столе станка установлено специально спроектированное тензометрическое приспособление, позволяющее производить замеры мгновенных величин составляющих усилий резания и податливости системы заготовка – приспособление, рис.2.
Тензометрическое приспособление состоит из 3-х компонентных датчиков силы, закрепленных к основанию 1 и плите 2. На плите 2 установлена обрабатываемая шлифовальным кругом 3 заготовка из камня 4. Между основанием 1 и плитой 2 установлено тензометрическое устройство для измерения микроперемещений [11], представляющее собой тензобалочку, взаимодействующую со щупом, рис.3.
Для фиксации результатов тензометрических экспериментальных исследований используется аналого-цифровой преобразователь, имеющий возможность записи полученной реализации в память ПЭВМ с дальнейшей статистической обработкой результатов.
Следующим этапом проведения экспериментальных исследований является измерение динамических характеристик стендовой установки: коэффициентов жесткости систем заготовка – приспособление и инструмент – привод станка. Целью проведения таких экспериментов является дальнейший анализ динамических характеристик стенда и разработка адекватной математической модели процесса шлифования в среде «ЅІMULINK» [12].
Необходимым этапом проведения экспериментальных исследований является и фиксация параметров микротрещин, полученных в результате воздействия зерен абразива шлифовального круга. Параметры трещиноватости обработанной при заданных режимах поверхности заготовки необходимы для последующего моделирования в программной среде «ANSYS» [13] процессов шлифования заготовок из хрупкого материала с целью определения рациональных последовательности и количества переходов чернового, чистового шлифования и лощения поверхности.
Экспериментальные исследования процесса обработки поверхности заготовки сопровождаются:
учетом затрат времени на послойную обработку поверхности заготовки,
качественной и количественной характеристик, наследственности макро-, микрогеометрии поверхности и трещиноватости обработанной поверхности изделия с учетом топографии поверхности заготовки [14],
параметров абразивного инструмента до и после операции шлифования поверхности.
7.Выводы и перспективы развития разработанных принципов
Разработанная методика и специальный стенд позволяют проводить экспериментальные исследования процесса шлифования изделий из камня, и определять рациональные параметры технологического процесса, обеспечивающие снижение стоимости обработки, повышение производительности процесса шлифования природных и синтетических материалов.
Полученные в результате проведения экспериментальных исследований данные будут использованы в разработке математических моделей и моделировании процесса шлифования изделий из природного камня на ПЭВМ, доказательстве их адекватности разработанных математических моделей реальным процессам обработки, подтверждения предложенных методик и методов обработки.
Список литературы: 1. Мартыненко И.И. Состояние и перспективы развития геологической отрасли в Украине // Інструментальний світ.- Київ.: ІВЦ НАН України, №2, 2002.- С.10-12.
2. Калафатова Л.П. Технологические основы повышения эффективности обработки и обеспечения качества изделий из технических стекол и ситалов. Автореферат на соискание ученой степени докт. техн. наук - Харьков – 2001.-37с.
3. Рыбицкий В.А. Алмазное шлифование твердых сплавов.- Киев: Наукова думка, 1980 – 224с.
4. Бурмистров В.В. Научные основы надежности технологических систем алмазно-абразивной обработки технической кераміки и ситалов – Самара: изд. Діамант-Феникс, 2001 -122с.
5. Польшаков В.І. Теоретичні і практичні основи високопродуктивного торцевого шліфування важкооброблюваних матеріалів. – Автореферат дис. на здобуття вченого ступеня докт. техн. наук. – Київ, 1998.-33с.
6. Варданян К.С. Современные камнеобрабатывающие станки и поточные линии.- «Айастан», Ереван, 1975.-226с.
7. Орлов А.М. Добыча и обработка природного камня.- М.: Наука, 1977.- 350с.
8. Гусев В.В., Молчанов А.Д. Математическая модель формированияшероховатости поверхности конструкционной керамики при алмазном шлифовании. - Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2002. Вып. 19. – С. 50 – 57.
9. Алмазная обработка технической керамики. Д.В.Ваксер, В.А.Иванов, И.В.Никитков, В.Б.Рабинович – Ленинград: Машиностроение, 1976.- 160с.
10. Болтян А.В., Горобец И.А.Теория инженерных исследований: Учебное пособие.- Донецк, ДонНТУ, 2001. – 139 с.
11. А.С. СССР №1604989 Горобец И.А., Бойко Н.Г. Устройство для исследования параметров бесцепной системы подачи угольного комбайна. - Опубл. БИ №41, 1990.- с.36.
12. MATLAB 5 fur Ingenieure/ Szstematische und praktische Einfuhrung/ Adrian Biran, Moshe Breiner.- 3. Auflage – Bonn, Addison-Wesley-Longman, 1999 – 541.
13. Конюхов А.В. Основы анализа конструкций в «ANSYS».-Казань: 2001.-235с.
14. Горобец И.А., Михайлов А.Н. Исследование топографии поверхности обрабатываемых заготовок из камня - Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2003. Вып. 24. – С. 31 – 36
Международный сборник научных трудов. Донецк. ДонНТУ-2003. Вып. 24.
|
