Использование комбинированных методов обработки, обеспечивающих как снижение трудоемкости за счет совмещения операций, так и высокое качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей, позволяет существенно повысить эффективность современного машиностоительного производства.

       Наиболее распространенным является комбинирование лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки, для каждой из которых достаточно хорошо изучены закономерности формирования поверхностного слоя обрабатываемых деталей и условия рационального применения [1, 2]. Однако сведения об особенностях комбинированной обработки тонким точением и алмазным выглаживанием практически отсутствует, хотя применение инструментов из сверхтвердых материалов в настоящее время является весьма эффективным способом повышения качества обработки деталей.

       Цель представляемой работы – разработка методики определения оптимальных параметров комбинированной обработки точением и выглаживанием, обеспечивающих заданный уровень шероховатости поверхностного слоя и максимальную производительность.

       Одной из основных задач при разработке технологических процессов изготовления деталей машин является выбор условий обработки, позволяющих получить требуемый уровень параметров состояния поверхностного слоя. При тонком точении и алмазном выглаживании наружных цилиндрических поверхностей параметр шероховатости Ra - среднее арифметическое отклонение профиля может быть определен следующим образом [2]:

где s – подача; v – скорость резания; - передний угол; r - радиус при вершине; Rzисх – исходная шероховатость при выглаживании; – максимальные напряжения на контакте; da – диаметр алмазного индентора.

       При комбинированной обработке тонким точением и алмазным выглаживанием параметр шероховатости Raкомб рассчитывается с учетом того, что исходным для алмазного выглаживания является параметр шероховатости, полученный при тонком точении той же поверхности при одних и тех же скоростях резания и подачах:

       Графики зависимости параметра шероховатости Rа от подачи S при тонком точении Rаточ, выглаживании Rавыгл (с постоянным значением исходной шероховатости Rаисх = const) и комбинированной обработке Rакомб представлены на рисунке 1.

       При комбинированной обработке исходной шероховатостью являются значения шероховатости, полученные при тонком точении Rаточ, то есть исходная шероховатость переменна и уменьшается с уменьшением подачи.

       Следовательно, параметр шероховатости Rакомб, формируемый в результате комбинированной обработки, меньше, чем при обычной отделочно-упрочняющей обработке выглаживанием при условии, что Rаточ< Rаисх. Таким образом, при комбинированной обработке для одних и тех же подач может быть достигнута меньшая шероховатость поверхностного слоя, чем при обычной отделочно-упрочняющей обработке. В том случае, когда Rаточ>Rаисх, параметр шероховатости Rакомб при комбинированной обработке становится больше, чем при обычном выглаживании, что следует учитывать при выборе параметров обработки.

       Для решения задачи оптимизации режимов при комбинированной обработке используется метод линейного программирования [3], позволяющий осуществлять одновременную оптимизацию скорости резания и подачи с учетом действующих ограничений по критерию максимальной производительности.
       Целевая функция - производительность обработки, максимум которой достигается при минимуме основного времени, или максимуме произведения n S max. (n, S - частота вращения и подача).

       При комбинированной обработке точением и выглаживанием рассматриваются ограничения по возможностям лезвийного режущего инструмента из сверхтвердого материала - эльбора, по предельно допустимой шероховатости обработанной поверхности Raдоп, по предельно допустимой температуре резания доп., а также кинематические.

       Математическая модель процесса комбинированной обработки точением и выглаживанием выражается системой линейных неравенств:

где D – диаметр обработки; C_V, K_V, x_V, y_V, m – коэффициенты и показатели степени влияния глубины t, подачи S и стойкости T на скорость резания V при лезвийной обработке тонким точением; C_R, n_R, y_R - коэффициент и показатель степени влияния скорости V и подачи S на шероховатость Ra при комбинированной обработке; C_T, x_T, y_T, n_T - коэффициент и показатели степени влияния режимов резания на температуру ; К_Т – коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев лезвийного инструмента при комбинированной обработке; n_min, n_max, s_min, s_max - предельно допустимые частоты вращения и подачи.

       На рисунке 2 графически представлена схема определения оптимальных режимов резания (стойкость Т = 300 мин., глубина резания t = 0,5мм, шероховатость Raдоп = 0,12мкм, доп = 800С).

       Для заданных условий обработки принятые следующие коэффициенты и показатели, характеризующие степень влияния глубины, подачи и стойкости на скорость и температуру резания:

коэффициенты и показатели, характеризующие степень влияния скорости и подачи на шероховатость обработанной поверхности:

       Точка С треугольника АВС, в которой целевая функция 6 принимает максимальное значение, является точкой пересечения ограничений по возможностям инструмента (1) и допустимой шероховатости обработанной поверхности Raдоп(2); координаты точки С являются искомыми оптимальными значениями режимов. В рассматриваемом случае температурные ограничения (3) не влияют на оптимальные режимы.
       Для заданных условий механообработки определены следующие значения оптимальных режимов комбинированной обработки:

       Согласно паспортным данным станка принятые следующие режимы резания: n_опт = 250об/мин; s_опт = 0,07мм/об; v_опт = 150м/мин.

       Таким образом, в результате проведенных исследований обоснованы рациональные параметры обработки тонким точением и алмазным выглаживанием, а также разработана методика определения оптимальных параметров комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки точением и выглаживанием, обеспечивающих заданный уровень шероховатости поверхностного слоя и максимальную производительность.

Литература

1. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. – М.: Машиностроение, 2000. – 320с.

2. Качество машин: Справочник в 2-х т.Т.1/ А. Г. Суслов, Э. Д. Браун, Н. А. Виткевич и др. - М.: Машиностроение, 1995. - 256с.

3. Кроль О. С., Хмелевский Г. Л. Оптимизация и управление процессом резания. Учеб. Пособие. - К.: УМК ВО, 1991. - 140с.

4. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А. М. Дальского, А. Г. Суслова, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 2001. – 944с.