Алгоритм анализа процесса круглого наружного шлифования со скрещенными в одной плоскости осями абразивного инструмента и заготовки

УДК 621.923

АЛГОРИТМ АНАЛИЗА ПРОЦЕССА КРУГЛОГО НАРУЖНОГО ШЛИФОВАНИЯ СО СКРЕЩЕННЫМИ В ОДНОЙ ПЛОСКОСТИ ОСЯМИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА И ЗАГОТОВКИ

В.Б. Богуцкий, Л.Б. Шрон, Ю.К. Новосёлов

Показано, что при шлифовании со скрещенными в одной плоскости осями абразивного инструмента и заготовки, в поверхностном слое обрабатываемой заготовки возникают дефекты поверхностного слоя в виде прижогов, шлифовочных трещин и др. Предложенное формализованное описание процесса шлифования и алгоритм его применения позволят, при проектировании технологии шлифования, обеспечить качество обрабатываемых поверхностей деталей как непосредственно после правки инструмента, так и в любой момент времени периода его стойкости.

Ключевые слова: шлифование, скрещенные оси, формализованное описание, алгоритм, оценка параметров качества поверхности.

В процессе круглого наружного шлифования поверхностей, расположенными под углом к оси заготовок из высокоуглеродистых легированных сталей, в зоне резания создаются неблагоприятные термодинамические условия, вызывающие значительные структурные изменения в материале обрабатываемой детали [1, 2, 3 и др.]. Для достижения заданного качества приходится снижать режимы резания, осуществлять частую правку шлифовальных кругов, что неизбежно приводит к снижению производительности обработки [4, 5, и др.].

В работах [6, 7] разработано формализованное описание процесса шлифования поверхностей, расположенных в одной плоскости под углом к оси заготовок, которое обеспечивает численный расчет параметров качества и эффективности процесса как непосредственно после правки инструмента, так и в любой момент времени периода его стойкости. На рисунке приведен алгоритм анализа процесса круглого шлифования поверхностей, который содержит блоки: 1 - исходных данных, 2 - определения параметров системы на у-1 обороте, 3 - оценки параметров ТС после у - го оборота; 5 - оценки качества обработанной поверхности и эффективности операции шлифования, 12 - анализа причин неудовлетворительного качества обработки, 9 - учета номера оборота, 7 - учета номера цикла, 11 -учета номера обрабатываемой поверхности заготовки, 4, 8, 10 - блоки сравнения.

В исходные данные включается информация о точности, жесткости станка, начальном положении его исполнительных механизмов, параметрах заготовки, СОТС, технических требованиях на деталь, начальном состоянии рабочей поверхности инструмента, режиме резания. Для возможности оценки результатов процесса после этапов цикла в блок исходных данных вносится массив Ру. При ]=Рт производится вычисление показателей процесса.

Блок-схема алгоритма анализа процесса формообразования поверхности при шлифовании

Анализ начинается с вычисления параметров состояния подсистем после ]-го оборота при обработке первой поверхности заготовки, установленной на станок после правки инструмента. Число оборотов изменяется от единицы до И, которое определяется по времени обработки детали. Для выполнения расчетов устанавливаются значения элементов режима на ]-м обороте, коэффициенты формы зерна Ст, т и показатель % распределения зерен по глубине инструмента. В блоке 3 методом итерации решается уравнение баланса перемещений в технологической системе предложенное Ю.К. Новоселовым [8, 9]. На первом шаге полагается, что вся врезная подача идет на приращение глубины микрорезания и съем металла на (/-1)-м обороте. Вычисляется приращение фактической глубины резания ^ и фактическая глубина микрорезания наиболее выступающим зерном шлифовального круга на ¿-м обороте = По глубине микрорезания определяются силы резания и износ круга. По приращениям сил и температур - приращения упругих и температурных деформаций. На втором, третьем и т.д. этапах циклы расчета повторяются до получения требуемой точности результата.

После решения уравнения баланса перемещений вычисляются величина перемещения инструмента в направлении подачи, линейный съем металла Лг (1), износ инструмента ЛЯ (2), вероятность разрушения единичной режущей кромки Рк (3), шероховатость поверхности Яа (4); величина слоя шероховатости поверхности Н (5), глубина дефектного слоя На (6) и величина не удаленной части припуска Ц (7) [9, 10]. Если цикл обработки зуба не закончен, то переходят к анализу последующего оборота, полагая ]=]+1. Данные вычислений заносят в блок 2, в котором по зависимостям (8), (9), (10) определяются текущие значения радиуса округления вершин зерен, число кромок на рабочей поверхности инструмента и их распределение по глубине.

Ar

Kctfng (Vk - Vu ) \PgDe j05

13.66Vu +1.478Kctfng

Ln

hg = Vk i

-Lg

n Kcng(Vk -Vu)<ppp

V H3/2 VuHu

2 De°5 £(tf - yj - iAr)2 5 +

i=2

+8(tf- yj-Ar)2

35 2z3 z5 8 r z--+----Ly

3L 5L4 15 y

V 3Ly 5Ly у

dz

Pk - P(M) = exP

n Kcng(Vk -Vu)-ppg

V H3/2

VuHu

2 D05 x£ (tf - yj - iAr)25 + -5 i=2

+8(tf- yj-Ar)2

С

3

2r z z--- +

5

V

Ra =

+—L 3Ly 5Ly 15 у

0,544VuO4t Bg 0605

0.2 '

H - tf -

K°4K°AKfg(Vk -Vu)04D°'2

0.68  tfKcK„g (Vk - VU jfpgDe j"5 64.45 V„Bg-51 + tfKcKng (Vk - Vu )(KpgDe )5

( 1 i

hd -aq%(q - q°) TV"xfDej5 V 2Vk

Я j = П j-1-A rj . pg(т) = KPg pg° .

в

ng(t)= K

ng ng° .

f (u) -

-X-. uX-1

hX

где Vu - окружная скорость заготовки; Vk - окружная скорость шлифовального круга; tf — глубина микрорезания; Kc — коэффициент стружкообразо-

вания; Bg - основной размер абразивного зерна по ISO 8486-1,2:1996(Е); Kpg - коэффициент учитывающий изменение радиуса округления зерна в процессе работы абразивного инструмента; D,d - диаметр шлифовального

круга и заготовки; Н — слой, в котором распределена шероховатость; ng -

количество зерен в единице площади инструмента; Kng - коэффициент учитывающий изменение количества абразивных зерен на рабочей поверхно-

сти круга между правками; Ar - радиальный съем металла; Hu - величина слоя рабочей поверхности шлифовального круга, в пределах которой под-считывается ng; y¡ - расстояние от наружной поверхности заготовки до рассматриваемого уровня; z - расстояние сечения заготовки до основной плоскости; Ly - расстояние от основной плоскости до пересечения уровня y с траекторией движения наиболее удаленной от центра режущей кромкой;

h0 - величина относительного износа абразивного зерна; ö — угол наклона

оси круга; у — угол наклона обрабатываемой поверхности;

^ Dd cos 8 _

De =- — эквивалентный диаметр; Uj — текущий при-

(D sin у - d sin(8 - y)) пуск после j-го оборота; pg0 - исходный радиус округления вершины зерна; ng0 - исходное количество абразивных зерен на 1 мм2 рабочей поверхности круга; aq - коэффициент, зависящий от теплофизических свойств круга и заготовки; Z - коэффициент, учитывающий влияние теплового поля на глубину дефектного слоя; q - интенсивность теплового потока; q0 - бездефектная интенсивность теплового потока; u - расстояние от условной наружной поверхности инструмента до вершины зерна.

После окончания цикла обработки (j=N), выполняется оценка соответствия параметров качества поверхности и эффективности операции, требуемым по техническим условиям. При получении положительного результата переходят к анализу процесса обработки следующей поверхности (или следующей заготовки), полагая k=k+1. При получении отрицательного результата выполняется анализ причин несоответствия, даются рекомендации по их устранению.

Предложенный алгоритм позволяет использовать формализованное описание процесса шлифования для обеспечения гарантированного качества обрабатываемых поверхностей деталей при проектировании финишных технологических операций.

Список литературы

1. Инженерия поверхности деталей / Колл. авт.; под ред. А.Г. Суслова. М.: Машиностроение. 2008. 320 с.

2. George E. Totten Handbook of Residual Stress and Deformation of Steel. / Totten G., Inoue T., Howes M. //ASM International, 2002. 550 р.

3. Бутенко В.И. Научные основы функциональной инженерии поверхностного слоя деталей машин: моногр. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2017. 481 с.

4. W. Brian Rowe. Principles of modern grinding technology. Jordan Hill, Oxford ОХ2 8DP: UK 2009. 421 р.

5. Кремень З.И. Технология шлифования в машиностроении. СПб.: Политехника, 2007. 424 с.

6. Кальченко В. В. Научные основы эффективного шлифования со

203

скрещивающимися осями абразивного инструмента и обрабатываемой детали: дисс. ... д-ра техн. наук. Чернигов, 2006. 488 с.

7. Богуцкий В.Б., Шрон Л.Б. Определение глубины микрорезания при шлифовании со скрещенными в одной плоскости осями абразивного инструмента и заготовки // Вестник современных технологий. 2017. № 2 (6). С. 4-8.

8. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке. Севастополь: Из-во СевНТУ, 2012. 304 с.

9. Novoselov Y., Bogutsky V., Shron L. Patterns of removing material in workpiece - grinding wheel contact area // Procedia Engineering. «International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2017», 2017. Р. 991-996

10. Novoselov Y., Bogutsky V., Shron L., Kharchenko A. Forecasting the surface roughness of the workpiece in the round external grinding // MATEC Web of Conferences «International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2017», 2017. DOI: 10.1051/matecconf/201712901080.

Богуцкий Владимир Борисович, канд. техн. наук, доцент, bogutskivb@yandex.ru, Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет,

Шрон Леонид Борисович канд. техн. наук, доцент, shronlb@,mail. ru, Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет,

Новоселов Юрий Константинович, д-р техн. наук, профессор, sev.novoseloff@yandex.ru, Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет

ALGORITHM OF THE ANALYSIS OF THE ROUND EXTERNAL GRINDING PROCESS WITH THE CROSSED IN ONE PLANE AXES OF ABRASIVE TOOLS AND BLANK

V.B. Bogutsky, L.B. Shron, Y.K. Novoselov

It is shown, that when is performed grinding with the crossed in one plane axes of the abrasive tool and the workpiece, in the surface layer of the machined workpiece arise the defects of the surface layer in the form of burns, grinding cracks and others. The proposed formalized description of the grinding process and algorithm its application will ensure the quality of the machined parts surfaces at design the grinding technology both immediately after tool straightening and at any time during its durability period.

Key words: grinding, crossed axes, formalized description, algorithm, estimation of surface quality parameters.

Bogutsky Vladimir Borisovich, candidate of technical sciences, docent, bogut-skivb@yandex.ru, Russia, Sevastopol, Sevastopol State University,

Shron Leonid Borisovich, candidate of technical sciences, docent, shronlb@,mail.ru, Russia, Sevastopol, Sevastopol State University,

Novoselov Yurij Konstantinovich, doctor of technical sciences, professor, sev.novoseloff@yandex.ru, Russia, Sevastopol, Sevastopol State University