Задачи нового метода обработки хрупких материалов.

В развитии конструкции станка была поставлена задача соз­дать такие способ и устройство для шлифования изделий, преиму­щественно из сверхтвердых и хрупких материалов, которые позво­лили бы обрабатывать высокоточные изделия сложной формы в режи­ме пластического микрошлифования без хрупкого разрушения обра­батываемой поверхности с обеспечением высокого качества поверх­ностей готового изделия с гарантированными размерами.

В основу была положена реализация принципиально новой мо­дели физической мезомеханики дискретного и пластичного периоди­ческого образования множества единичных пластически деформиро­ванных стружек с линейными размерами каждой из них мезомасштабного уровня только в результате накопленной усталости от возв­ратно-поворотных мод деформации при внешнем упорядоченном дина­мическом воздействии только импульсных микроконцентраторов ка­сательных напряжений на обрабатываемую поверхность.

Поставленная задача решена созданием способа микрошлифова­ния изделий, преимущественно ив сверхтвердых и хрупких материа­лов посредством упругой обрабатывающей системы станка с прог­раммным управлением, имеющего производящую инструментальную по­верхность со связанными режущими зернами, включающего введение в программу упругой обрабатывающей системы станка ее предела упругости на сжатие и расчетных параметров интенсивности съема припуска с обрабатываемой поверхности заготовки изделия, осу­ществление шлифования обрабатываемой поверхности заготовки изделия путем сложного движения, являющегося результатом враща­тельного движения производящей инструментальной поверхности, многопроходных реверсивных продольных перемещений точки касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной по­верхностью по расчетной траектории производящей инструменталь­ной поверхности и осуществляемых в момент реверса врезных подач по нормали к плоскости формообразования до получения готового изделия с заданными размерами и заданной высотой микронеровнос­тей (Rz) обработанной поверхности готового изделия, в котором перед шлифованием на производящей инструментальной поверхности формируют вершины режущих зерен, выступающих из связки на оди­наковую высоту (рис. 3.1.), а в процессе шлифования многопроход­ные реверсивные продольные перемещения в плоскости формообразо­вания осуществляют дискретно с шагом, по существу равным задан­ной высоте микронеровностей на обработанной поверхности готово­го изделия, при этом в каждом проходе в каждой заданной точке касания обрабатываемой поверхности с вершиной каждого заданного режущего зерна на расчетной траектории производящей инструмен­тальной поверхности непрерывно измеряют статическую и динами­ческую составляющие силы резания и определяют момент выхода об­рабатывающей системы на управляемый режим шлифования по появле­нию равномерной амплитуды динамической составляющей силы реза­ния, после чего в каждой указанной точке определяют величину статической составляющей упругой деформации обрабатывающей сис­темы и амплитуду и частоту ее динамической составляющей и неп­рерывно корректируют по меньшей мере один из параметров интен­сивности съема припуска так, чтобы в каждой указанной точке ве­личина динамической составляющей не превышала заданную высоту микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, а сумма величины указанной статической составляющей с амплиту­дой динамической составляющей не превышала заданного предела упругости на сжатие обрабатывающей системы станка.

Разработанный способ позволил осуществить модель физичес­кой мезомеханики пластического деформирования твердоструктурных и хрупких материалов и минералов (алмазов) в процессе размер­но-регулируемого бездефектного микрорезания в упругой техноло­гической системе, составные звенья которой включают в себя:

 

 

m - количество выступов

n - частота вращения инструментальной поверхности (сек -1)

d_h - наружный диаметр инструмента

d_bh- внутренний диаметр инструмента

h - высота микронеровностей

β - размер зерна

 

Рис. 3.1. Микрорельеф производящей инструментальной поверхности.

 

- упорядоченное и в пространстве системы координат станка и во времени динамическое нагружение упругой обрабатывающей системы определенной последовательностью импульсных воздействий на обрабатываемую поверхность изделия микроконцентраторов каса­тельных напряжений в точках одноразового контакта с соответс­твующей последовательностью вершин режущих зерен на вращающейся производящей инструментальной поверхности для обеспечения ло­кальной потери сдвиговой устойчивости только в кристаллической решетке и соответствующего самоорганизующегося формирования по схеме "сдвиг + поворот" унитарного ячеистого поля на обрабаты­ваемой поверхности в виде множества единичных мезообъемов на площади макромасштабного уровня от каждого единичного внешнего импульсного воздействия микроконцентратора касательного напря­жения;

- периодический съем припуска с обрабатываемой поверхности изделия в виде одновременного удаления множества единичных пластически деформированных стружек с мезомасштабным уровнем каждой такой единичной стружки как результат синхронного окон­чания процесса накопления усталости от возвратно-поворотных мод деформации на границах каждого отдельного и всего множества указанных единичных мезообъемов в унитарном ячеистом поде;

- идентификацию соответствия фактической физической модели микрорезания с заданной моделью по наличию в установившемся ре­жиме съема припуска автоколебательного характера динамической составляющей упругих деформаций в технологической системе с равными амплитудами колебаний, соответствующими линейным разме­рам указанной пластически деформированной единичной стружки, и частотой, соответствующей времени "жизни" каждого указанного возвратно-поворотно движущегося единичного мезообъема в указан­ном унитарном ячеистом поле;

- определение времени задержки - интервала времени пере­ходных процессов резания в упругой обрабатывающей системе, а также определение статической составляющей ее упругой деформа­ции;

- уточнение размерной настройки упругой обрабатывающей системы с учетом статической составляющей ее упругой деформа­ции;

- непрерывную корректировку режимов интенсивности съема припуска для стабилизации в упругой обрабатывающей системе за­данных выходных параметров обработки.

Таким образом, осуществление способа размерно-регулируемого микрошлифования впервые позволило реализовать обобщенную концепцию технологической ди­агностики. формализующей физические процессы и условия безде­фектного микрорезания с получением оперативной, достоверной и достаточной для последующего целенаправленного использования информации о состоянии всех составляющих звеньев упругой обра­батывающей системы в любой текущий момент времени размерно-ре­гулируемого микрошлифования твердоструктурных и хрупких матери­алов и минералов (алмазов) и на основе информации о динамичес­ких и статических составляющих упругих деформаций в обрабатывающей системе обеспечить устойчивое получение заданных выходных параметров обработки за счет самонастраивающегося компьютерного управления режимами интенсивности съема припуска в каждой точке касания каждой вершины режущего зерна производящей инструмен­тальной поверхности с обрабатываемой поверхностью.

Осуществление способа размерно-регулируемого микрошлифования позволяет находить та­кие области режимов интенсивности съема припуска, определять и реализовывать в этих областях такой порядок дозированного дина­мического воздействия каждого режущего зерна производящей инс­трументальной поверхности на обрабатываемую поверхность, кото­рые обеспечивают устойчивую периодичность процесса самооргани­зующегося образования, развития и удаления пластически деформи­рованных слоев ячеистой структуры мезомасштабного уровня в каж­дом таком сдое путем постепенного в течении времени каждого та­кого периода накопления усталости только от возвратно-поворот­ных мод пластической деформации на границах каждой единичной ячейки в каждом указанном сдое с ячеистой структуры и окончани­ем каждого указанного периода соответствующим мгновенным (им­пульсным) удалением с обрабатываемой поверхности каждого ука­занного пластически деформированного слоя площадью макромасштабного уровня в виде множества единичных пластически деформи­рованных стружек.

В результате этого при обработке исключается хрупкое раз­рушение обрабатываемой поверхности и возникновение на ней ри­сок, трещин, сколов и тому подобных дефектов, что позволяет по­лучать высокое качество поверхностей обрабатываемого изделия без дополнительных ручных операций. Кроме того, дифференциаль­ный учет при осуществлении предлагаемого способа отдельно толь­ко динамической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы позволяет обеспечить заданную высоту микронеровностей (Rz) на обработанной поверхности готового изделия” а отдельный учет только статической составляющей упругой деформации позво­ляет обрабатывать высокоточные изделия и детали сложной формы в режиме пластического микрошлифования с высокой точностью полу­чения заданных размеров. При этом появляется возможность отсле­дить динамику поведения упругой, обрабатывающей системы для обеспечения стабильного образования пластически деформированной единичной стружки с учетом фактического состояния режущей спо­собности вершин режущих зерен производящей инструментальной по­верхности” что исключает возможность образования вышеуказанных дефектов на обрабатываемой поверхности в виде хрупкого разруше­ния вследствие какого-либо случайного локального превышения предела упругости и соответствующего нарушения упругих свойств обрабатывающей системы.