адаптация программного комплекса design expert 6.0.9 к оптимизации режимов плоского шлифования быстрорежущих инструментов абразивными высокопористыми кругами по критерию микрогеометрии поверхности

 

Солер Я.И., Казимиров Д.Ю. (ИрГТУ, г. Иркутск, РФ)

 

Quality optimization and statistic models for the choice of grinding conditions for HS steels by abrasive high porous wheels taking into account the criteria of the roughness of the detail surface were obtained using the Design Expert 6.0.9.

 

Развитие вычислительной техники позволяет отойти от традиционных методов назначения режимов шлифования на этапе технологической подготовки производства, при которых рекомендуемые технологические параметры выбирались из таблиц с учетом выполняемого этапа обработки. В современных условиях для этой работы целесообразнее использовать стохастические модели шероховатости, просчитываемые на ПК с помощью программ, например, Design Expert 6.0.9. Реализации предлагаемого направления развития машиностроения и посвящено выполненное исследование.

Опыты вели на плоскошлифовальном станке модели 3Е711П по схеме многопроходного съема припуска периферией круга с постоянной глубиной врезания без выхаживания. Постоянные условия эксперимента: опытные абразивные круги ПП250×20×76 25А49ПС1 10К5/КФ40 повышенной пористости, площади шлифуемых поверхностей инструментов из стали Р18 () – 1358 , скорость вращения кругов , СОЖ – 2%-ный содовый раствор, подаваемый поливом в количестве . Переменные технологические параметры: продольная подача  (фактор А); поперечная подача  (фактор В) или , где  - высота абразивного круга; глубина шлифования  (фактор С); операционный припуск  (фактор D). Матрица плана проведения опытов соответствовала полному факторному эксперименту типа . Нормированные значения факторов A, B, C, D варьировались от -1,00 до +1,00.

Качество инструмента оценивали параметрами  и , которые при статистической обработке именуем откликами , где  - номер строки матрицы плана,  - номер дублирующего опыта. Шероховатости поверхности оценивали в направлении поперечной и продольной подач с помощью профилометра «Surtronic 3». Для удобства работы с программой поперечным шероховатостям был присвоен индекс 1 ( и т.д.), а продольным – 2 ( и т.д.).

Компьютерная программа Design Expert 6.0.9 охарактеризовала ротатабельность матрицы плана следующими средними квадратичными отклонениями (СКО): в центре плана (0, 0, 0, 0) – стандарт ; в точках (±1,00, ±1,00, 0,00, 0,00), (±1,00, 0,00, ±1,00, 0,00) и т.п. – СКО  при новом значении стандарта в центре плана ; в крайних точках факторного пространства (±1,00, ±1,00, ±1,00, ±1,00) -  и . По результатам дисперсионного анализа наблюдений программа просчитала значимые на 5%-ном уровне коэффициенты моделей шероховатости, представленных полиномами 1-го порядка. Их значения даны в табл.1.

Известно, что по модулю и знаку нормированного коэффициента можно оценить вклад того или иного эффекта в вариацию отклика , поскольку в нем отсутствует влияние натуральной величины фактора. Как видно из табл. 1, наиболее интенсивный рост поперечных высотных параметров микрорельефа поверхности обуславливает увеличение поперечной и продольной подач (факторы B и A). На порядок меньшее влияние имеют глубина резания и операционный припуск. Продольные высотные параметры микронеровностей в наибольшей мере формируются продольной подачей. На втором месте по значимости после нее находятся глубина шлифования или поперечная подача. Средние шаги шероховатостей профиля поверхности  даже при отрицательных значениях коэффициентов , ,  и  по мере интенсификации съема припуска возрастают в обоих направлениях за счет больших положительных значений коэффициентов взаимодействия факторов.

Свободные члены полиномов  представляют средние по всем наблюдениям и по их соотношению можно, в первом приближении, оценить корреляционные связи между различными параметрами шероховатости, расположенными в одном направлении, или между одноименными параметрами в двух ортогональных плоскостях. В частности, из данных табл. 1 очевидно, что высотные поперечные микронеровности превышают продольные параметры в 1,4-2,2 раза. В связи с этим они принимались в качестве критериев оценки состояния поверхности при оптимизации режимов плоского шлифования.

В условиях единичного и мелкосерийного производств предварительное и чистовое шлифование принято выполнять в технологической операции за два перехода абразивными кругами одной характеристики. Снижение микронеровностей обеспечивают регулированием технологических параметров в направлении уменьшения силовой нагрузки на круг и увеличения абразивных зерен, формирующих микрорельеф поверхности. Нами была поставлена задача получения наибольшей производительности съема припуска при обеспечении требований по шероховатости поверхности по поперечному параметру , который обычно задается на чертеже детали:  на черновом этапе и  на чистовом этапе.

 

Таблица 1-Коэффициенты нормированных моделей микрогеометрии

Коэффициенты	Параметры микрогеометрии, мкм

Примечание: * - над чертой поперечные шероховатости, под чертой – продольные

 

Программа Design Expert 6.0.9 ведет поиск экстремума, используя последовательное симплекс-планирование. Требование по производительности обеспечивается в программе знаком и величиной функции Weight, которая может варьироваться от (0,1) до (10). При задании значения функции Upper Weight производительность процесса шлифования снижается, а при задании значения функции Lower Weight – возрастает. Нами принято значение функции Lower Weight, равное (1). Важность варьирования технологических факторов А, В, С и D в обеспечении микрогеометрии поверхности оценивалось функцией Importance, ранги приоритетов которой могут изменяться от 1 до 5. Их задавали из условия степени воздействия на параметр ; чем значимее влияние на микрорельеф поверхности, тем больше задаваемый ранг: фактор В – 5, фактор А – 4, фактор С – 2 и фактор D – 1. При этом ограничений на остальные параметры шероховатости не накладывалось для расширения области поиска оптимума. Для каждого этапа шлифования программа предложила 6-10 вариантов оптимизации, крайние из которых представлены в табл. 2.

 

Таблица 2-Результаты оптимизации режимов шлифования

№ варианта	Значения нормированных факторов				Параметры шероховатости, мкм					Desirability
	А	В	С	D	*
1. Предварительное шлифование
1	+0,89	+0,95	+1,00	+1,00						0,972
2	+1,00	+1,00	-0,72	+1,00						0,721
2. Чистовое шлифование
3	-0,53	-0,26	+1,00	+0,99						0,406
4	+0,50	-0,67	+0,02	-0,53						0,341

Примечание: * - над чертой поперечные шероховатости, под чертой – продольные

 

Режимы, указанные первыми на каждой стадии шлифования, являются приоритетными. Они обеспечивают шероховатости на верхнем пределе допустимых значений и одновременно наибольшую производительность, которая условно оценена в столбце Desirability.