ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Разработка наукоемких решений в области технологического обеспечения стабильности получения качества обработанной поверхности и работоспособности режущего инструмента является современным направлением повышения эффективности технологических процессов механической обработки. Особое значение данная проблема приобретает для производственных систем, использующих автоматизированное оборудование, в частности, для цифровых производственных систем (ЦПС), т. е. она связана с реализацией концепции «индустрия 4.0» в промышленности. Нестабильность процесса резания выражается в колебании температурно-силовых характеристик процессов стружкообразования и контактного взаимодействия и провоцирует непостоянство получаемого качества обработанных поверхностей и работоспособности режущего инструмента. Адаптивное управление позволяет повысить стабильность выходных параметров процесса резания при колебаниях состояния технологической системы. На основе использования возможностей современного оборудования с ЧПУ предлагается адаптивное управление режимами резания с целью повышения эффективности технологических процессов механической обработки. Цель работы: разработка и обоснование математических моделей влияния режимов и параметров процесса обработки на функциональные и выходные параметры точения и фрезерования для технологической подготовки производства (ТПП) и адаптивного управления процессом резания в ЦПС. Методами исследования являются планирование многоуровневых полных факторных экспериментов с учетом анализа наиболее распространенных обрабатываемых и инструментальных материалов, режимов и условий обработки при точении и фрезеровании на станках с ЧПУ, статистическая обработка результатов экспериментов и регрессионный анализ, анализ разработанных математических моделей с позиции теории и физических основ процесса резания. Результаты и обсуждение. На основе проведенных экспериментальных исследований, построения математических моделей и анализа полученных результатов получены расчетные формулы для определения среднего арифметического отклонения профиля Ra и среднего шага неровностей профиля Sm обработанной поверхности, подачи и силы резания при точении и фрезеровании. Представленные математические модели описывают закономерности формирования функциональных и выходных параметров обработки резанием и предназначены для ТПП и для адаптивного управления современным автоматизированным оборудованием с ЧПУ в ЦПС для механической обработки. Анализ разработанных математических моделей обнаружил закономерности формирования микрогеометрии обработанной поверхности и силы резания, т.е. нагрузки на инструмент, с позиции теории резания и температурно-деформационных закономерностей высокоскоростного пластического деформирования.

1. Chang P. Targeting "Industrie 4.0" // The Challenger. – 2017. – Vol. 9, iss. 33. – P. 2–3.

2. Ingemansson A.R. The development of informational-executive cyber-physical systems in materials production and metalworking // Innovative Technologies in Engineering: From Design to Competitive Product. – 2019. – Vol. 973. – P. 200–205. – DOI: 10.1007/978-3-0357-3267-2.

3. Ingemansson A.R. Characteristics, composition, mechanism function and modern aspects of implementation of digital production systems in mechanical engineering industry // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). – Cham: Springer, 2020. – Vol. 2. – P. 1167–1174. – DOI: 10.1007/978-3-030-22063-1.

4. Старков В.К. Физика и оптимизация резания материалов. – М.: Машиностроение, 2009. – 640 с. – ISBN 978-5-94275-460-0.

5. Повышение эффективности процессов механообработки на основе подходов искусственного интеллекта и нелинейной динамики / Ю.Г. Кабалдин, О.В. Кретинин, Д.А. Шатагин, А.М. Кузьмишина. – М.: Инновационное машиностроение, 2018. – 184 с. – ISBN 978-5-6040281-1-7.

6. Condition monitoring of CNC machining using adaptive control / B.S. Prasad, D.S. Prasad, A. Sandeep, G. Veeraiah // International Journal of Automation and Computing. – 2013. – Vol. 10. – P. 202–209. – DOI: 10.1007/s11633-013-0713-1.

7. Adaptive controller design for feedrate maximization of machining process / F. Cus, U. Zuperl, E. Kiker, M. Milfelner // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. – 2006. – Vol. 17, iss. 1–2. – P. 237–240.

8. Zuperl U., Cus F., Milfelner M. Fuzzy control strategy for an adaptive force control in end-milling // Journal of Materials Processing Technology. – 2005. – Vol. 164–165. – P. 1472–1478. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2005.02/143.

9. Chang P. AI case study // Breakthrough. – 2018. – Vol. 10, iss. 38. – P. 12–15.

10. Справочник технолога / под общ. ред. А.Г. Суслова. – М.: Инновационное машиностроение, 2019. – 800 с. – ISBN 978-5-907104-23-5.

11. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 2 / под ред. А.М. Дальского [и др.]. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение-1, 2001. – 942 с. – ISBN 5-94275-013-0.

12. Суслов А.Г., Дальский А.М. Научные основы технологии машиностроения. – М.: Машиностроение, 2002. – 684 с. – ISBN 5-217-03108-5.

13. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: справочник / Я.Л. Гуревич, М.В. Горохов, В.И. Захаров, Н.Л. Земина, О.А. Пленина, Ю.Я. Прохоров, А.Н. Соломахин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 240 с.

14. Korloy. Metal cutting tools: catalogue. – South Korea: Korloy Publ., 2017. – 1060 p.

15. Big Daishowa. High precision toolholders: catalogue. – Japan: Big Daishowa Seiki Ltd., 2016. – 324 p.

16. Sandvik Coromant machining work manual: guide. – Sweden: Elanders Publ., 2010. – 803 p.

17. Ингеманссон А.Р., Бондарев А.А. Определение теплопроводности твердосплавного режущего инструмента с многослойными износостойкими покрытиями // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 3. – С. 97–105. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.3-97-105.

18. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. – М.: Машиностроение, 1992. – 240 с. – ISBN 5-217-01857-7.

19. Kalpakjian S., Schmid S.R. Manufacturing engineering and technology. – New York: Prentice Hall, 2010. – 1180 p. – ISBN 9810681445.

20. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. – М.: Машиностроение, 1976. – 278 с.

21. Липатов А.А. Закономерности процесса резания высоколегированных сталей и пути повышения работоспособности твердосплавного инструмента: дис. … канд. техн. наук: 05.03.01. – Волгоград, 1987. – 256 с.