RU2165837C1 - Method for dimension microgrinding of articles, apparatus for method embodiment and attachment for securing ground articles - Google Patents
Method for dimension microgrinding of articles, apparatus for method embodiment and attachment for securing ground articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165837C1 RU2165837C1 RU2000105353/02A RU2000105353A RU2165837C1 RU 2165837 C1 RU2165837 C1 RU 2165837C1 RU 2000105353/02 A RU2000105353/02 A RU 2000105353/02A RU 2000105353 A RU2000105353 A RU 2000105353A RU 2165837 C1 RU2165837 C1 RU 2165837C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cutting
- machine
- grinding
- elastic
- drive
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
- B24B7/10—Single-purpose machines or devices
- B24B7/16—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings
- B24B7/162—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings for mass articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B27/00—Other grinding machines or devices
- B24B27/0061—Other grinding machines or devices having several tools on a revolving tools box
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
- B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
- B24B49/04—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent involving measurement of the workpiece at the place of grinding during grinding operation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
- B24B7/02—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor involving a reciprocatingly-moved work-table
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/45—Nc applications
- G05B2219/45232—CMP chemical mechanical polishing of wafer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке изделий из сверхтвердых и хрупких материалов, а более конкретно - к способу размерного микрошлифования изделий, устройству для его осуществления и приспособлению для крепления обрабатываемых изделий. The invention relates to the processing of products from superhard and brittle materials, and more particularly, to a method for dimensional micro grinding of products, a device for its implementation and a device for attaching processed products.
Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть использовано в промышленности для высокопроизводительного шлифования изделий из любых твердых материалов, в частности из конструкционной керамики, твердых ювелирных камней (например, алмазов), оптических, микроэлектронных материалов и тому подобного. Most effectively, the present invention can be used in industry for high-performance grinding of products from any solid materials, in particular from structural ceramics, solid jewelry stones (for example, diamonds), optical, microelectronic materials and the like.
В настоящее время стало возможным обрабатывать высокотвердые хрупкие материалы так, что преобладающим механизмом удаления материала становится не хрупкое разрушение, а пластическое течение. Этот процесс известен как шлифование в режиме пластичности. Когда высокотвердые хрупкие материалы шлифуют в режиме пластической деформации, получается поверхность примерно с такими же характеристиками, как после полирования и притирки. Однако в отличие от последних микрошлифование в режиме пластичности - это размерно-регулируемый процесс, пригодный для обработки высокоточных изделий и деталей сложной формы. При размерно-регулируемом микрошлифовании изделий из сверхтвердых и хрупких материалов в режиме пластичности основным условием является необходимость снятия с обрабатываемой поверхности каждым режущим зерном производящей инструментальной поверхности пластически деформированной единичной стружки, то есть без потери упругости в обрабатывающей системе станка. Этого можно добиться путем подбора параметров интенсивности съема припуска, задаваемых упругой обрабатывающей системе станка и включающих скорость вращения шлифовального круга, скорость продольного перемещения точки касания каждого режущего зерна производящей инструментальной поверхности с обрабатываемой поверхностью по траектории производящей инструментальной поверхности в плоскости формообразования, глубину дискретных врезных подач для съема припуска в каждом проходе, осуществляемых в момент реверса указанных продольных перемещений, количества проходов и расположения траектории этих перемещений и других параметров. Currently, it has become possible to treat highly hard brittle materials so that the plastic flow is not the brittle fracture but the predominant mechanism of material removal. This process is known as grinding in ductility mode. When highly brittle brittle materials are ground in the mode of plastic deformation, a surface with approximately the same characteristics as after polishing and grinding is obtained. However, unlike the latter, micro grinding in the plastic mode is a size-controlled process suitable for processing high-precision products and parts of complex shape. When dimensionally controlled micro grinding of products from superhard and brittle materials in the plastic mode is the main condition, it is necessary to remove from the work surface with each cutting grain the producing tool surface of the plastically deformed single chip, that is, without loss of elasticity in the processing system of the machine. This can be achieved by selecting the parameters for the intensity of stock removal set by the elastic processing system of the machine and including the speed of rotation of the grinding wheel, the speed of longitudinal movement of the touch point of each cutting grain of the producing tool surface with the machined surface along the path of the producing tool surface in the shaping plane, the depth of the discrete cut-in feeds for removal allowance in each pass, carried out at the time of reversal of the specified longitudinal lanes rooms, the number of passes and the location of the trajectory of these movements and other parameters.
Известно, что пластически деформированная единичная стружка дискретно образуется при механической обработке сверхтвердых и хрупких материалов, если съем материала единичным зерном достаточно мал (глубина резания менее 1 мкм) (Toh S.B. and McPherson R., 1986, "Fine Scale Abrasive Wear of Ceramics a Plastic Cutting Process", Science of Hard Materials, Jnst. Phys. Conf. Serf. N 75, Chap. 9, Adam Hilger, Ltd., Rhodes, pp. 865-871). При этом любой материал с твердой структурой может удаляться механической обработкой в режиме пластического течения. Однако различные сверхтвердые и хрупкие материалы обладают различными физическими свойствами, в результате чего достаточно сложно подобрать указанные параметры интенсивности съема припуска так, чтобы каждое режущее зерно производящей инструментальной поверхности в каждом проходе снимало с обрабатываемой поверхности пластически деформированную единичную стружку, так как эти материалы, как правило, обладают высокой анизотропией физических свойств в различных кристаллографических плоскостях даже в одном изделии. It is known that plastically deformed single chips are discretely formed during the machining of superhard and brittle materials, if the material is removed with a single grain sufficiently small (cutting depth less than 1 μm) (Toh SB and McPherson R., 1986, Fine Scale Abrasive Wear of Ceramics a Plastic Cutting Process ", Science of Hard Materials, Jnst. Phys. Conf. Serf.
Известна теория поведения твердых тел в условиях локальных сверхвозбужденных состояний. Эта теория подтверждает возможность пластической деформации твердых тел без разрушения сплошности основного кристалла (журнал "Физика", Известия высших учебных заведений, N 1, 1998, с. 7-34). A well-known theory of the behavior of solids in local super-excited states. This theory confirms the possibility of plastic deformation of solids without destroying the continuity of the main crystal (Physics journal, Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, N 1, 1998, pp. 7-34).
Известен способ микрошлифования плоских поверхностей и устройство для его осуществления (RU 2035287 C1), принятое нами за прототип. Указанный способ предназначен для размерного микрошлифования изделий, преимущественно, из сверхтвердых и хрупких материалов посредством упругой обрабатывающей системы станка с программным управлением, имеющего производящую инструментальную поверхность со связанными режущими зернами, включающий введение в программу упругой обрабатывающей системы станка предела упругости системы на сжатие и расчетных параметров интенсивности съема припуска с обрабатываемой поверхности заготовки изделия, осуществления 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) на обработанной поверхности готового изделия.A known method of micro grinding of flat surfaces and a device for its implementation (RU 2035287 C1), adopted by us as a prototype. The specified method is intended for dimensional micro grinding of products, mainly from superhard and brittle materials, by means of an elastic processing system of a machine tool with a programmed control having a producing tool surface with associated cutting grains, which includes introducing into the program of an elastic processing system of the machine a limit of system elasticity for compression and calculated intensity parameters removal of allowance from the workpiece surface to be processed, grinding of the workpiece the surface of the workpiece by a complex movement resulting from the rotational movement of the producing tool surface, multi-pass reverse longitudinal displacements of the touch point of the work surface with the producing tool surface along the calculated path of the producing tool surface and the mortise feeds carried out at the time of reverse are normal to the shaping plane to obtain the finished product with given dimensions and a given height of microroughnesses (R z ) on the finished surface of the finished product.
Устройство для осуществления указанного способа содержит станок, упругая обрабатывающая система которого содержит закрепленное на станке приспособление для крепления режущего инструмента, имеющего производящую инструментальную поверхность со связанными режущими зернами. Под этим приспособлением размещен суппорт, на котором установлен стол с приспособлением для крепления обрабатываемого изделия. При этом устройство имеет привод продольного перемещения стола в плоскости формообразования по координатной оси X станка, привод продольного перемещения суппорта со столом в плоскости формообразования по координатной оси Y станка, привод перемещения суппорта со столом по координатной оси Z станка, а также привод вращения приспособления для крепления режущего инструмента. Кроме того устройство содержит средство числового программного управления, управляющие выходы которого электрически связаны с соответствующими приводами вращения приспособления для крепления режущего инструмента и перемещения стола и приспособления для крепления обрабатываемого изделия по координатным осям X, Y, Z станка. A device for implementing this method comprises a machine, the elastic processing system of which comprises a device attached to the machine for attaching a cutting tool having a producing tool surface with associated cutting grains. Under this device there is a support on which a table with a device for attaching the workpiece is mounted. The device has a drive for longitudinal movement of the table in the plane of shaping along the coordinate axis X of the machine, a drive for longitudinal movement of the support with the table in the plane of shaping along the coordinate axis Y of the machine, a drive for moving the support with the table along the coordinate axis Z of the machine, and also a drive for rotating the attachment cutting tool. In addition, the device comprises a numerical control tool, the control outputs of which are electrically connected to the corresponding drives of rotation of the device for mounting the cutting tool and moving the table and device for mounting the workpiece along the coordinate axes X, Y, Z of the machine.
При использовании указанного устройства и осуществлении указанного способа параметры интенсивности съема припуска рассчитывают по литературным источникам с учетом среднестатистических характеристик физических свойств материала обрабатываемого изделия и материала производящей инструментальной поверхности, а также с учетом среднестатистических паспортных данных статических и динамических характеристик шлифовального станка из условия снятия пластически деформированных стружек одним режущим зерном производящей инструментальной поверхности за один оборот шлифовального круга, предполагая, что все режущие зерна на протяжении всего периода стойкости шлифовального круга будут неизменно осуществлять резание аналогичным образом без нарушения упругих свойств обрабатывающей системы. Однако в указанном устройстве отсутствуют средства технологической диагностики процесса микрошлифования. Это исключает возможность получать оперативную, достоверную и достаточную для последующего целенаправленного использования информацию о состоянии всех составляющих упругой обрабатывающей системы в любой текущий момент времени обработки. Поэтому при реальном использовании указанного устройства осуществление указанного способа характеризуется нестабильным состоянием упругой обрабатывающей системы. При этом становится вероятным потеря упругих свойств в обрабатывающей системе и, как следствие, на обрабатываемой поверхности возможно появление рисок, трещин и сколов и тому подобных местных дефектов, снижающих качество обрабатываемого изделия и требующих дополнительных ручных операций по доводке, а это, в свою очередь, приводит к нарушению геометрической формы обрабатываемого изделия и невозможности получения заданных выходных параметров (размеров) готового изделия. When using the specified device and the implementation of the specified method, the parameters for the intensity of stock removal are calculated from literary sources taking into account the average statistical characteristics of the physical properties of the material of the workpiece and the material of the producing tool surface, as well as the average statistical passport data of the static and dynamic characteristics of the grinding machine from the conditions for removing plastically deformed chips one cutting grain producing tool surface during one revolution of the grinding wheel, assuming that all cutting grains throughout the life of the grinding wheel will invariably carry out cutting in the same way without violating the elastic properties of the processing system. However, in the specified device there are no means of technological diagnostics of the micro grinding process. This eliminates the possibility of obtaining prompt, reliable and sufficient for subsequent targeted use information on the state of all components of the elastic processing system at any current time of processing. Therefore, in actual use of said device, the implementation of said method is characterized by an unstable state of an elastic processing system. In this case, it becomes possible to lose elastic properties in the processing system and, as a result, on the surface to be treated, it is possible that marks, cracks and chips and similar local defects may appear that reduce the quality of the workpiece and require additional manual finishing operations, and this, in turn, leads to a violation of the geometric shape of the workpiece and the inability to obtain the specified output parameters (sizes) of the finished product.
Это связано с существенным несоответствием в каждой точке касания производящей инструментальной поверхности с обрабатываемой поверхностью фактических физических параметров процесса резания и связанных с ними температурных, силовых, деформационных и других параметров упругой обрабатывающей системы априорно заданным значениям этих параметров, которые жестко закладывались в программу управления режимами интенсивности съема припуска на предварительной стадии перед началом обработки. Например, в реальных условиях шлифования режущие зерна производящей инструментальной поверхности имеют различную высоту выступающей из связки части, а следовательно, каждое режущее зерно будет осуществлять резание в различных условиях, при этом рассчитанные и заданные обрабатывающей системе шлифовального станка параметры интенсивности съема припуска не могут учесть этого фактора в реальных условиях обработки. В результате этого в процессе шлифования будет иметь место случайный характер образования единичных стружек, а именно какое-то зерно будет образовывать пластически деформированные единичные стружки, а какое-то зерно будет хрупко разрушать обрабатываемую поверхность. Кроме того, использование указанного устройства при осуществлении указанного способа не дает возможности определить соответствуют ли фактические параметры интенсивности съема припуска их расчетным параметрам, в результате чего после окончания процесса шлифования получается изделие, геометрические размеры которого не соответствуют заданным. При этом имеется возможность обрабатывать только плоские поверхности изделий. This is due to a significant mismatch at each point of contact of the producing tool surface with the machined surface of the actual physical parameters of the cutting process and the associated temperature, power, deformation, and other parameters of the elastic processing system to the a priori specified values of these parameters, which were hardwired into the control program for the removal rate modes stock at the preliminary stage before processing. For example, under real grinding conditions, the cutting grains of the producing tool surface have different heights of the protruding parts from the bundle, and therefore, each cutting grain will perform cutting under different conditions, while the parameters of the allowance removal rate calculated and set by the processing system of the grinding machine cannot take this factor into account in real processing conditions. As a result of this, during the grinding process, random formation of single chips will take place, namely, some grain will form plastically deformed single chips, and some grain will brittle destroy the surface to be treated. In addition, the use of the specified device in the implementation of the specified method does not make it possible to determine whether the actual parameters of the intensity of stock removal allowance to their calculated parameters, as a result of which, after the grinding process is completed, an article is obtained whose geometric dimensions do not correspond to the specified ones. At the same time, it is possible to process only flat surfaces of products.
В настоящем изобретении 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, по существу соответствующего ручной обработке, и его гарантированными размерами. The present invention has the task to create such a method and device for grinding products, mainly from superhard and brittle materials, which would allow to process high-precision products of complex shape in the mode of plastic micro grinding without brittle fracture of the processed surface with high quality surfaces of the finished product, essentially corresponding to manual processing, and its guaranteed sizes.
Поставленная задача решена созданием способа размерного микрошлифования изделий, преимущественно, из сверхтвердых и хрупких материалов посредством упругой обрабатывающей системы шлифовального станка с программным управлением, имеющего производящую инструментальную поверхность со связанными режущими зернами, включающий введение в программу упругой обрабатывающей системы станка предела упругости системы на сжатие, заданных размеров готового изделия, заданной высоты микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, 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 точек касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью по расчетной траектории производящей инструментальной поверхности и осуществляемых в момент каждого реверса врезных подач по нормали к плоскости формообразования до получения готового изделия, в котором, согласно изобретению, перед шлифованием на производящей инструментальной поверхности формируют режущие зерна, вершины которых выступают из связки на одинаковую высоту, а в процессе шлифования многопроходные реверсивные продольные перемещения в плоскости формообразования в каждом проходе осуществляют дискретно с шагом, по существу равным заданной высоте микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, при этом в каждом проходе в каждой указанной точке касания обрабатываемой поверхности с указанной вершиной каждого режущего зерна производящей инструментальной поверхности непрерывно измеряют величину статической и величину динамической составляющих силы резания и по результатам измерений в каждой указанной точке непрерывно определяют величину статической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы и величину ее динамической составляющей, при этом в процессе указанных измерений определяют момент появления периодически равномерной величины динамической составляющей силы резания, соответствующий моменту выхода обрабатывающей системы станка на управляемый режим шлифования, при котором непрерывно осуществляют корректировку по меньшей мере одного из параметров интенсивности съема припуска так, чтобы в каждой указанной точке касания величина динамической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы не превышала заданную высоту микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, а сумма величин статической составляющей и динамической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы станка не превышала заданного предела упругости на сжатие этой системы. The problem is solved by the creation of a method of dimensional micro grinding of products, mainly from superhard and brittle materials by means of an elastic processing system of a grinding machine with program control, having a producing tool surface with associated cutting grains, including the introduction into the program of the elastic processing system of the machine of the elastic limit of the system for compression specified dimensions of the finished product, a given height of microroughnesses on the processed surface of the finished product, of the calculated parameters of the intensity of removal of the allowance from the workpiece’s workpiece surface, grinding of the workpiece workpiece surface by complex movement resulting from the rotational movement of the tooling surface, multi-pass reverse longitudinal displacements of the touch points of the workpiece with the tooling surface along the calculated path of the tooling surface and carried out in moment of each reverse mortise feeds normal to the shaping plane to obtain the finished product, in which, according to the invention, cutting grains are formed on the producing tool surface before grinding, the vertices of which protrude from the bundle to the same height, and during grinding, multi-pass reverse longitudinal movements in the shaping plane in each the passage is carried out discretely with a step essentially equal to a given height of microroughnesses on the processed surface of the finished product, with each pass At each indicated point of contact of the work surface with the indicated vertex of each cutting grain of the producing tool surface, the static value and the value of the dynamic components of the cutting force are continuously measured and the value of the static component of the elastic deformation of the processing system and the value of its dynamic component are continuously determined from the results of measurements at each indicated point while in the process of these measurements determine the moment of occurrence of periodically uniform values the dynamic component of the cutting force, corresponding to the moment the machine’s processing system enters the controlled grinding mode, in which at least one of the parameters of the stock removal rate is continuously adjusted so that at each specified point of contact the value of the dynamic component of the elastic deformation of the processing system does not exceed a predetermined height microroughnesses on the processed surface of the finished product, and the sum of the values of the static component and the dynamic component s elastic deformation processing system of the machine does not exceed a predetermined limit of elasticity in compression of the system.
Предлагаемый способ реализует принципиально новую модель 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 на обрабатываемую поверхность только импульсных микроконцентраторов касательных напряжений. The proposed method implements a fundamentally new model of the physical mesomechanics of discrete and periodic periodic formation of a multitude of individual plastically deformed chips, with linear dimensions of each of them at a mesoscale level only as a result of accumulated fatigue from reciprocating deformation modes with an external ordered dynamic impact on the treated surface of only pulsed tangent microcentric concentrators stresses.
При этом предлагаемый способ позволяет осуществить модель физической мезомеханики пластического деформирования твердоструктурных и хрупких материалов и минералов (например, алмазов) в процессе размерно-регулируемого бездефектного микрорезания в упругой технологической системе, составные звенья которой включают в себя:
- упорядоченное и в пространстве системы координат станка и во времени динамическое нагружение упругой обрабатывающей системы определенной последовательностью импульсных воздействий на обрабатываемую поверхность заготовки 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 плюс 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 заготовки 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 поле;
- 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 упругой деформации этой системы;
- 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.Moreover, the proposed method allows to implement a model of the physical mesomechanics of plastic deformation of hard-structural and brittle materials and minerals (for example, diamonds) in the process of dimensionally adjustable defect-free microcuts in an elastic technological system, the components of which include:
- ordered dynamic dynamic loading of the elastic processing system both in the space of the machine coordinate system and by a certain sequence of impulse actions on the workpiece surface of the product of shear stress microconcentrators at the points of one-time contact with the corresponding sequence of vertices of the cutting grains on the rotating producing tool surface to ensure local loss of shear stability only in the crystal lattice and the corresponding self-organizing formation according to the scheme "shift plus rotation" of a unitary cellular field on the treated surface in the form of a set of single mesoscale volumes on the area of the macroscale level from each single external impulse effect of the shear stress microconcentrator;
- periodic removal of allowance from the workpiece surface to be processed in the form of simultaneous removal of a plurality of unit plastically deformed chips with a mesoscale level of each such unit chip as a result of the synchronous end of the process of accumulation of fatigue from reciprocating deformation modes at the boundaries of each individual and the entire set of indicated unit mesovolumes in a unitary a mesh field;
- identification of the correspondence of the actual physical model of microcuts with the given model by the presence in the steady-state removal regime of the self-oscillating allowance of a dynamic component of elastic deformations in the technological system with equal vibration amplitudes corresponding to the linear dimensions of the specified plastically deformed single chip and the frequency corresponding to the “life” time of each specified reciprocating moving single mesovolume in the specified unitary cellular field;
- determination of the delay time — the time interval of the transitional processes of cutting in the elastic processing system, as well as the determination of the static component of the elastic deformation of this system;
- clarification of the dimensional adjustment of the elastic processing system, taking into account the static component of its elastic deformation;
- continuous adjustment of the regimes of the intensity of stock removal for stabilization in the elastic processing system of the specified output processing parameters.
Таким образом, осуществление предлагаемого способа позволяет 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 (например, 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. Thus, the implementation of the proposed method allows you to implement a generalized concept of technological diagnostics, formalizing the physical processes and conditions of defect-free microcuts with obtaining prompt, reliable and sufficient for subsequent targeted use of information about the state of all components of the elastic processing system at any current time of the size-controlled micro grinding of hard-structured and brittle materials and minerals (e.g. diamonds) and based on inf Information on the dynamic and static components of elastic deformations in the processing system to ensure stable obtaining of the specified output processing parameters due to the self-adjusting computer control of the regimes of the intensity of stock removal at each touch point of each vertex of the cutting grain of the producing tool surface with the surface being machined.
Осуществление предлагаемого способа 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 слое путем постепенного в течение времени каждого такого периода накопления усталости только от возвратно-поворотных мод пластической деформации на границах каждой единичной ячейки в каждом указанном слое с ячеистой структурой 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. Implementation of the proposed method allows to find such areas of the regimes of the intensity of stock removal, to determine and implement in these areas the order of the dosed dynamic effect of each cutting grain of the producing tool surface on the machined surface, which provide a stable periodicity of the process of self-organizing formation, development and removal of plastically deformed mesoscale cellular structure layers level in each such layer by gradual the time of each such period of fatigue accumulation only from the reciprocating modes of plastic deformation at the boundaries of each unit cell in each specified layer with a cellular structure and the end of each specified period by the corresponding instantaneous (impulsive) removal of each specified plastically deformed layer from the machined surface with an area of macroscale level in in the form of many single plastically deformed chips.
В результате этого при осуществлении предлагаемого способа 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. As a result of this, in the implementation of the proposed method, brittle destruction of the processed surface and the occurrence of scratches, cracks, chips and the like defects on it are excluded, which allows to obtain high quality surfaces of the processed product without additional manual operations.
Кроме того, дифференциальный учет динамической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы позволяет обеспечить заданную высоту микронеровностей (Rz) на обработанной поверхности готового изделия, а учет 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.In addition, differential accounting of the dynamic component of the elastic deformation of the processing system allows you to provide a given height of microroughness (R z ) on the processed surface of the finished product, and taking into account the static component of the elastic deformation allows you to process high-precision products and parts of complex shape in the plastic micro grinding mode with high accuracy of obtaining the specified sizes . At the same time, it becomes possible to track the dynamics of the behavior of the elastic processing system to ensure the stable formation of plastically deformed single chips, taking into account the actual state of the cutting ability of the vertices of the cutting grains of the producing tool surface, which eliminates the possibility of the formation of the above defects on the treated surface in the form of brittle fracture due to any random local exceeding the elastic limit and the corresponding violation of elastic properties tv processing system.
Для ускорения процесса предварительного нагружения обрабатывающей системы потенциальной энергией ее упругого статического сжатия в направлении по нормали к плоскости формообразования режимами интенсивности съема предварительной части припуска до уровня, идентифицируемого появлением равномерной и амплитуды и частоты колебаний динамической оставляющей силы резания, а также с целью идентификации в реальном масштабе времени микрорезания с точностью микромасштабного уровня параметров интенсивности съема основной части припуска для установившегося размерно-управляемого и бездефектного микрошлифования с учетом фактических характеристик конкретной упругой обрабатывающей системы, в том числе и с учетом физических анизотропных характеристик конкретно обрабатываемого материала и фактического состояния режущей способности вершин режущих зерен на производящей инструментальной поверхности, целесообразно врезную подачу в момент каждого реверса осуществлять дискретно с шагом, по существу равным расстоянию между атомами кристаллической решетки материала обрабатываемого изделия, при этом глубину врезных подач от прохода к проходу уменьшать по закону убывающей геометрической прогрессии. To accelerate the process of preloading the processing system with the potential energy of its elastic static compression in the direction normal to the shaping plane, the intensity regimes for removing the preliminary part of the allowance to a level identified by the appearance of a uniform and amplitude and frequency of oscillations of the dynamic cutting force, as well as for real-time identification micro-cutting time with the accuracy of the micro-scale level of the intensity parameters of the removal of the main part of the allowance for steady-state size-controlled and defect-free micro-grinding, taking into account the actual characteristics of a particular elastic processing system, including taking into account the physical anisotropic characteristics of the material being processed and the actual state of the cutting ability of the cutting grain tops on the producing tool surface, it is advisable to discretely feed at the moment of each reverse with a step essentially equal to the distance between the atoms of the crystal lattice of the material product, while the depth of the mortise feeds from the passage to the passage to reduce according to the law of decreasing geometric progression.
Для улучшения управляемости динамическим воздействием на упругую обрабатывающую систему при многопроходном микрошлифовании целесообразно режущие зерна, вершины которых выступают из связки на одинаковую высоту, формировать на производящей инструментальной поверхности путем выполнения на этой поверхности радиально расположенных выступов, вершины которых лежат в одной плоскости, совпадающей с плоскостью формообразования. To improve the controllability of the dynamic impact on the elastic processing system during multi-pass micro grinding, it is advisable to cut grains, the vertices of which protrude from the bundle to the same height, to form on the producing tool surface by performing radially located protrusions on this surface, the vertices of which lie in one plane coinciding with the shaping plane .
При однопроходном микрошлифовании для удаления максимально возможного припуска желательно производящей инструментальной поверхности придавать форму усеченного конуса, меньшее основание которого обращено в сторону обрабатываемой поверхности заготовки изделия, при этом режущие зерна, вершины которых выступают из связки на одинаковую высоту, формировать на производящей инструментальной поверхности путем выполнения на этой поверхности радиально расположенных выступов, вершины которых лежат на образующих указанного конуса. With single-pass micro grinding, to remove the maximum allowable allowance of the preferably producing tool surface, give the shape of a truncated cone, the smaller base of which is facing the workpiece surface of the workpiece, while the cutting grains, the vertices of which protrude from the bundle to the same height, are formed on the producing tool surface by this surface of radially located protrusions, the vertices of which lie on the generators of the specified cone.
Для обеспечения заданной высоты микронеровностей (Rz) на окончательно обработанной поверхности благоприятно продольное перемещение каждой точки касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью по расчетной траектории производящей инструментальной поверхности осуществлять со скоростью, которую определяют из соотношения:
V = Rz·f,
где V - скорость продольного перемещения каждой указанной точки касания, мкм/сек;
Rz - заданная высота микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, мкм;
f - количество указанных точек касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью в одну секунду.To ensure a given height of microroughnesses (R z ) on the finished surface, it is favorable to longitudinally move each touch point of the work surface with the producing tool surface along the calculated path of the producing tool surface at a speed that is determined from the relation:
V = R z
where V is the speed of longitudinal movement of each specified point of contact, μm / s;
R z - a given height of microroughnesses on the processed surface of the finished product, microns;
f - the number of specified points of contact of the machined surface with the producing tool surface in one second.
Целесообразно величину статической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы определять путем непрерывной фиксации в каждом проходе в каждой указанной точке касания обрабатываемой поверхности с вершиной каждого режущего зерна производящей инструментальной поверхности статической составляющей силы резания в направлении нормали к плоскости формообразования, непрерывного определения закона изменения суммы указанных составляющих от прохода к проходу, непрерывного сравнения этого закона с заданным законом изменения от прохода к проходу глубины врезных подач и непрерывного нахождения интервала времени до начала соответствия этих законов, при этом указанный интервал времени пропорционален величине статической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы станка по соотношению:
где Δ - величина статической составляющей упругой деформации, мкм;
δ - глубина врезной подачи в момент выхода обрабатывающей системы станка на управляемый режим шлифования, мкм;
V - заданная скорость продольного перемещения указанных точек касания, мкм/сек;
T - найденный интервал времени, сек;
L - заданная длина расчетной траектории одного прохода, мкм.It is advisable to determine the value of the static component of the elastic deformation of the processing system by continuously fixing in each pass at each indicated point of contact the work surface with the top of each cutting grain of the producing tool surface of the static component of the cutting force in the direction normal to the shaping plane, continuously determining the law of change in the sum of these components from the passage to the passage, the continuous comparison of this law with a given law changes about pass to pass depth infeeds and of uninterrupted time interval prior to the laws of correspondence, wherein said time interval is proportional to the static component of the machine processing system of elastic deformation by the relation:
where Δ is the value of the static component of elastic deformation, microns;
δ is the depth of the cut-in feed at the time the processing system of the machine reaches the controlled grinding mode, microns;
V is the specified speed of the longitudinal movement of these points of contact, μm / s;
T is the found time interval, sec;
L is the specified length of the calculated trajectory of one passage, μm.
Желательно величину динамической составляющей упругой деформации определять из соотношения:
где λ - величина динамической составляющей упругой деформации, мкм;
Pд - величина динамической составляющей силы резания, кгс;
Pс - величина статической составляющей силы резания;
Δ - величина статической составляющей упругой деформации, мкм.It is desirable to determine the value of the dynamic component of elastic deformation from the relation:
where λ is the value of the dynamic component of elastic deformation, microns;
P d - the value of the dynamic component of the cutting force, kgf;
P with - the value of the static component of the cutting force;
Δ is the value of the static component of elastic deformation, microns.
С целью устойчивого управления съемом основной части припуска в стабильном режиме бездефектного микрошлифования твердоструктурных материалов и минералов с изотропными характеристиками в каждой локальной точке одноразовой встречи обрабатываемой поверхности с каждой соответствующей вершиной режущего зерна на расчетной траектории производящей инструментальной поверхности благоприятно в процессе продольного перемещения указанных точек касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью по расчетной траектории производящей инструментальной поверхности в каждом проходе от реверса до реверса осуществлять дополнительные дискретные врезные подачи по нормали к плоскости формообразования с частотой, равной частоте воздействия указанных режущих зерен на обрабатываемую поверхность, и с шагом, определяемым из соотношения:
где S - шаг дополнительной дискретной врезной подачи, мкм;
Δ - величина статической составляющей упругой деформации, мкм;
T - найденный интервал времени, сек;
f - количество указанных точек касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью в одну секунду.For the purpose of stable control of the removal of the main part of the allowance in the stable regime of defect-free micro grinding of hard-structural materials and minerals with isotropic characteristics at each local point of a one-time meeting of the processed surface with each corresponding vertex of the cutting grain on the calculated trajectory of the producing tool surface, it is favorable in the process of longitudinal movement of the indicated touch points of the processed surface with producing tool surface as per design the trajectories of the producing tool surface in each passage from reverse to reverse, to carry out additional discrete cut-in feeds normal to the shaping plane with a frequency equal to the frequency of exposure of the indicated cutting grains to the surface to be treated, and with a step determined from the relation:
where S is the step of the additional discrete mortise feed, microns;
Δ is the value of the static component of elastic deformation, microns;
T is the found time interval, sec;
f - the number of specified points of contact of the machined surface with the producing tool surface in one second.
Для обеспечения поддержания режущей способности производящей инструментальной поверхности на уровне, обеспечивающем создание заданной величины статической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы, желательно в качестве параметра интенсивности съема припуска при выходе обрабатывающей системы станка на управляемый режим шлифования корректировать скорость вращения производящей инструментальной поверхности путем увеличения этой скорости. To maintain the cutting ability of the producing tool surface at a level that ensures the creation of a predetermined value of the static component of the elastic deformation of the processing system, it is advisable to adjust the rotation speed of the producing tool surface by increasing this speed as the parameter for the intensity of the stock removal when the machine processing system enters the controlled grinding mode.
В том случае когда в процессе обработки изделия возникает неблагоприятное влияние температурных деформаций, целесообразно в качестве параметров интенсивности съема припуска при выходе обрабатывающей системы станка на управляемый режим шлифования одновременно корректировать три параметра интенсивности путем увеличения скорости вращения производящей инструментальной поверхности и скорости продольного перемещения указанных точек касания и уменьшения глубины врезных подач в моменты реверса. In the event that during the processing of the product an adverse effect of temperature deformations occurs, it is advisable to adjust the intensity parameters when the machining system of the machine enters the controlled grinding mode as parameters of the intensity of removal of the allowance at the same time by adjusting the three intensity parameters by increasing the rotational speed of the producing tool surface and the speed of longitudinal movement of these touch points and reducing the depth of mortise feeds at the moments of reverse.
Возможно, в качестве параметра интенсивности съема припуска при выходе обрабатывающей системы станка на управляемый режим шлифования корректируют скорость продольного перемещения каждой точки касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью путем увеличения этой скорости по мере увеличения радиуса расположения каждой точки касания относительно оси вращения производящей инструментальной поверхности. Это позволяет стабилизировать интенсивность съема припуска и обеспечить постоянство величины статической составляющей упругой деформации в процессе продольного перемещения. Perhaps, as a parameter of the intensity of stock removal when the machine processing system enters into a controlled grinding mode, the longitudinal movement speed of each touch point of the work surface with the producing tool surface is adjusted by increasing this speed as the radius of each touch point relative to the axis of rotation of the producing tool surface increases. This allows you to stabilize the stock removal rate and to ensure the constancy of the value of the static component of elastic deformation in the process of longitudinal movement.
Для исключения образования дефектов в приповерхностном слое при обработке изделий, выполненных из анизотропных материалов, например, алмазных подложек, благоприятно в качестве параметра интенсивности съема припуска при выходе обрабатывающей системы станка на управляемый режим шлифования корректируют траекторию перемещения каждой точки касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхности по производящей инструментальной поверхности. To eliminate the formation of defects in the surface layer during processing of products made of anisotropic materials, for example, diamond substrates, it is favorable as a parameter of the intensity of removal of allowance when the processing system of the machine enters the controlled grinding mode, the trajectory of movement of each touch point of the machined surface with the producing tool surface producing tool surface.
При обработке изделий сложной формы из анизотропного материала возможно в процессе шлифования дополнительно осуществлять согласованные в координатных осях обрабатывающей системы станка перемещения каждой точки касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью по образующим и направляющим линиям формы обрабатываемого изделия. When processing products of complex shape from an anisotropic material, it is possible, during the grinding process, to additionally carry out the movement of each touch point of the work surface with the producing tool surface, coordinated in the coordinate axes of the machine processing system, along the generatrix and guide lines of the shape of the workpiece.
Используя предлагаемый способ возможно осуществлять все вышеописанные приемы применительно не только к обработке одного изделия, но и одновременно осуществлять шлифование обрабатываемой поверхности группы заготовок изделий, содержащей по меньшей мере две заготовки, при этом перед шлифованием в программу упругой обрабатывающей системы станка вводят пределы упругости системы, соответствующие каждой заготовке изделия. Таким образом, предлагаемый способ позволяет многократно повысить производительность за счет групповой обработки множества изделий независимо от сложности их формы и с учетом индивидуальных свойств материала каждого изделия с минимизацией их весовых потерь. Using the proposed method, it is possible to carry out all the above methods not only for processing one product, but also to grind the workpiece surface of a group of product blanks containing at least two workpieces, while before grinding into the program of the elastic processing system of the machine, the system elasticity limits corresponding to each workpiece blank. Thus, the proposed method can significantly increase productivity due to group processing of many products regardless of the complexity of their shape and taking into account the individual properties of the material of each product with minimizing their weight loss.
Желательно в процессе шлифования использовать по меньшей мере одну дополнительную производящую инструментальную поверхность, которую выполняют аналогично первой производящей инструментальной поверхности, при этом шлифование осуществляют последовательно каждой производящей инструментальной поверхностью. Это позволяет с высокой точностью при отсутствии дефектов в приповерхностном слое осуществлять групповую обработку сложнопрофильных изделий типа "ювелирная вставка" и других, например медицинских, изделий из анизотропных твердоструктурных и хрупких материалов и минералов (алмазов) в условиях совмещения операций предварительной и окончательной огранки со стабильным эстетическим качеством каждого отдельного изделия. It is advisable to use at least one additional producing tool surface during the grinding process, which is performed similarly to the first producing tool surface, and grinding is performed sequentially by each producing tool surface. This allows with high accuracy in the absence of defects in the surface layer to carry out group processing of complex products such as jewelry insert and other, for example, medical, products from anisotropic hard-structural and brittle materials and minerals (diamonds) under the conditions of combining preliminary and final cutting operations with a stable aesthetic the quality of each individual product.
Таким образом, предлагаемый способ стабильно обеспечивает сверхточную и сверхвысококачественную обработку сложнопрофильных наукоемких изделий из наиболее труднообрабатываемых материалов и минералов (алмазов), и, тем самым, позволяет решить основную задачу создания соответствующего устройства для микрошлифования таких изделий, которое позволит обрабатывать высокоточные изделия и детали сложной формы в режиме размерно-регулируемого пластичного микрошлифования без хрупкого разрушения и других дефектов на окончательно обработанной поверхности с получением высокого качества и оптических характеристик поверхностей изделий с гарантированной суперпрецизионной точностью размеров заданной формы. Thus, the proposed method stably provides ultra-precise and ultra-high-quality processing of complex specialized science-intensive products from the most difficult to process materials and minerals (diamonds), and, thereby, allows us to solve the main problem of creating the appropriate device for micro grinding of such products, which will allow to process high-precision products and parts of complex shape in the mode of size-adjustable plastic micro grinding without brittle fracture and other defects on the finally processed surfaces with obtaining high quality and optical characteristics of the surfaces of the products with guaranteed super-precision dimensional accuracy of a given shape.
При этом достигается:
- полное устранение микротрещин и других дефектов с получением оптических классов чистоты обработанных поверхностей;
- высокое качество и размерная стабильность обработки оптических поверхностей на изделиях сложной формы с минимизацией весовых потерь независимо от уровня квалификации оператора;
- снижение доли поверхностей, подвергшихся хрупкому разрушению при микрошлифовании до 3%;
- повышение интенсивности обработки по сравнению с полированием и притиркой.This achieves:
- the complete elimination of microcracks and other defects with obtaining optical classes of cleanliness of the treated surfaces;
- high quality and dimensional stability of processing of optical surfaces on products of complex shape with minimization of weight loss, regardless of the skill level of the operator;
- reducing the proportion of surfaces subjected to brittle fracture during micro grinding to 3%;
- increased processing intensity compared to polishing and grinding.
Поставленная задача решена также созданием устройства для микрошлифования изделий преимущественно из сверхтвердых и хрупких материалов, содержащего шлифовальный станок, упругая обрабатывающая система которого включает в себя закрепленное на станине приспособление для крепления режущего инструмента, имеющего производящую инструментальную поверхность со связанными режущими зернами, и размещенный под этим приспособлением суппорт, на котором установлен стол с приспособлением для крепления обрабатываемых изделий, при этом устройство имеет привод продольного перемещения стола в плоскости формообразования по координатной оси X станка, привод продольного перемещения суппорта со столом в плоскости формообразования по координатной оси Y станка, привод перемещения суппорта со столом по координатной оси Z станка по нормали к плоскости формообразования, привод вращения приспособления для крепления режущего инструмента и средство числового программного управления, управляющие выходы которого электрически связаны с соответствующими упомянутыми приводами вращения приспособления для крепления режущего инструмента и перемещения стола с приспособлением для крепления обрабатываемых изделий по координатным осям X, Y и Z станка, при этом согласно изобретению производящая инструментальная поверхность режущего инструмента имеет режущие зерна, вершины которых выступают из связки на одинаковую высоту, а каждый из приводов продольного перемещения стола с приспособлением для крепления обрабатываемых изделий в плоскости формообразования по координатным осям X и Y станка представляет собой привод суммарного механизма, содержащего планетарно-цевочный редуктор циклоидального зацепления с двумя входными звеньями, соединенными соответственно с двумя приводными двигателями, при этом устройство дополнительно снабжено системой оперативного контроля, имеющей электрическую цепь, содержащую последовательно подключенные пьезоэлектрический датчик силы, размещенный под обрабатываемым изделием в приспособлении для его крепления и преобразующий составляющую силы резания в каждой точке касания обрабатываемой поверхности с каждым режущим зерном производящей инструментальной поверхности в напряжение электрического тока, нормирующий усилитель напряжения и аналого-цифровой преобразователь, выход которого подсоединен к соответствующему входу средства числового программного управления, которое выполнено на базе компьютера и подключенного к нему через интерфейс связи многоканального линейного микроинтерполятора с буферной памятью, выходы которого подсоединены к соответствующим управляющим входам указанных приводов перемещения стола с приспособлением для крепления обрабатываемых изделий по координатным осям X, Y и Z станка, кроме того, указанная система содержит формирователь импульсов, несущих информацию о периодическом изменении величин статической и динамической составляющих силы резания, вход которого подсоединен к выходу нормирующего усилителя, и измеритель частоты динамической составляющей силы резания, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а его выход подсоединен к соответствующему входу компьютера, при этом устройство снабжено цифроаналоговым преобразователем, вход которого подсоединен к соответствующему управляющему выходу компьютера, а выход преобразователя подсоединен к управляющему входу привода вращения приспособления для крепления режущего инструмента. The problem is also solved by creating a device for micro grinding products mainly from superhard and brittle materials, containing a grinding machine, the elastic processing system of which includes a fixture mounted on the bed for fastening a cutting tool having a producing tool surface with associated cutting grains, and placed under this device a support on which a table is mounted with a device for attaching workpieces, while devices has a drive for longitudinal movement of the table in the shaping plane along the coordinate axis X of the machine, a drive for longitudinal movement of the support with the table in the plane of shaping along the coordinate axis Y of the machine, a drive for moving the support with the table along the coordinate axis Z of the machine normal to the plane of shaping, a drive for rotating the attachment cutting tool and means of numerical program control, the control outputs of which are electrically connected to the respective mentioned drives rotation features for fastening the cutting tool and moving the table with a device for fastening the workpieces along the coordinate axes X, Y and Z of the machine, while according to the invention the producing tool surface of the cutting tool has cutting grains whose vertices protrude from the bundle to the same height, and each of the drives longitudinal movement of the table with a device for fastening the workpieces in the plane of shaping along the coordinate axes X and Y of the machine is a drive of total anism containing a cycloidal gear planetary gear reducer with two input links connected respectively to two drive motors, the device is additionally equipped with an operational control system having an electrical circuit containing a piezoelectric force transducer connected in series located under the workpiece in a fixture for mounting it and transforming the component of the cutting force at each point of contact of the workpiece with each cutting grain bringing the instrumental surface into an electric current voltage, a normalizing voltage amplifier and an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the corresponding input of the numerical control means, which is made on the basis of a computer and connected to it through a communication interface of a multi-channel linear microinterpolator with buffer memory, the outputs of which are connected to the corresponding control inputs of the indicated table displacement drives with the attachment device of the products along the coordinate axes X, Y and Z of the machine, in addition, this system contains a pulse shaper that carries information about the periodic change in the values of the static and dynamic components of the cutting force, the input of which is connected to the output of the normalizing amplifier, and a frequency meter for the dynamic component of the cutting force, the input of which is connected to the output of the pulse shaper, and its output is connected to the corresponding input of the computer, while the device is equipped with a digital-to-analog converter, the input of which is is connected to a corresponding control output of the computer, and the output of the converter is connected to the control input of the rotational drive means for mounting the cutting tool.
Такое конструктивное выполнение позволяет непрерывно контролировать процесс обработки в реальном масштабе времени и воздействовать на этот процесс путем изменения режимов интенсивности съема припуска для того, чтобы процесс всегда проходил в режиме размерно-регулируемого пластичного микрошлифования, в основе которого лежит принцип неразрывности периодического изменения потенциальной энергии сжатия в упругой обрабатывающей системе как следствие периодического дискретными порциями послойного съема припуска в виде множества единичных пластически деформированных стружек. При этом целенаправленным изменением интенсивности съема припуска достигается устойчивое регулирование как размерной настройкой обрабатывающей системы станка в каждый момент времени обработки путем изменения статической составляющей упругой деформации в обрабатывающей системе (определяющей размер формы поверхности обрабатываемого изделия), так и регулирование периодически изменяющейся динамической составляющей ее упругой деформации (определяющей высоту микронеровностей на обработанной поверхности) в условиях протекания процесса в области пластичного микрорезания. This constructive implementation allows you to continuously monitor the processing process in real time and to influence this process by changing the modes of the stock removal rate so that the process always runs in the mode of dimensionally adjustable plastic micro grinding, which is based on the principle of continuity of periodic changes in the potential compression energy in elastic processing system as a result of periodic discrete portions of layer-by-layer stock removal in the form of a multitude of cing plastically deformed chips. At the same time, by targeted change in the intensity of stock removal, stable control is achieved both by dimensional adjustment of the processing system of the machine at each moment of processing time by changing the static component of the elastic deformation in the processing system (determining the size of the surface shape of the workpiece), and by regulating the periodically changing dynamic component of its elastic deformation ( determining the height of microroughnesses on the treated surface) in the process CCA in the field of plastic microcuts.
Кроме того, предлагаемое устройство позволяет непрерывно в реальном масштабе времени обработки идентифицировать область бездефектного съема припуска в каждой точке касания путем непрерывного определения вычислительными операциями физического параметра процесса микрошлифования в виде величины интервала времени переходных процессов в упругой обрабатывающей системе станка, интегрально отображающего состояние ее упругих характеристик. Непрерывное существование указанного интервала времени, характеризующего динамику изменения потенциальной энергии сжатия упругой обрабатывающей системы в виде произведения времени каждого одного периода динамической составляющей на отношение между статической и динамической составляющими амплитуды ее упругих деформаций, объективно идентифицирует наличие бездефектного размерно-регулируемого процесса микрошлифования. А это, в свою очередь, позволяет непрерывно технологически диагностировать и активно управлять этим процессом путем изменения режимов интенсивности съема с тем, чтобы суммарная величина упругой деформации не превышала предела ее упругости, а величина динамической ее составляющей соответствовала заданным выходным параметрам высоты микронеровностей Rz на поверхности готового изделия. При этом выполнение исполнительных приводов линейного и вращательного перемещений с порогом разрешения (дискретностью) сравнимым с заданной высотой микронеровностей Rz окончательно (в размер) обработанной поверхности, в сочетании с выполнением на производящей инструментальной поверхности заданного количества режущих зерен, вершины которых лежат на одном уровне, позволяют исключить случайность (хаотичность) в управлении динамикой нагружения упругой обрабатывающей системы потому, что каждое режущее зерно будет осуществлять микровоздействие на обрабатываемую поверхность в заданных условиях. В связи с этим рассчитанные и заданные обрабатывающей системе шлифовального станка параметры интенсивности съема припуска будут соответствовать друг другу в реальных условиях обработки. Это позволяет стабилизировать процесс съема припуска с периодическим точно дозированным [послойным] удалением множества единичных пластически деформированных стружек и обеспечить с суперпрецизионной точностью заданную геометрическую форму обрабатываемого изделия с заданными размерами и высоким с оптическими характеристиками качеством поверхности, на которой будут исключены привнесенные технологическим процессом микрошлифования риски, трещины, сколы и тому подобные дефекты, а это исключит необходимость в дополнительных доводочных (ручных) операциях.In addition, the proposed device allows you to continuously identify the area of defect-free stock removal at each point of contact by continuously real-time processing by continuously determining by the computing operations the physical parameter of the micro grinding process in the form of the value of the time interval of transients in the elastic processing system of the machine, which integrally displays the state of its elastic characteristics. The continuous existence of the indicated time interval, which characterizes the dynamics of the change in the potential energy of compression of the elastic processing system in the form of the product of the time of each one period of the dynamic component and the ratio between the static and dynamic components of the amplitude of its elastic deformations, objectively identifies the presence of a defect-free size-controlled micro grinding process. And this, in turn, allows us to continuously diagnose and actively manage this process technologically by changing the rates of removal rate so that the total amount of elastic deformation does not exceed the limit of its elasticity, and the value of its dynamic component corresponds to the specified output parameters of the microroughness height R z on the surface finished product. In this case, the execution of linear and rotational displacement actuators with a resolution threshold (discreteness) comparable with a given microroughness height R z is finally (in size) of the machined surface, in combination with performing a given number of cutting grains on the producing tool surface, the vertices of which lie at the same level, allow to exclude randomness (randomness) in controlling the dynamics of loading of the elastic processing system because each cutting grain will carry out a microcar The action on the treated surface in the given conditions. In this regard, the parameters of the intensity of stock removal calculated and set by the processing system of the grinding machine will correspond to each other under real processing conditions. This makes it possible to stabilize the stock removal process with periodic precisely dosed [layered] removal of a plurality of single plastically deformed shavings and to ensure, with superprecision accuracy, the specified geometric shape of the workpiece with the given dimensions and high surface quality with optical characteristics, which will eliminate the risks introduced by the micro grinding process, cracks, chips and similar defects, and this eliminates the need for additional finishing s (manual) operations.
Желательно, чтобы устройство имело по меньшей мере один дополнительный режущий инструмент, производящая инструментальная поверхность которого выполнена аналогично производящей инструментальной поверхности упомянутого первого режущего инструмента, при этом режущие инструменты установлены в приспособлении для их крепления с возможностью поворота относительно оси C, параллельной оси Z станка. It is desirable that the device has at least one additional cutting tool, the producing tool surface of which is made similar to the producing tool surface of said first cutting tool, while the cutting tools are mounted in the device for their attachment with the possibility of rotation about the axis C, parallel to the axis Z of the machine.
Целесообразно, чтобы вершины режущих зерен каждой производящей инструментальной поверхности, выступающие из связки на одинаковую высоту, представляли собой отдельные точки, размещенные вдоль радиально расположенных на производящей инструментальной поверхности режущего инструмента линий, являющихся вершинами радиальных выступов, выполненных на производящей инструментальной поверхности режущего инструмента, при этом вершины выступов лежат в одной плоскости, совпадающей с плоскостью формообразования. Такое конструктивное решение позволяет создать заданный микрорельеф производящей инструментальной поверхности и создать полости между режущими зернами, в которых может разместиться удаленная стружка, не ухудшая при этом качество обработанной поверхности. It is advisable that the vertices of the cutting grains of each producing tool surface protruding from the bundle to the same height are separate points located along the lines radially located on the producing tool surface of the cutting tool, which are the vertices of the radial protrusions made on the producing tool surface of the cutting tool, while the peaks of the protrusions lie in one plane coinciding with the plane of shaping. Such a constructive solution allows you to create a given microrelief of the producing tool surface and create cavities between the cutting grains in which the removed chips can be placed without compromising the quality of the processed surface.
Благоприятно, чтобы производящая инструментальная поверхность каждого режущего инструмента имела форму усеченного конуса, обращенного своим меньшим основанием в сторону обрабатываемого изделия, а вершины режущих зерен, выступающие из связки на одинаковую высоту, представляли собой отдельные точки, размещенные вдоль радиально расположенных на производящей инструментальной поверхности режущего инструмента линий, являющихся вершинами радиальных выступов, выполненных на производящей инструментальной поверхности режущего инструмента, при этом вершины выступов лежат на образующей поверхности указанного усеченного конуса. В этом случае появляется возможность в режиме пластичного микрорезания за один проход снять припуск, соответствующий величине конусности производящей инструментальной поверхности, что значительно ускорит процесс обработки. It is favorable that the producing tool surface of each cutting tool has the shape of a truncated cone, facing its smaller base towards the workpiece, and the tops of the cutting grains protruding from the bundle to the same height are individual points placed along radially located on the producing tool surface of the cutting tool lines that are the vertices of the radial protrusions made on the producing tool surface of the cutting tool and, wherein the peaks of the projections lie on the lateral surface of said truncated cone. In this case, it becomes possible to remove the allowance corresponding to the conicity of the producing tool surface in one pass plastic cutting mode, which will significantly speed up the processing process.
Возможно, чтобы приспособление для крепления обрабатываемых изделий имело средство для крепления группы обрабатываемых изделий, содержащей по меньшей мере два изделия, при этом система оперативного контроля имеет по меньшей мере две электрические цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик силы, размещенный под соответствующим обрабатываемым изделием, нормирующий усилитель напряжения и аналого-цифровой преобразователь, выход которого подсоединен к соответствующему входу компьютера. It is possible that the device for fastening the workpieces had means for fastening the group of workpieces containing at least two products, while the operational control system has at least two electric circuits, each of which contains a piezoelectric force transducer connected in series, located under the corresponding workpiece a product, a normalizing voltage amplifier and an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the corresponding input of the computer.
При одновременном плоском микрошлифовании по меньшей мере двух изделий из анизотропного материала (например, алмаза) целесообразно, чтобы система оперативного контроля была дополнительно снабжена подключенным через интерфейс связи к компьютеру многоканальным цифровым регистратором сигналов, входы которого подсоединены к выходам соответствующих аналого-цифровых преобразователей каждой указанной электрической цепи системы оперативного контроля. With simultaneous flat grinding of at least two articles of anisotropic material (for example, diamond), it is advisable that the operational control system is additionally equipped with a multi-channel digital signal recorder connected via a communication interface to the computer, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding analog-to-digital converters of each indicated electrical chain control system.
Для управления размерной настройкой упругой обрабатывающей системы при обработке соответственно каждого из одновременно обрабатываемых изделий целесообразно, чтобы многоканальный цифровой регистратор сигналов содержал оперативные запоминающие устройства, количество которых соответствует количеству обрабатываемых изделий и входы которых являются входами многоканального цифрового регистратора, последовательно подсоединенные генератор импульсов и счетчик импульсов, управляющие входы которых подсоединены к блоку управления, при этом выходы блока управления, счетчика импульсов и каждого оперативного запоминающего устройства являются выходами многоканального цифрового регистратора. To control the dimensional adjustment of the elastic processing system during the processing of each of the simultaneously processed products, it is advisable that the multi-channel digital signal recorder contains random-access memory devices, the number of which corresponds to the number of processed products and whose inputs are inputs of a multi-channel digital recorder, a pulse generator and a pulse counter connected in series, the control inputs of which are connected to the control unit, when The outputs of the control unit, the pulse counter and each random access memory are the outputs of a multi-channel digital recorder.
При обработке сложнопрофильных изделий объемной формы из анизотропного материала (например, алмаза) желательно, чтобы устройство дополнительно содержало привод поворота приспособления для крепления обрабатываемых изделий вокруг оси A, параллельной координатной оси X станка, и привод вращения этого приспособления вокруг оси B, пересекающей под прямым углом координатную ось A станка, электрические входы которых подсоединены к соответствующим выходам многоканального линейного микроинтерполятора. When processing complex-shaped products of volumetric shape from an anisotropic material (for example, diamond), it is desirable that the device additionally contains a drive for turning the device for fastening the workpiece around axis A parallel to the coordinate axis X of the machine, and a drive for rotating this device around axis B, intersecting at right angles coordinate axis A of the machine, the electrical inputs of which are connected to the corresponding outputs of the multi-channel linear microinterpolator.
Для бездефектного размерно-регулируемого пластичного микрошлифования высокоточных многогранных форм сложнопрофильных изделий из твердоструктурных анизотропных материалов (например, алмазов) желательно устройство дополнить подключенным через интерфейс связи к компьютеру многоканальным цифровым пьезоэлектрическим приводом дискретной врезной подачи обрабатываемых изделий по координатной оси Z станка, количество каналов которого соответствует количеству обрабатываемых изделий, и соответствующими количеству каналов этого привода последовательно подключенными цифроаналоговыми преобразователями и нормирующими усилителями, при этом управляющие выходные каналы этого привода подсоединены к входам соответствующих цифроаналоговых преобразователей, а выходы нормирующих усилителей подсоединены к соответствующим силовым входам соответствующих пьезоэлектрических датчиков каждой упомянутой цепи. For defect-free, dimensionally-adjustable plastic micro grinding of high-precision multi-faceted shapes of complex products from solid-structure anisotropic materials (for example, diamonds), it is desirable to supplement the device with a multi-channel digital piezoelectric drive connected to a computer via a communication interface to a discrete mortise feed of processed products along the machine coordinate axis Z, the number of channels of which corresponds to the number processed products, and corresponding to the number of channels of this drive serial-connected digital-to-analog converters and normalizing amplifiers, while the control output channels of this drive are connected to the inputs of the corresponding digital-analog converters, and the outputs of the normalizing amplifiers are connected to the corresponding power inputs of the corresponding piezoelectric sensors of each mentioned circuit.
Для обеспечения функционирования упругой обрабатывающей системы при обработке одновременно по меньшей мере двух граней многогранных ювелирных изделий из твердоструктурных анизотропных материалов (например, алмазов) благоприятно, чтобы многоканальный цифровой пьезоэлектрический привод содержал оперативные запоминающие устройства, количество которых соответствует количеству обрабатываемых изделий и входы которых являются входами многоканального цифрового пьезоэлектрического привода, последовательно подсоединенные генератор импульсов и счетчик импульсов, управляющие входы которых подсоединены к блоку управления, при этом выходы блока управления, счетчика импульсов и каждого оперативного запоминающего устройства являются выходами многоканального цифрового пьезоэлектрического привода. To ensure the functioning of the elastic processing system when processing at least two faces of multifaceted jewelry from solid structural anisotropic materials (for example, diamonds), it is favorable that the multichannel digital piezoelectric drive contains random access memory devices, the number of which corresponds to the number of processed products and whose inputs are inputs of a multichannel a digital piezoelectric actuator, a serially connected generator and pulses and pulses counter, whose control inputs are connected to the control unit, wherein the control unit outputs, pulse counter and each RAM circuit are the outputs of the multichannel digital piezoelectric drive.
Поставленная задача также решена созданием приспособления для крепления обрабатываемых изделий, содержащего корпус, установленный на столе шлифовального станка с возможностью вращения вокруг оси A, параллельной координатной оси X станка, размещенный в корпусе по меньшей мере один шпиндель для крепления обрабатываемого изделия, имеющий зубчатый венец и привод вращения по меньшей мере одного шпинделя посредством зубчатого венца вокруг оси B, пересекающей под прямым углом координатную ось A станка, при этом, согласно изобретению, привод вращения содержит два полых винта, установленных параллельно и диаметрально противоположно относительно зубчатого венца по меньшей мере одного шпинделя с возможностью их взаимосвязанного вращения, при этом в каждом винте выполнены ослабляющие осевую жесткость поперечные прорези, а каждый конец каждого винта закреплен в радиально-упорном подшипнике качения с упругой деформацией сжатия в осевом направлении одного винта и с упругой деформацией растяжения в осевом направлении другого винта. The problem is also solved by the creation of devices for fastening processed products, containing the housing mounted on the table of the grinding machine with the possibility of rotation around axis A, parallel to the coordinate axis X of the machine, placed in the housing at least one spindle for mounting the workpiece, having a gear ring and a rotation drive of at least one spindle by means of a ring gear about an axis B, crossing the coordinate axis A of the machine at right angles, wherein, according to the invention rotation drive contains two hollow screws, mounted parallel and diametrically opposed to the ring gear of at least one spindle with the possibility of their interconnected rotation, at the same time, in each screw transverse slots weakening axial stiffness are made, and each end of each screw is fixed in an angular contact rolling bearing with elastic compression deformation in the axial direction of one screw and with elastic tensile deformation in the axial direction of the other screw.
Это позволяет повысить точность и стабильность качества бездефектной, в том числе и групповой, обработки сложнопрофильных изделий объемной формы из твердоструктурных с анизотропными механическими характеристиками материалов (например, алмазов). This makes it possible to increase the accuracy and stability of the quality of defect-free, including group, processing of complex-shaped products of volumetric form from hard-structural materials with anisotropic mechanical characteristics of materials (for example, diamonds).
Возможно, чтобы в каждом винте поперечные прорези были выполнены группами и группы прорезей одного винта расположены в шахматном порядке относительно групп прорезей второго винта. It is possible that in each screw the transverse slots were made in groups and the groups of slots of one screw are staggered relative to the groups of slots of the second screw.
Для обеспечения высокого качества и точности обработки, в том числе и при групповой обработке, целесообразно устройство для микрошлифования изделий, преимущественно, из сверхтвердых и хрупких материалов снабдить вышеуказанным приспособлением для крепления обрабатываемых изделий. To ensure high quality and accuracy of processing, including during batch processing, it is advisable to provide a device for micro grinding of products, mainly from superhard and brittle materials, with the above-mentioned device for fastening processed products.
Для обеспечения стабильной регистрации колебаний динамической составляющей силовых параметров резания в направлении, соосном координатной оси B станка целесообразно, чтобы стол станка имел установленные с возможностью осевого перемещения приспособления для регулировки положения соответствующего пьезоэлектрического датчика, размещенные соосно соответствующему шпинделю приспособления для крепления обрабатываемых изделий, при этом приспособление для регулировки положения соответствующего пьезоэлектрического датчика содержит винт, на торце которого этот датчик зафиксирован гайкой, выполненной в виде колпачка, наружная торцевая поверхность которого контактирует с обращенной к ней торцевой поверхностью соответствующего шпинделя. To ensure stable recording of vibrations of the dynamic component of the cutting power parameters in the direction coaxial to the coordinate axis B of the machine, it is advisable that the table of the machine have axial-mounted devices for adjusting the position of the corresponding piezoelectric sensor, placed coaxially with the corresponding spindle of the device for fastening the processed products, while the device to adjust the position of the corresponding piezoelectric sensor contains NT, at the end of which this sensor is fixed with a nut made in the form of a cap, the outer end surface of which is in contact with the end surface of the corresponding spindle facing it.
Для повышения жесткости упругой обрабатывающей системы вдоль координатной оси B станка в различном угловом относительно координатной оси B положении шпинделя благоприятно, чтобы в корпусе приспособления для крепления обрабатываемых изделий под каждым шпинделем было выполнено углубление и колпачок соответствующего приспособления для регулировки положения соответствующего пьезоэлектрического датчика размещен в этом углублении, при этом торцевая поверхность каждого шпинделя, контактирующая с наружной торцевой поверхностью колпачка, выполнена сферической. In order to increase the rigidity of the elastic processing system along the coordinate axis B of the machine in a different spindle position angular with respect to the coordinate axis B, it is advantageous that a recess is made in the device body for fastening the workpieces under each spindle and a cap of the corresponding device for adjusting the position of the corresponding piezoelectric sensor is placed in this recess while the end surface of each spindle in contact with the outer end surface of the cap , Is spherical.
Таким образом, за счет целенаправленного конструктивного исполнения составных звеньев упругой обрабатывающей системы, в том числе за счет:
- конструкции станка по типу "обрабатывающего центра" с повышенной жесткостью несущей механической системы и стабильным положением каждой из по меньшей мере двух сменяемых производящих поверхностей режущих инструментов по отношению к принятой за начало отсчета в размерной настройке станка горизонтальной плоскости формообразования, обеспечивающих возможность наращивания технологических возможностей дополнительными функциями и концентрацией операций для исполнения за один постанов полного технологического маршрута в соответствии с управляющей программой (измерение и сертификацию каждой "заготовки", формообразование "конечного" продукта, измерение и сертификацию каждого готового изделия, устранение отдельных внутренних дефектов каждого отдельного изделия) без съема обрабатываемых изделий со станка;
- конструкции приспособления типа "револьверная головка" для установки и закрепления по меньшей мере двух режущих инструментов, обеспечивающей возможность относительно плоскости формообразования создания, а также периодического восстановления заданной регулярной ("волнообразной") формы режущего микрорельефа производящей инструментальной поверхности со связанными режущими зернами отдельно на каждом инструменте, не снимая их со станка;
- конструкции механизма дискретных врезных подач мезомасштабного уровня обрабатываемых изделий на производящую инструментальную поверхность по нормали к плоскости формообразования, обеспечивающей порог разрешения на микромасштабном уровне, соизмеримом с расстоянием между атомами в кристаллической решетке обрабатываемого материала;
- конструкций высокомоментных и высокоточных приводов микромеханики координатных угловых и линейных перемещений исполнительных органов станка в расширенном диапазоне скоростей подач с порогом разрешения мезомасштабного уровня, соизмеримым с заданной величиной микронеровностей Rz на окончательно ("в размер") обработанной поверхности, обеспечивающих возможность устойчивого контурно- управляемого режима движения в функции прямого счета каждого импульсного воздействия каждого заданного режущего зерна вращающейся производящей инструментальной поверхности на каждую соответственно заданную продольно перемещаемую точку на обрабатываемой поверхности изделия;
- конструкции съемного многоместного (типа "кассета") приспособления для крепления обрабатываемых изделий, обеспечивающей постоянный "запирающий" момент и безлюфтовый привод вращения каждого отдельно закрепленного обрабатываемого изделия с порогом разрешения мезомасштабного уровня;
- конструкции комбинированной многоканальной пьезоэлектрической системы, обеспечивающей выполнение функций многоканальной высокочувствительной измерительной системы автономных упругих деформаций в обрабатывающей системе каждого отдельного из по меньшей мере одновременно двух обрабатываемых изделий, а также обеспечивающей выполнение функций быстродействующего многоканального цифрового пьезоэлектрического привода, с нанометрической разрешающей способностью осуществлять автономные врезные подачи микромасштабного уровня каждого отдельного из по меньшей мере одновременно двух обрабатываемых изделий, при использовании одних и тех же пьезоэлектрических элементов в обоих указанных многоканальных системах;
- конструктивные особенности предлагаемого устройства обеспечивают реализацию технологии компьютерного управления процессом обработки с использованием новой модели физической мезомеханики дискретного пластичного микрошлифования на основе текущей информации об упругих деформациях в обрабатывающей системе. Это впервые позволяет осуществить автоматическую машинную групповую обработку высокоточных сложнопрофильных изделий из твердоструктурных и анизотропных материалов (например, алмазов) в упругой обрабатывающей системе на станке с ЧПУ и при этом непрерывно осуществлять технологическое диагностирование бездефектного размерно-регулируемого микрошлифования с минимизацией весовых потерь автономно в каждом отдельном из одновременно обрабатываемых нескольких изделий и получением оптических характеристик чистоты поверхностей на этих изделиях.Thus, due to the focused design of the components of the elastic processing system, including due to:
- design of the machine according to the type of "processing center" with increased rigidity of the supporting mechanical system and a stable position of each of at least two replaceable producing surfaces of cutting tools with respect to the horizontal shaping plane adopted as the reference point in the dimensional setting of the machine, providing the possibility of increasing technological capabilities with additional functions and concentration of operations for execution in a single resolution of the full technological route in accordance with a control program (measurement and certification of each "workpiece", shaping of the "final" product, measurement and certification of each finished product, elimination of individual internal defects of each individual product) without removing the processed products from the machine;
- a design of a turret type device for installing and securing at least two cutting tools, which makes it possible to create, with respect to the forming plane, as well as periodically restore a given regular ("wave") shape of the cutting microrelief of the producing tool surface with associated cutting grains separately on each tool without removing them from the machine;
- the design of the mechanism of discrete cut-in feeds of the mesoscale level of the processed products to the producing tool surface normal to the shaping plane, providing a resolution threshold at the micro-scale level, commensurate with the distance between atoms in the crystal lattice of the processed material;
- designs of high-torque and high-precision micromechanical drives of coordinate angular and linear displacements of the machine's executive bodies in an extended range of feed speeds with a resolution threshold of mesoscale level commensurate with a given value of microroughnesses R z on the finally ("in size") machined surface, which provides the possibility of a stable contour-controllable motion mode as a function of direct counting of each pulse action of each given cutting grain of a rotating producing tool mental surface for each respectively given longitudinally movable point on the workpiece surface;
- the design of a removable multi-seat (type "cassette") device for fastening the processed products, providing a constant "locking" moment and a backlash-free drive of rotation of each separately fixed processed product with a resolution threshold of the mesoscale level;
- the design of a combined multichannel piezoelectric system that provides the functions of a multichannel highly sensitive measuring system of autonomous elastic deformations in the processing system of each individual at least two processed products at the same time, and also provides the functions of a high-speed multichannel digital piezoelectric drive with nanometric resolution to provide autonomous cut-in feeds micro-scale level each th separate from the at least two workpieces simultaneously by using the same piezoelectric elements in both of said multi-channel systems;
- design features of the proposed device provide the implementation of computer control technology for the processing process using a new model of physical mesomechanics of discrete plastic microsizing based on current information about elastic deformations in the processing system. This makes it possible for the first time to carry out automatic machine group processing of high-precision complex-shaped products from hard-structural and anisotropic materials (for example, diamonds) in an elastic processing system on a CNC machine and at the same time continuously carry out technological diagnostics of defect-free size-controlled micro grinding with minimization of weight loss autonomously in each individual simultaneously processing several products and obtaining optical characteristics of surface cleanliness on these and deliyah.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. The proposed method is as follows.
Предлагаемый способ размерного микрошлифования изделий, преимущественно, из сверхтвердых и хрупких материалов осуществляют посредством упругой обрабатывающей системы шлифовального станка с программным управлением, имеющего производящую инструментальную поверхность со связанными режущими зернами. The proposed method for dimensional micro grinding of products, mainly from superhard and brittle materials, is carried out by means of an elastic processing system of a programmed grinding machine with a producing tool surface with associated cutting grains.
Способ включает введение в программу упругой обрабатывающей системы станка предела упругости системы на сжатие, заданных размеров готового изделия, заданной высоты микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, расчетных параметров интенсивности съема припуска с обрабатываемой поверхности заготовки изделия. The method includes introducing into the program of the elastic processing system of the machine the limit of system elasticity for compression, the specified dimensions of the finished product, the specified height of the microroughness on the processed surface of the finished product, the calculated parameters of the intensity of stock removal from the processed surface of the workpiece.
Затем осуществляют шлифование обрабатываемой поверхности заготовки изделия путем сложного движения, являющегося результатом вращательного движения производящей инструментальной поверхности, многопроходных реверсивных продольных перемещений точек касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью по расчетной траектории производящей инструментальной поверхности и осуществляемых в момент каждого реверса врезных подач по нормали к плоскости формообразования до получения готового изделия. Then, the machined surface of the workpiece is ground by complex motion resulting from the rotational movement of the producing tool surface, multi-pass reverse longitudinal displacements of the touch points of the work surface with the producing tool surface along the calculated path of the producing tool surface and the cut-in feeds carried out at the time of each reverse along the normal to the shaping plane before receiving the finished product.
Перед шлифованием на производящей инструментальной поверхности формируют режущие зерна, вершины которых выступают из связки на одинаковую высоту, а в процессе шлифования многопроходные реверсивные продольные перемещения в плоскости формообразования в каждом проходе осуществляют дискретно с шагом, по существу равным заданной высоте микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия. При этом в каждом проходе в каждой указанной точке касания обрабатываемой поверхности с указанной вершиной каждого режущего зерна производящей инструментальной поверхности непрерывно измеряют величину статической и величину динамической составляющих силы резания и по результатам измерений в каждой указанной точке непрерывно определяют величину статической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы и величину ее динамической составляющей, при этом в процессе указанных измерений определяют момент появления периодически равномерной величины динамической составляющей силы резания, соответствующий моменту выхода обрабатывающей системы станка на управляемый
режим шлифования, при котором непрерывно осуществляют корректировку по меньшей мере одного из параметров интенсивности съема припуска так, чтобы в каждой указанной точке касания величина динамической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы не превышала заданную высоту микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, а сумма величин статической составляющей и динамической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы станка не превышала заданного предела упругости на сжатие этой системы.Before grinding, cutting grains are formed on the producing tool surface, the vertices of which protrude from the bundle to the same height, and in the process of grinding, multi-pass reverse longitudinal displacements in the shaping plane in each pass are performed discretely with a step essentially equal to the specified microroughness height on the processed surface of the finished product. Moreover, in each pass at each specified point of contact of the work surface with the indicated vertex of each cutting grain of the producing tool surface, the static value and the value of the dynamic components of the cutting force are continuously measured and the value of the static component of the elastic deformation of the processing system and the value its dynamic component, while in the process of these measurements determine the moment of occurrence of periodic ki uniform value of the dynamic component of the cutting force, which corresponds to the output processing machine system driven
grinding mode, in which at least one of the parameters for the intensity of stock removal is continuously adjusted so that at each specified point of contact the magnitude of the dynamic component of the elastic deformation of the processing system does not exceed the specified height of the microroughness on the treated surface of the finished product, and the sum of the values of the static component and dynamic component of the elastic deformation of the processing system of the machine did not exceed the specified limit of elasticity for compression of this system.
Перед шлифованием размерно настраивают упругую обрабатывающую систему станка с программным управлением. Для этого устанавливают все его органы базирования как обрабатывающих инструментов, так и обрабатываемых изделий, и настраивают механизмы исполнительных перемещений этих органов друг относительно друга таким образом, чтобы теоретически получить изделие с заданными размерами. Теоретически рассчитывают параметры интенсивности съема припуска с обрабатываемых поверхностей заготовки изделия с учетом природы и внутренней структуры материала обрабатываемого изделия, материала обрабатывающего инструмента и геометрии его режущих зерен, динамической и статической жесткости упругой обрабатывающей системы и разрешающей способности приводов перемещений исполнительных органов станка для осуществления съема припуска с обрабатываемого изделия в размерно-регулируемом режиме пластической деформации. Before grinding, the elastic processing system of the machine with programmed control is dimensionally adjusted. To do this, set all its basing bodies of both processing tools and processed products, and adjust the mechanisms of executive movements of these organs relative to each other in such a way as to theoretically obtain a product with specified dimensions. Theoretically calculate the parameters of the intensity of removal of the allowance from the machined surfaces of the workpiece, taking into account the nature and internal structure of the material of the workpiece, the material of the processing tool and the geometry of its cutting grains, the dynamic and static stiffness of the elastic processing system and the resolution of the drive drives for the movement of the Executive bodies of the machine for the removal of allowance from the workpiece in a dimensionally adjustable mode of plastic deformation.
Вводят в органы управления шлифовального станка предел упругости системы на сжатие, заданные размеры готового изделия, заданную высоту микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, расчетные параметры интенсивности съема припуска с обрабатываемой поверхности заготовки изделия. Указанные параметры интенсивности включают, например, скорость вращения шлифовального круга, скорость продольного перемещения точки касания каждого режущего зерна производящей инструментальной поверхности с обрабатываемой поверхностью по траектории производящей инструментальной поверхности в плоскости формообразования, глубину дискретных врезных подач для съема припуска в каждом проходе, осуществляемых в момент реверса указанных продольных перемещений, количества проходов и расположения траектории этих перемещений и другие параметры, необходимые для осуществления процесса микрошлифования. Introduce into the controls of the grinding machine the elastic limit of the system to compression, the specified dimensions of the finished product, the specified height of the microroughness on the treated surface of the finished product, the calculated parameters of the intensity of removal of stock from the processed surface of the workpiece. These intensity parameters include, for example, the speed of rotation of the grinding wheel, the speed of the longitudinal movement of the point of contact of each cutting grain of the producing tool surface with the surface being machined along the path of the producing tool surface in the shaping plane, the depth of the discrete mortise feeds for removing the allowance in each pass at the time of reverse the specified longitudinal displacements, the number of passes and the location of the trajectory of these displacements and other pa ametry necessary to implement mikroshlifovaniya process.
Указанные параметры интенсивности рассчитывают по рекомендациям и выводам технологических исследований шлифовального станка, принятого нами за прототип, и которые опубликованы в диссертации Сильченко О.Б. "Разработка метода и требований к оборудованию для бездефектного (пластичного) размерного резания хрупких материалов" (Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, ЭНИМС, 1995 г.). The indicated intensity parameters are calculated according to the recommendations and conclusions of technological studies of the grinding machine, which we adopted as a prototype, and which are published in the thesis of Silchenko OB "Development of a method and equipment requirements for defect-free (plastic) dimensional cutting of brittle materials" (Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences, Moscow, ENIMS, 1995).
Согласно предлагаемому способу микрошлифование может быть осуществлено посредством по меньшей мере одной производящей инструментальной поверхностью режущего инструмента (шлифовального круга). То есть микрошлифование может быть осуществлено последовательно одной, двумя, тремя и так далее производящими инструментальными поверхностями. According to the proposed method, micro grinding can be carried out by means of at least one cutting tool producing surface (grinding wheel). That is, micro grinding can be carried out sequentially by one, two, three and so on producing tool surfaces.
Рассмотрим пример, когда микрошлифование осуществляют последовательно двумя шлифовальными кругами. Consider an example where micro grinding is carried out sequentially by two grinding wheels.
Перед началом шлифования на каждом из двух шлифовальных кругов создают производящую инструментальную поверхность с заданным количеством режущих зерен, вершины которых выступают из связки на одинаковую высоту, то есть расположены на одном уровне. При этом на том шлифовальном круге, который предназначен для съема получистового и чистового частей припуска, например, с бакелитовой и полиуретановой связками, с графитовым наполнителем и зернистостью соответственно 10 и 25 мкм, заданное количество режущих зерен создают путем формирования на производящей инструментальной поверхности радиально расположенных выступов, вершины которых лежат в одной плоскости, совпадающей с плоскостью формообразования. Для шлифовального круга, который предназначен для съема черновой части припуска, например, с керамической связкой и зернистостью от 5 до 7 мкм, производящей инструментальной поверхности придают форму усеченного конуса, меньшее основание которого обращено в сторону обрабатываемой поверхности, а вершины режущих зерен на ней создают путем формирования радиально расположенных выступов, вершины которых лежат на образующих указанного конуса. Количество таких выступов выбирают одинаковым для всех шлифовальных кругов. Наибольшее число таких выступов (m) выбирают из условия, что количество таких выступов не должно превышать количества единичных режущих зерен с конкретной зернистостью (b), расположенных по периферии производящей инструментальной поверхности, предназначенной для съема чистовой части припуска. Before grinding begins, a producing tool surface with a given number of cutting grains, the vertices of which protrude from the bunch to the same height, that is, are at the same level, is created on each of the two grinding wheels. Moreover, on the grinding wheel, which is designed to remove the semi-finished and final parts of the allowance, for example, with bakelite and polyurethane ligaments, with graphite filler and grain size of 10 and 25 μm, respectively, a predetermined number of cutting grains is created by forming radially located protrusions on the producing tool surface the vertices of which lie in one plane coinciding with the plane of shaping. For a grinding wheel, which is designed to remove the rough part of the allowance, for example, with a ceramic bond and grit from 5 to 7 μm, the producing tool surface is shaped like a truncated cone, the smaller base of which is facing the surface to be machined, and the tops of the cutting grains on it are created by the formation of radially located protrusions, the vertices of which lie on the generators of the specified cone. The number of such protrusions is chosen the same for all grinding wheels. The largest number of such protrusions (m) is selected from the condition that the number of such protrusions should not exceed the number of single cutting grains with a specific grain size (b) located on the periphery of the producing tool surface designed to remove the finishing part of the allowance.
Каждый из двух шлифовальных кругов имеет одинаковые между собой внутренний и наружный диаметры (D1 и D2) производящей инструментальной поверхности. Располагают производящие инструментальные поверхности каждого шлифовального круга на одном уровне относительно плоскости формообразования (совмещают с плоскостью формообразования), совпадающей с началом отсчета (базой отсчета) в размерной настройке упругой обрабатывающей системы шлифовального станка вдоль координатной оси Z станка.Each of the two grinding wheels has the same inner and outer diameters (D 1 and D 2 ) of the producing tool surface. The producing tool surfaces of each grinding wheel are positioned at the same level with respect to the shaping plane (combined with the shaping plane), which coincides with the reference point (reference base) in the dimensional setting of the elastic processing system of the grinding machine along the machine coordinate axis Z.
На производящей инструментальной поверхности каждого шлифовального круга задают расчетную линейную траекторию в виде последовательности вершин отдельных режущих зерен, лежащих на пересечении этой линейной траектории с указанными выступами производящей инструментальной поверхности, на которых каждое указанное режущее зерно один раз импульсно встречается с соответствующей локально заданной точкой на обрабатываемой поверхности изделия. On the producing tool surface of each grinding wheel, a calculated linear trajectory is set in the form of a sequence of vertices of individual cutting grains lying at the intersection of this linear trajectory with the indicated protrusions of the producing tool surface, on which each specified cutting grain is pulsed once with a corresponding locally specified point on the surface to be machined products.
Задают на обрабатываемой поверхности отдельными локальными точками последовательность одноразовых импульсных встреч с соответствующей последовательностью отдельных режущих зерен на указанной расчетной линейной траектории производящей инструментальной поверхности и определяют в трехмерной координатной системе станка расположение пространственной траектории, соответствующей каждому шлифовальному кругу, в виде последовательности отдельных точек. A sequence of one-time impulse meetings with the corresponding sequence of individual cutting grains on the specified calculated linear path of the producing tool surface is set on the surface to be treated with individual local points and the spatial path corresponding to each grinding wheel is determined in the three-dimensional coordinate system of the machine as a sequence of individual points.
Задают продольную скорость V последовательных одноразовых импульсных встреч каждой указанной локальной точки из последовательности таких точек на обрабатываемой поверхности с каждой соответствующей вершиной режущего зерна из последовательности таких вершин на указанной расчетной траектории производящей инструментальной поверхности в функциональной зависимости от скорости вращения производящей инструментальной поверхности (n, об/мин). The longitudinal velocity V of consecutive one-time impulse meetings of each indicated local point is set from the sequence of such points on the surface to be machined with each corresponding vertex of the cutting grain from the sequence of such vertices on the specified calculated path of the producing tool surface depending on the rotation speed of the producing tool surface (n, rev / min).
При осуществлении предлагаемого способа одновременно одним шлифовальным кругом могут обрабатываться как одна заготовка изделия, так и группа заготовок изделий. In the implementation of the proposed method simultaneously with one grinding wheel can be processed as a single workpiece product, and a group of product blanks.
Рассмотрим вариант, когда под производящей инструментальной поверхностью каждого шлифовального круга устанавливают для одновременной обработки k изделий. При этом они должны быть установлены таким образом, чтобы при продольном перемещении вдоль координатной оси X станка с шагом Lx,y ни одно из одновременно обрабатываемых изделий не выходило из-под производящей инструментальной поверхности соответствующего шлифовального круга. Длину Li(x,y) каждой указанной пространственной траектории каждого i-того обрабатываемого изделия выбирают из условия, чтобы сумма длины проекций на плоскость формообразования этих траекторий вдоль координатной оси X станка равнялась длине хорды, определяемой из выражения:
Осуществляют шлифование обрабатываемой поверхности каждого изделия путем сложного движения, являющегося результатом вращательного движения производящей инструментальной поверхности со скоростью n оборотов в минуту, многократных 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 с заданной высотой микронеровностей Rz на обработанной поверхности готового изделия.Consider the option when under the producing tool surface of each grinding wheel set for the simultaneous processing of k products. At the same time, they must be installed in such a way that, when moving along the coordinate axis X of the machine with a step L x, y, none of the simultaneously processed products comes out from under the producing tool surface of the corresponding grinding wheel. The length Li (x, y) of each specified spatial path of each i-th workpiece is chosen from the condition that the sum of the length of the projections onto the plane of formation of these paths along the coordinate axis X of the machine was equal to the length of the chord, determined from the expression:
Grinding the machined surface of each product by complex movement resulting from the rotational movement of the producing tool surface at a speed of n revolutions per minute, multiple reverse longitudinal movements of the point of contact of the machined surface with the producing tool surface along the calculated path of the producing tool surface and the cutting feeds carried out at the time of reverse normals to the plane of shaping to obtain the finished product a line with a given size and a given height of microroughnesses R z on the machined surface of the finished product.
При этом в процессе шлифования многопроходные реверсивные продольные перемещения в плоскости формообразования в каждом проходе осуществляют дискретно с шагом, по существу равным заданной высоте микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, при этом в каждом проходе в каждой указанной точке касания обрабатываемой поверхности с указанной вершиной каждого режущего зерна производящей инструментальной поверхности непрерывно измеряют величину статической и величину динамической составляющих силы резания и по результатам измерений в каждой указанной точке непрерывно определяют величину статической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы и величину ее динамической составляющей, при этом в процессе указанных измерений определяют момент появления периодически равномерной величины динамической составляющей силы резания, соответствующий моменту выхода обрабатывающей системы станка на управляемый режим шлифования, при котором непрерывно осуществляют корректировку по меньшей мере одного из параметров интенсивности съема припуска так, чтобы в каждой указанной точке касания величина динамической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы не превышала заданную высоту микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, а сумма величин статической составляющей и динамической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы станка не превышала заданного предела упругости на сжатие этой системы. Moreover, in the grinding process, multi-pass reverse longitudinal displacements in the shaping plane in each pass are carried out discretely with a step essentially equal to a given height of microroughnesses on the processed surface of the finished product, while in each pass at each specified touch point of the processed surface with the indicated vertex of each cutting grain producing tool surface continuously measure the value of static and the value of the dynamic components of the cutting force and the result there, measurements at each indicated point continuously determine the value of the static component of the elastic deformation of the processing system and the value of its dynamic component, while in the course of these measurements, the moment of occurrence of a periodically uniform value of the dynamic component of the cutting force corresponding to the moment the processing system of the machine reaches the controlled grinding mode is determined, at which continuously carry out the adjustment of at least one of the parameters of the intensity of the removal of stock m so that at each specified point of contact, the value of the dynamic component of the elastic deformation of the processing system does not exceed the specified height of the microroughness on the machined surface of the finished product, and the sum of the values of the static component and the dynamic component of the elastic deformation of the processing system of the machine does not exceed the specified compression limit of this system.
Под пределом упругости на сжатие обрабатывающей системы станка понимают величину локального сверхвозбужденного состояния обрабатываемой поверхности изделия, при которой теряется сдвиговая устойчивость на мезомасштабном уровне его пластической деформации. Предел упругости в обрабатывающей системе на сжатие по существу равен предельному деформирующему напряжению, выше которого находится область предразрушения с локальной потерей сдвиговой устойчивости обрабатываемого кристалла, как целого (см. "Теорию физической мезомеханики материалов". Журнал "Физика", Известия ВУЗов, N 1, 1998, с. 7-34). The compression limit of the processing system of a machine is understood to mean the magnitude of the local over-excited state of the workpiece surface at which shear stability is lost at the mesoscale level of its plastic deformation. The elastic limit in the processing system for compression is essentially equal to the ultimate deforming stress, above which there is a prefracture region with local loss of shear stability of the processed crystal as a whole (see "Theory of Physical Mesomechanics of Materials". Physics Journal, Izvestiya VUZov, N 1, 1998, p. 7-34).
Совмещают процесс идентификации параметров фактической модели физической мезомеханики бездефектного (пластичного) размерно-регулируемого микрошлифования с ускоренным процессом предварительного нагружения обрабатывающей системы потенциальной энергией ее упругого статического сжатия. В связи с этим назначают в плоскости формообразования траекторию продольной подачи из условия, что траектория последовательности локальных точек на обрабатываемой поверхности одноразовых встреч с соответствующими режущими зернами на расчетной траектории вращающейся производящей инструментальной поверхности представляет собой параллельную оси X станка прямую линию длиной Lx с расстоянием между отдельными локальными точками на обрабатываемой поверхности, равным заданной величине микронеровностей Rz на окончательно обработанной поверхности.Combine the process of identifying the parameters of the actual model of physical mesomechanics of defect-free (plastic) size-controlled micro grinding with the accelerated process of pre-loading the processing system with the potential energy of its elastic static compression. In this regard, a longitudinal feed path is assigned in the shaping plane, provided that the path of the sequence of local points on the machined surface of one-time meetings with the corresponding cutting grains on the calculated path of the rotating producing tool surface is a straight line parallel to the machine axis X of length L x with the distance between the individual local points on the surface to be treated, equal to a given value of microroughnesses R z on the finally machined surface.
Назначают линейную скорость продольной подачи Vx, равной произведению Rz на частоту f одноразовых встреч локальных точек обрабатываемой поверхности с соответствующими режущими зернами на расчетной траектории производящей инструментальной поверхности из выражения:
Vx = Rz·f(мкм в сек), где f = (m·n)/60 (ед. в сек).Assign a linear longitudinal feed rate V x equal to the product R z by the frequency f of one-time encounters of local points of the workpiece with the corresponding cutting grains on the calculated path of the producing tool surface from the expression:
V x = R z · f (μm per second), where f = (m · n) / 60 (units per second).
Назначают из литературных источников начальную скорость врезной подачи Vz (мкм в сек) и пересчитывают ее в начальную величину дискретной врезной подачи δo (мкм) в направлении нормали к плоскости формообразования из выражения:
Назначают суммарную величину Hz (мкм) снимаемого припуска в направлении нормали к плоскости формообразования и назначают знаменатель qo убывающей геометрической прогрессии снижения дискретной врезной макроподачи от одного продольного прохода к другому из выражения:
Осуществляют ускоренное предварительное нагружение упругой обрабатывающей системы изменением по закону убывающей геометрической прогрессии входных параметров интенсивности съема припуска путем соответствующего изменения дискретной врезной подачи [δo·q
Assign the total value of H z (μm) of the removed allowance in the direction normal to the plane of formation and assign the denominator q o the decreasing geometric progression of the reduction of the discrete mortise macro feed from one longitudinal passage to another from the expression:
An accelerated preloading of the elastic processing system is carried out by changing, according to the law of decreasing geometric progression, the input parameters of the stock removal rate by correspondingly changing the discrete mortise feed [δ o · q
Контролируют в процессе продольного перемещения в каждой j-ой точке касания каждой заданной локальной точки обрабатываемой поверхности с соответствующей вершиной каждого заданного режущего зерна на расчетной траектории вращающейся производящей инструментальной поверхности статические Pсj и динамические Pдj составляющие силы резания в направлении нормали к плоскости формообразования и фиксируют на N-ом продольном вдоль траектории длиной Lx проходе первый факт автоколебаний динамической составляющей силы резания на первом из k одновременно обрабатываемых изделий с частотой fn1, амплитудой колебаний Pд1 при статической составляющей силы резания Pс1.In the process of longitudinal movement at each j-th contact point of each given local point of the machined surface with the corresponding vertex of each given cutting grain on the calculated trajectory of the rotating producing tool surface, static P cj and dynamic P dj components of the cutting force are controlled in the direction normal to the shaping plane and are controlled to N-th longitudinal trajectory along the passage length L x first fact oscillations of the dynamic component of the cutting force on the first of k odnov TERM workpieces with frequency f n1, vibration amplitude at P d1 static component of the cutting force P c1.
Этим фактом идентифицируют наличие момента выхода обрабатывающей системы станка на управляемый режим шлифования, то есть установившегося процесса в упругой обрабатывающей системе с равенством между входными и выходными параметрами интенсивности съема припуска. Наличие этого факта свидетельствует, что суммарная величина статической составляющей и динамической составляющей упругих деформаций не превышает предела упругости в обрабатывающей системе. Это обстоятельство подтверждает, что фактические деформирующие напряжения в процессе обработки находятся ниже порогового значения, которое разделяет область предразрушения с локальной потерей сдвиговой устойчивости обрабатываемого кристалла, как целого, от области, в которой реализуется предложенная модель физической мезомеханики пластической деформации твердого тела, и в которой имеет место постепенное синхронное накопление усталости к знакопеременным возвратно-поворотным модам пластической деформации с одновременной потерей сдвиговой устойчивости в момент одновременного удаления каждой отдельной и всего множества единичных пластически деформированных стружек с обрабатываемой поверхности твердого тела под влиянием постепенного упорядоченного динамического воздействия со стороны внешних импульсных микроконцентраторов касательных напряжений, каждое из которых вызывает только локальную потерю сдвиговой устойчивости в кристаллической решетке. This fact identifies the presence of the moment when the processing system of the machine reaches the controlled grinding mode, i.e., the steady state process in the elastic processing system with the equality between the input and output parameters of the stock removal rate. The presence of this fact indicates that the total value of the static component and the dynamic component of the elastic deformations does not exceed the elastic limit in the processing system. This circumstance confirms that the actual deforming stresses during processing are below a threshold value that separates the prefracture region with a local loss of shear stability of the processed crystal, as a whole, from the region in which the proposed model of physical mesomechanics of plastic deformation of a solid body is realized, and in which place gradual synchronous accumulation of fatigue to alternating reciprocating modes of plastic deformation with simultaneous loss dvigovoy stability at the time of the simultaneous removal of each and all the plurality of unit plastically deformed chips with the treated solid surface under the influence of gradual ordered dynamic impact from external pulse microconcentrator tangential stresses, each of which causes only local shear stability loss in the crystal lattice.
Идентифицируют в реальном масштабе времени обработки компьютерным вычислением фактические параметры статической и динамической составляющих упругой деформации в обрабатывающей системе, соответствующие установившемуся режиму микрошлифования. In real-time processing by computer calculation, the actual parameters of the static and dynamic components of the elastic deformation in the processing system, which correspond to the established regime of micro grinding, are identified.
Величину статической составляющей упругой деформации обрабатывающей системы определяют путем непрерывной фиксации в каждом проходе в каждой точке касания каждой вершины заданного режущего зерна производящей инструментальной поверхности с каждой заданной локальной точкой на обрабатываемой поверхности величины статической составляющей силы резания в направлении нормали а плоскости формообразования, непрерывного определения закона изменения суммы указанных составляющих от прохода к проходу, непрерывного сравнения этого закона с расчетным законом изменения глубины врезных подач (интенсивности съема припуска) от прохода к проходу и непрерывного нахождения интервала времени T до начала соответствия этих законов (интервала времени переходных процессов резания), который пропорционален величине статической составляющей Δn1 упругой деформации обрабатывающей системы по соотношению:
где Δn1 - величина статической составляющей упругой деформации, мкм;
δn - глубина врезной подачи в момент выхода обрабатывающей системы станка на управляемый режим шлифования, мкм;
Vx - заданная скорость продольного перемещения указанных точек касания, мкм/сек;
T1 - найденный интервал времени, сек;
Lx - заданная длина расчетной траектории одного прохода, мкм.The value of the static component of the elastic deformation of the processing system is determined by continuously fixing at each pass at each touch point of a given cutting grain of the producing tool surface with each given local point on the surface to be machined, the values of the static component of the cutting force in the normal direction to the shaping plane and continuously determining the law of change the amounts of these components from passage to passage, continuous comparison of this law with aschetnym law of variation of depth infeeds (removably intensity allowance) from pass to pass and of uninterrupted time interval T prior to the laws of correspondence (slot transition cutting processes), which is proportional to the static component of Δ n1 elastic deformation processing system according to the relation:
where Δ n1 is the value of the static component of elastic deformation, microns;
δ n is the depth of the cut-in feed at the time the processing system of the machine enters the controlled grinding mode, microns;
V x - the specified speed of the longitudinal movement of the indicated points of contact, μm / s;
T1 is the found time interval, sec;
L x - a given length of the calculated trajectory of one passage, microns.
При этом указанный интервал времени T1, который характеризует постоянную времени переходных процессов резания в упругой обрабатывающей системе, определяют компьютерными вычислениями из уравнения:
Глубину врезной подачи δn1 в момент соответствия фактического закона изменения съема припуска заданному закону определяют компьютерными вычислениями из уравнения:
δn1= δo q
Величину динамической составляющей упругой деформации λn1 в обрабатывающей системе определяют компьютерным вычислением из уравнения:
где λ - величина динамической составляющей упругой деформации, мкм;
Pд - величина динамической составляющей силы резания, кгс;
Pс - величина статической составляющей силы резания, 30 кгс;
Δ - величина статической составляющей упругой деформации, мкм.Moreover, the specified time interval T1, which characterizes the time constant of the transients of cutting in an elastic processing system, is determined by computer calculations from the equation:
The depth of the mortise feed δ n1 at the moment of correspondence of the actual law of the stock removal allowance with the given law is determined by computer calculations from the equation
δ n1 = δ o q
The value of the dynamic component of elastic deformation λ n1 in the processing system is determined by computer calculation from the equation:
where λ is the value of the dynamic component of elastic deformation, microns;
P d - the value of the dynamic component of the cutting force, kgf;
P with - the value of the static component of the cutting force, 30 kgf;
Δ is the value of the static component of elastic deformation, microns.
Величину снятого припуска Hn1 по нормали к плоскости формообразования за N-oe количество продольных проходов определяют компьютерным вычислением из уравнения:
Количество знакопеременных возвратно-поворотных мод деформаций Wn1 при синхронном образовании каждой отдельной в множестве единичных пластически деформированных стружек с линейными размерами λn каждой из них и при образовании соответствующей диссипативной структуры в приповерхностном слое в результате одновременного удаления всего множества таких стружек с обрабатываемой поверхности определяют компьютерным вычислением из уравнения:
Часть длины Lx линейной траектории на участке соответствия фактического закона изменения интенсивности съема припуска расчетному закону устанавливают в виде суммы целого числа дискретных минимальных шагов L'x1, на каждом из которых упругая деформация в обрабатывающей системе изменяется в виде единичного импульса с амплитудой автоколебаний с частотой ЯN1, равной амплитуде динамической составляющей. При этом величину дискретного минимального шага L'x определяют компьютерным вычислением из уравнения:
Величину шага Si дополнительной дискретной врезной подачи по нормали к плоскости формообразования с частотой, равной частоте воздействия заданных вершин режущих зерен на заданные локальные точки обрабатываемой поверхности, определяют компьютерным вычислением из уравнения:
С учетом вычисленных значений корректируют параметры продолжения съема припуска со всех, включая первое (наиболее "мягкое"), из одновременно обрабатываемых изделий со снижением в моменты реверса величин дискретных врезных подач по тому же закону убывающей геометрической прогрессии и фиксируют второй факт автоколебаний динамической составляющей силы резания на втором (несколько более твердом, чем в первом из k одновременно обрабатываемых изделий) на M-ом продольном проходе длиной Lx2, с частотой fn2, амплитудой автоколебаний Pд2, при величине статической составляющей силы резания Pс2. Затем осуществляют определение (идентификацию) аналогичных параметров съема припуска компьютерными вычислениями из соответствующих вышеуказанных уравнений для второго из k одновременно обрабатываемых изделий.The value of the removed allowance H n1 normal to the plane of formation for N-oe the number of longitudinal passes is determined by computer calculation from the equation:
The number of alternating reverse-rotational deformation modes W n1 with the simultaneous formation of each individual in the set of individual plastically deformed chips with linear dimensions λ n of each of them and with the formation of the corresponding dissipative structure in the surface layer as a result of the simultaneous removal of the entire set of such chips from the surface being processed is determined by computer calculation from the equation:
Part of the length L x of the linear path in the correspondence section of the actual law of changing the intensity of stock removal to the calculated law is set as the sum of an integer number of discrete minimum steps L ' x1 , at each of which the elastic deformation in the processing system changes as a unit pulse with self-oscillation amplitude with a frequency of ЯN1 equal to the amplitude of the dynamic component. The value of the discrete minimum step L ' x is determined by computer calculation from the equation:
The value of step S i additional discrete mortise feed normal to the plane of shaping with a frequency equal to the frequency of exposure of the given vertices of the cutting grains to the specified local points of the processed surface, is determined by computer calculation from the equation:
Taking into account the calculated values, the parameters for continuing stock removal are corrected from all, including the first (most “soft”), from simultaneously processed products with a decrease in the values of discrete mortise feeds according to the same law of decreasing geometric progression and fix the second fact of self-oscillations of the dynamic component of the cutting force the second (somewhat more solid than in the first of k simultaneously processed articles) on the M-th pass of the longitudinal length L x2, with a frequency f n2, the amplitude of oscillations P q2, when conducted ine static component of the cutting force P c2. Then, the determination (identification) of similar parameters for stock removal is carried out by computer calculations from the corresponding above equations for the second of k simultaneously processed products.
И так далее повторяют указанные действия для всех остальных из k одновременно обрабатываемых изделий и заканчивают идентификацию этих параметров при обработке конечного k-ого, то есть самого твердого из k одновременно обрабатываемых изделий. And so on, they repeat the above steps for all the rest of k simultaneously processed products and complete the identification of these parameters when processing the final k-th, that is, the hardest of k simultaneously processed products.
Измеряют известными универсальными средствами фактическую высоту микронеровностей Rz на поверхностях каждого отдельного из k одновременно обработанных изделий по окончании стадии предварительного ускоренного нагружения упругой обрабатывающей системы, не снимая при этом обрабатываемые изделия с шлифовального станка.The well-known universal tools measure the actual height of the microroughness R z on the surfaces of each individual of k simultaneously processed products at the end of the preliminary accelerated loading of the elastic processing system, without removing the processed products from the grinding machine.
По результатам сравнения при отклонении фактических выходных качественных показателей обработки от заданных требований (по высоте микронеровностей Rz и по размерной точности) компьютерными вычислениями определяют скорректированные величины как параметров, характеризующих состояние упругости обрабатывающей системы, соответствующее каждой отдельной j-ой из k одновременно обрабатываемых изделий в виде постоянных времени Tj переходных процессов резания, так и соответствующие им величины параметров динамического нагружения и размерную настройку обрабатывающей системы для каждого обрабатываемого изделия. Указанные параметры используют в процессе съема основной части припуска с каждого отдельного из k одновременно обрабатываемых изделий в установившихся размерно управляемых условиях микрошлифования.According to the results of comparison, when the actual output quality indicators of processing deviate from the given requirements (by the height of microroughnesses R z and by dimensional accuracy), computer calculations determine the adjusted values as parameters characterizing the state of elasticity of the processing system corresponding to each individual j-th of k simultaneously processed products in a time constant T j transitional cutting processes and the corresponding magnitude of dynamic loading and dimensional parameters setting the processing system for each workpiece. These parameters are used in the process of removing the main part of the allowance from each individual of k simultaneously processed products in steady dimensionally controlled conditions of micro grinding.
Для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий компьютерными вычислениями определяют размеры площади Aj синхронного развития пластической деформации на обрабатываемой поверхности в виде постепенного самоорганизующегося формирования унитарной ячеистой структуры (с линейными размерами мезомасштабного уровня каждой ячейки в пределах заданной высоты микронеровностей Rz) только вследствие накопления усталости к возвратно-поворотным модам деформаций этих ячеек друг относительно друга с одновременной потерей сдвиговой устойчивости в кристаллической решетке на границах между множеством таких ячеек на указанной площади Aj макромасштабного уровня, как результат упорядоченного во времени и пространстве каждого внешнего импульсного воздействия на микромасштабном уровне каждого заданного режущего зерна расчетной траектории вращающейся производящей инструментальной поверхности на каждую заданную локальную точку обрабатываемой поверхности из соответствующего уравнения:
Aj = Wj·Rz 2
Задают конфигурацию границы указанной площади Aj с конкретными размерами (например, в виде окружности), и компьютерными вычислениями определяют диаметр dAj для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий из соответствующего уравнения:
где Rzj - откорректированная величина шага (дискреты) линейного перемещения в плоскости формообразования со скоростью продольной подачи, мкм.For each j-th of k simultaneously processed products, computer calculations determine the size of the area A j of the synchronous development of plastic deformation on the treated surface in the form of a gradual self-organizing formation of a unitary cellular structure (with linear dimensions of the mesoscale level of each cell within a given micro-roughness height R z ) only because accumulation of fatigue to the reciprocating deformation modes of these cells relative to each other with the simultaneous loss of shear stability in the crystal lattice at the boundaries between the set of such cells on the specified area A j of the macroscale level, as a result of the ordered in time and space of each external impulse action at the microscale level of each given cutting grain of the calculated trajectory of the rotating producing tool surface to each given local point of the processed surface from corresponding equation:
A j = W j · R z 2
The configuration of the boundary of the specified area A j with specific dimensions (for example, in the form of a circle) is set, and the diameter d Aj for each j-th of k simultaneously processed products from the corresponding equation is determined by computer calculations:
where R zj is the corrected step size (discrete) of linear displacement in the plane of shaping with a longitudinal feed rate, microns.
Задают в плоскости формообразования координаты последовательности локальных точек, покрывающих всю указанную площадь Aj обрабатываемой поверхности указанными ячейками с размерами R'z каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий, например, по правилу "хода шахматного коня" с длиной
каждого такого единичного i-го хода и числом таких единичных ходов, равным суммарному количеству возвратно-поворотных мод деформации Wj за все время "жизни" ячеек в соответствующем унитарном ячеистом поле.The coordinates of the sequence of local points covering the entire specified area A j of the surface to be machined with the indicated cells with dimensions R ' z of each j-th of k simultaneously processed products are set in the shaping plane, for example, according to the rule "move a chess knight" with a length
each such unit i-th move and the number of such unit moves equal to the total number of reciprocal-rotational deformation modes W j for the entire time of the "life" of the cells in the corresponding unitary cellular field.
Для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий задают расчетную траекторию отдельными вершинами режущих зерен на производящей инструментальной поверхности, например, в виде соответствующей j-ой спирали Архимеда таким образом, чтобы число точек пересечения каждой такой спирали с радиальными выступами производящей инструментальной поверхности численно было равно количеству возвратно-поворотных мод деформации Wj за все время "жизни" ячеек в указанном ячеистом поле обрабатываемой поверхности соответственно j-го обрабатываемого изделия с радиальным смещением ej между первой и конечными указанными точками пересечения каждой j-ой такой спирали численно равной dAj, то есть ej = dAj.For each j-th of k simultaneously processed products, the calculated trajectory of the individual vertices of the cutting grains on the producing tool surface is set, for example, in the form of the corresponding j-th Archimedes spiral so that the number of intersection points of each such spiral with the radial protrusions of the producing tool surface is numerically equal to the number of reciprocal-rotational deformation modes W j for the entire time of the "life" of cells in the specified mesh field of the treated surface, respectively, of the j-th processed o products with radial displacement e j between the first and final indicated intersection points of each j-th such spiral numerically equal to d Aj , that is, e j = d Aj .
Для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий компьютерными вычислениями определяют в трехкоординатной системе станка расположение соответствующей j-ой пространственной траектории в виде последовательности отдельных точек. Кроме того, определяют продольную скорость последовательных одноразовых импульсных встреч вдоль каждой j-ой из k таких пространственных траекторий каждой локальной точки из последовательности таких точек на каждой j-ой из k одновременно обрабатываемых поверхностей с каждой соответствующей вершиной режущего зерна из последовательности таких вершин на каждой j-ой из k расчетных траекторий на производящей инструментальной поверхности в функциональной зависимости от числа радиальных выступов и скорости вращения производящей инструментальной поверхности. При этом учитывают дополнительные дискретные перемещения каждого j-го из k одновременно обрабатываемых поверхностей изделий по нормали к плоскости формообразования в направлении к производящей инструментальной поверхности в каждой отдельной точке одноразовой импульсной встречи на всей последовательности точек вдоль каждой j-ой из k указанных пространственных траекторий. Причем шаг указанного дополнительного перемещения определяют компьютерными вычислениями из "выражения:
где Vij - шаг дополнительного дискретного перемещения по нормали к плоскости формообразования в i-ой точке j-ой пространственной траектории, мкм;
λj - откорректированная (ожидаемая) величина равномерной амплитуды динамической составляющей упругих деформаций обрабатывающей системы на j-ом изделии, мкм;
lij - шаг дискреты продольного перемещения вдоль j-ой пространственной траектории между двумя соседними (i-1)-ой и i-ой точками последовательных одноразовых импульсных встреч, мкм;
L'j - шаг длины j-ой пространственной траектории между первой и конечной точками последовательности одноразовых импульсных встреч за время каждого одного периода автоколебаний динамической составляющей упругих деформаций обрабатывающей системы на j-ом изделии, мкм.For each j-th of k simultaneously processed products, computer calculations in the three-coordinate system of the machine determine the location of the corresponding j-th spatial path in the form of a sequence of individual points. In addition, the longitudinal speed of successive one-time impulse meetings along each j-th of k such spatial trajectories of each local point is determined from the sequence of such points on each j-th of k simultaneously machined surfaces with each corresponding cutting grain vertex from the sequence of such vertices on each j of the k calculated trajectories on the generating tool surface, depending on the number of radial projections and the rotation speed of the generating tool linen surface. In this case, additional discrete displacements of each j-th of k simultaneously processed product surfaces along the normal to the shaping plane in the direction of the producing tool surface at each individual point of a one-time impulse meeting on the entire sequence of points along each j-th of k spatial paths are taken into account. Moreover, the step of the specified additional movement is determined by computer calculations from the "expression:
where V ij is the step of the additional discrete displacement along the normal to the plane of shaping at the i-th point of the j-th spatial trajectory, microns;
λ j - corrected (expected) value of the uniform amplitude of the dynamic component of the elastic deformations of the processing system on the j-th product, microns;
l ij - step discrete longitudinal movement along the j-th spatial path between two adjacent (i-1) -th and i-th points of consecutive one-time impulse meetings, microns;
L ' j is the length step of the j-th spatial trajectory between the first and final points of the sequence of one-time impulse meetings during each one period of self-oscillations of the dynamic component of the elastic deformations of the processing system on the j-th product, microns.
При этом продольная скорость Vт(пр) последовательных одноразовых импульсных встреч на пространственной траектории каждой заданной локальной точки из последовательности таких точек обрабатываемой поверхности с соответствующими им каждой заданной вершиной режущего зерна из последовательности таких вершин на производящей инструментальной поверхности, ("ткацкая" скорость подачи), соответствующая выражению
является постоянной для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий.In this case, the longitudinal velocity V t (pr) of successive one-time impulse meetings on the spatial trajectory of each given local point from the sequence of such points of the work surface with the corresponding each given vertex of the cutting grain from the sequence of such vertices on the producing tool surface, ("weaving" feed rate) corresponding to the expression
is constant for each j-th of k simultaneously processed products.
Далее осуществляют компьютерный анализ полученных в результате проведенных вычислений всех параметров для всех k одновременно обрабатываемых изделий и задают в обрабатывающую систему станка общие для всех k одновременно обрабатываемых изделий параметры интенсивности съема основной части припуска для регулируемого режима микрошлифования (скорость вращения производящей инструментальной поверхности, дискретный шаг линейного перемещения в плоскости формообразования, длину перемещения и скорость продольной подачи от реверса до реверса, величину дискретной врезной подачи в точках реверса направления продольной подачи), соответствующего k-му из k одновременно обрабатываемых изделий с наибольшим значением Tk - постоянной времени переходных процессов резания.Next, a computer analysis of all the parameters obtained as a result of the calculations for all k simultaneously processed products is carried out and the parameters for the removal rate of the main part of the allowance for the controlled micro-grinding mode (rotation speed of the producing tool surface, discrete linear step) are common to all k simultaneously processed products displacements in the shaping plane, displacement length and speed of longitudinal feed from reverse to reverse ca, the value of the discrete mortise feed at the points of reverse of the longitudinal feed direction) corresponding to the k-th of k simultaneously processed products with the highest value of T k - the time constant of the transient cutting processes.
При этом соответствующим компьютерным вычислением повторно корректируют величины как параметров, характеризующих состояние упругости обрабатывающей системы всех остальных из k одновременно обрабатываемых изделий в виде постоянных времени Tj' переходных процессов резания, так и соответствующие им величины параметров динамического нагружения и размерную настройку обрабатывающей системы в процессе съема основной части припуска с каждого отдельного из k одновременно обрабатываемых изделий в установившихся (управляемых) условиях микрошлифования.In this case, the values of parameters characterizing the state of elasticity of the processing system of all the rest of k simultaneously processed products in the form of time constants T j 'of transient cutting processes, and the corresponding values of the dynamic loading parameters and dimensional adjustment of the processing system during removal are corrected by appropriate computer calculation the main part of the allowance from each individual of k simultaneously processed products under steady-state (controlled) conditions grinding.
Задают обрабатывающей системе станка управляющую программу динамического нагружения для каждого отдельной из k одновременно обрабатываемых изделий соответствующими повторно скорректированными параметрами интенсивности съема основной части припуска и осуществляют одновременный процесс обработки всех изделий на таких режимах. The processing system of the machine is assigned a control program for dynamic loading for each individual of k simultaneously processed products with the corresponding re-adjusted parameters of the intensity of removal of the main part of the allowance and the simultaneous processing of all products in such modes is carried out.
В процессе съема основной части припуска технологическое диагностирование текущего состояния параметров для каждого j-ой из k одновременно обрабатываемых изделий (для устойчивой управляемости выходных параметров обработки каждого j-го из k соответственно одновременно обрабатываемых изделий) с заданной периодичностью осуществляют в каждом продольном проходе. При этом определяют величину отклонения фактической постоянной времени переходных процессов резания Tфj от расчетного, повторно скорректированного значения этого параметра Tj' и соответственно заданного управляющей программой в обрабатывающей системе станка.During the removal of the main part of the allowance, technological diagnostics of the current state of parameters for each j-th of k simultaneously processed products (for stable controllability of the output processing parameters of each j-th of k respectively simultaneously processed products) is carried out in each longitudinal pass with a given frequency. In this case, the deviation of the actual time constant of the transients of cutting T fj from the calculated, re-adjusted value of this parameter T j ' and accordingly specified by the control program in the processing system of the machine is determined.
Идентифицируют параметр Tфj путем прерывания дополнительной дискретной врезной подачи на отдельно заданных участках пространственной траектории одноразовых импульсных встреч локально заданных точек поверхности каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий с соответствующими вершинами режущих зерен на расчетной траектории (спирали Архимеда), вращающейся производящей инструментальной поверхности.The parameter T fj is identified by interrupting an additional discrete cut-in feed at individually specified sections of the spatial trajectory of one-time impulse meetings of locally given surface points of each j-th of k simultaneously processed products with the corresponding vertices of the cutting grains on the calculated trajectory (Archimedes spiral), a rotating producing tool surface.
Длину каждого из таких отдельных участков на пространственной траектории определяют, например, исходя из условия, что за время проведения каждой идентификации Tфj суммарная длина траектории Σlij, связывающей последовательность указанных локальных точек на поверхности соответствующего j-го обрабатываемого изделия, превысит величину, вычисленную компьютером из выражения:
где R'zk - повторно скорректированная для k-го изделия дискретность продольного перемещения в плоскости формообразования, мкм;
m - число радиальных выступов на производящей инструментальной поверхности;
nk - повторно скорректированная для k-го изделия скорость вращения производящей инструментальной поверхности, 1/мин;
fnj - прогнозируемая частота автоколебаний динамической составляющей упругой деформации в обрабатывающей системе j-го изделия, 1/сек;
Σlij - минимальная суммарная длина траектории из локальных точек на обрабатываемой поверхности j-го изделия, мкм.The length of each of these separate sections on the spatial path is determined, for example, based on the condition that during each identification T fj the total length of the path Σl ij connecting the sequence of these local points on the surface of the corresponding j-th workpiece will exceed the value calculated by the computer from the expression:
where R ' zk - re-adjusted for the k-th product discreteness of longitudinal movement in the plane of shaping, microns;
m is the number of radial protrusions on the producing tool surface;
n k - re-adjusted for the k-th product rotation speed of the producing tool surface, 1 / min;
f nj is the predicted frequency of self-oscillations of the dynamic component of elastic deformation in the processing system of the j-th product, 1 / sec;
Σl ij is the minimum total length of the trajectory from local points on the processed surface of the j-th product, microns.
Во время идентификации параметра Tфj измеряют в направлении нормали к плоскости формообразования величины статической и динамической составляющих силы резания в каждой точке одноразовых импульсных встреч каждой заданной локальной точки поверхности j-го из k одновременно обрабатываемых изделий с каждой соответствующей вершиной режущего зерна расчетной траектории на производящей инструментальной поверхности. Фиксируют амплитуду и фактическую частоту автоколебаний динамической составляющей силы резания и компьютерными вычислениями в реальном масштабе времени обработки определяют фактическую величину постоянной времени переходных процессов резания в каждой j-ой из k одновременно обрабатываемых изделий из формулы:
где Tфj - фактическая постоянная времени переходных процессов резания j-ой упругой обрабатывающей системы, сек;
Pсj - статическая составляющая силы резания в j-ой упругой обрабатывающей системе, кгс;
Pдj - амплитуда автоколебаний динамической составляющей силы резания в j-ой упругой обрабатывающей системе, кгс;
fфnj - фактическая частота автоколебаний динамической составляющей силы резания в j-ой упругой обрабатывающей системе, ед./сек.During the identification of the parameter T fj, the static and dynamic components of the cutting force are measured in the direction normal to the forming plane at each point of the one-time impulse meetings of each given local surface point of the jth of k simultaneously processed products with each corresponding vertex of the cutting grain of the calculated trajectory on the generating tool surface. The amplitude and the actual frequency of the self-oscillations of the dynamic component of the cutting force are recorded and real-time computer calculations of the processing determine the actual value of the transient constant of the cutting processes in each j-th of k simultaneously processed products from the formula:
where T fj - the actual time constant of the transition processes of cutting the j-th elastic processing system, sec;
P сj is the static component of the cutting force in the j-th elastic processing system, kgf;
P dj is the amplitude of the self-oscillations of the dynamic component of the cutting force in the j-th elastic processing system, kgf;
f fnj is the actual frequency of self-oscillations of the dynamic component of the cutting force in the j-th elastic processing system, units / sec.
В процессе обработки непрерывными компьютерными вычислениями анализируют тенденцию изменения фактических параметров Tфj каждой j-ой из k одновременно обрабатываемых изделий в функции времени обработки соответственно каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий.In the process of processing by continuous computer calculations, the trend of the actual parameters T fj of each j-th of k simultaneously processed products as a function of processing time, respectively, of each j-th of k simultaneously processed products is analyzed.
Возможность наступления момента превышения граничного значения T'j по экспоненте возрастающего соответствующего фактического параметра Tфj (в связи с монотонным увеличением радиуса кривизны из-за размерного износа вершин режущих зерен производящей инструментальной поверхности) периодически предотвращают изменением параметра интенсивности съема припуска, при этом корректируют скорость вращения производящей инструментальной поверхности, которую увеличивают до стабилизации указанного интервала времени Tфj от прохода к проходу.The possibility of the moment when the boundary value T ' j is exceeded exponentially increases the corresponding actual parameter T fj (due to the monotonous increase in the radius of curvature due to dimensional wear on the vertices of the cutting grains of the producing tool surface), they are periodically prevented by changing the parameter for the stock removal rate, and the rotation speed is adjusted producing tool surface, which is increased to stabilize the specified time interval T fj from passage to passage.
Возможность наступления момента превышения граничного значения T'j по гиперболе возрастающего соответствующего параметра Tфj (в связи с неблагоприятным влиянием температурных факторов) предотвращают изменением параметров интенсивности съема припуска, при этом одновременно корректируют три параметра, из которых увеличивают скорость вращения производящей инструментальной поверхности, скорость продольного перемещения и уменьшают глубину врезных подач до стабилизации указанного интервала времени Tфj от прохода к проходу.The possibility of the moment of exceeding the boundary value T ' j over the hyperbole of the increasing corresponding parameter T fj (due to the adverse effect of temperature factors) is prevented by changing the parameters of the stock removal rate, while at the same time three parameters are corrected, of which the rotation speed of the producing tool surface, the longitudinal velocity movement and reduce the depth of the mortise feeds to stabilize the specified time interval T fj from passage to passage.
При обработке изделий из изотропных материалов (например, из стекла) стабилизируют интенсивность съема припуска и обеспечивают постоянство размерной обрабатывающей системы изменением параметра интенсивности съема припуска, при этом корректируют скорость продольного перемещения точки касания производящей инструментальной поверхности с обрабатываемой поверхностью, которую увеличивают по мере увеличения радиуса расположения этой точки относительно оси вращения производящей инструментальной поверхности до стабилизации фактической величины параметра Tфj от прохода к проходу.When processing products from isotropic materials (for example, glass), the stock removal rate is stabilized and the dimensional processing system is constant by changing the stock removal rate parameter, and the longitudinal velocity of the touch point of the producing tool surface with the machined surface is adjusted, which increases as the radius of the arrangement increases of this point relative to the axis of rotation of the producing tool surface to actually stabilize nth parameter T fj from passage to passage.
При обработке особо ответственных изделий наноэлектроники, предотвращают возможность образования дефектов в приповерхностном слое при обработке изделий из анизотропных материалов (алмазных подложек) в любом j-ом из k одновременно обрабатываемых изделий корректировкой расположения траектории перемещения точки касания производящей инструментальной поверхности с обрабатываемой поверхностью по производящей инструментальной поверхности, минимальный шаг дискретности которой увеличивают до стабилизации от прохода к проходу фактической величины Tфk заданному значению T'k, соответствующему k-му из k одновременно обрабатываемых изделий, при обработке которого имеется наибольшая величина постоянной времени переходных процессов резания. При этом направление вектора скорости резания соответствует твердому направлению "истирания кристаллической решетки" на обрабатываемой поверхности кристалла.When processing critical nanoelectronics products, they prevent the possibility of formation of defects in the surface layer when processing products from anisotropic materials (diamond substrates) in any j-th of k simultaneously processed products by adjusting the location of the trajectory of the point of contact of the producing tool surface with the work surface on the producing tool surface , the minimum step of increment of which is increased until stabilization from passage to passage is actually th magnitude T fk predetermined value T 'k, the corresponding k-th of k simultaneously processed products, the processing of which has the largest time constant of transitional cutting processes. In this case, the direction of the cutting velocity vector corresponds to the solid direction of the “abrasion of the crystal lattice" on the treated surface of the crystal.
Минимизируют весовые потери допущением определенной возможности образования отдельных дефектов в приповерхностном слое при обработке изделий из анизотропных материалов (ювелирные вставки) в любом j-ом из k одновременно обрабатываемых изделий корректировкой расположения траектории перемещения точки касания производящей инструментальной поверхности с обрабатываемой поверхностью по производящей инструментальной поверхности, минимальный шаг дискретности которой уменьшают до стабилизации от прохода к проходу фактической величины Tф1 заданному значению T'1, соответствующему первому из k одновременно обрабатываемых изделий, при обработке которого имеется наименьшая величина постоянной времени переходных процессов резания. При этом направление вектора скорости резания соответствует мягкому направлению "истирания кристаллической решетки" на обрабатываемой поверхности кристалла.Minimize weight loss by allowing a certain possibility of the formation of individual defects in the surface layer when processing products from anisotropic materials (jewelry inserts) in any j-th of k simultaneously processed products by adjusting the location of the trajectory of the touch point of the producing tool surface with the work surface on the producing tool surface, the minimum wherein step discreteness reduced to stabilize from pass to pass the actual value T 1 a predetermined value T'1, corresponding to the first of k simultaneously processed products, the processing of which has the smallest value of the time constant of transitional cutting processes. In this case, the direction of the cutting velocity vector corresponds to the soft direction of the “abrasion of the crystal lattice" on the surface of the crystal being processed.
Приведенные здесь понятия твердое или мягкое направления "истирания кристаллической решетки" соответствует существующим понятиям, объясняющим механизм удаления припуска при ручной огранке природных алмазов (то есть не в упругой обрабатывающей системе станка. См. Епифанов В.И., Песина А.Я., Зыков Л. В. Технология обработки алмазов в бриллианты. - М.: Высшая школа, 1987 г. ). The hard or soft directions of the "abrasion of the crystal lattice" given here correspond to existing concepts that explain the mechanism for removing allowance for manual cutting of natural diamonds (that is, not in the elastic processing system of the machine. See. Epifanov V.I., Pesina A.Ya., Zykov L. V. The technology of processing diamonds into diamonds. - M.: Higher School, 1987).
Предлагаемый способ позволяет обрабатывать одновременно k изделий сложной объемной формы из анизотропных материалов, (например, алмазов) путем дополнительного осуществления согласованных в координатных осях обрабатывающей системы станка перемещении точки касания производящей инструментальной поверхности с обрабатываемой поверхностью каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий по образующим и направляющим линиям формы, заданной управляющей программой в обрабатывающей системе станка для готового изделия. При этом минимизируют весовые потери в каждом j-ом из k одновременно обрабатываемых изделий путем выбора указанных взаимосвязей согласованных в координатных осях обрабатывающей системы станка дополнительных движений по образующим и направляющим линиям формы готового изделия таким образом, чтобы в стационарном размерно-регулируемом (размерно-управляемом) режиме микрошлифования точка контакта каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий с производящей инструментальной поверхностью преобразовалась в пятно контакта с площадью Aj, ограниченной диаметром dфAj, равным:
При этом заданную форму готового изделия определяют площадью Ak пятна контакта, рассчитанного для k-го, то есть самого твердого из k одновременно обрабатываемых изделий с диаметром окружности, равным
где dAk - расчетный диаметр окружности, ограничивающей пятно контакта k-го обрабатываемого изделия с производящей инструментальной поверхностью площадью Ak в размерно-управляемом процессе микрошлифования, мкм;
R'zk - повторно скорректированная для k-го изделия дискретность продольного перемещения в плоскости формообразования, мкм;
m - число радиальных выступов на производящей инструментальной поверхности;
nk - повторно скорректированная для k-го изделия скорость вращения производящей инструментальной поверхности, 1/мин;
dфAj - фактический диаметр окружности, ограничивающей пятно контакта j-го обрабатываемого изделия с производящей инструментальной поверхность площадью Aj в размерно-управляемом процессе микрошлифования, мкм;
fфnj - фактическая частота автоколебаний динамической составляющей силы резания в j-ой упругой обрабатывающей системе, ед./сек;
fnk - прогнозируемая частота автоколебаний динамической составляющей упругих деформаций в k-ой обрабатывающей системе при размерно-управляемом процессе микрошлифования, ед./сек.The proposed method allows to process simultaneously k products of complex volumetric shape from anisotropic materials, (for example, diamonds) by additionally moving the touch points of the producing tool surface with the machined surface of each j-th of k simultaneously processed products along the generatrix and coordinated in the coordinate axes of the processing system of the machine guide lines of the form specified by the control program in the processing system of the machine for the finished product. At the same time, weight losses are minimized in each j-th out of k simultaneously processed products by selecting the indicated interconnections additional movements coordinated in the coordinate axes of the machine processing system along the generatrix and guide lines of the finished product form in such a way that in a stationary size-controlled (size-controlled) In the micro grinding mode, the contact point of each j-th of k simultaneously processed products with a producing tool surface was transformed into a contact spot with an area A j limited by a diameter d fAj equal to:
Moreover, the given shape of the finished product is determined by the area A k of the contact spot calculated for the k-th, that is, the hardest of k simultaneously processed products with a circle diameter equal to
where d Ak is the calculated diameter of the circle bounding the contact spot of the k-th workpiece with the producing tool surface with area A k in the size-controlled micro grinding process, microns;
R ' zk - re-adjusted for the k-th product discreteness of longitudinal movement in the plane of shaping, microns;
m is the number of radial protrusions on the producing tool surface;
n k - re-adjusted for the k-th product rotation speed of the producing tool surface, 1 / min;
d fAj is the actual diameter of the circle bounding the contact spot of the j-th workpiece with the tool surface producing area A j in the size-controlled micro grinding process, microns;
f fnj is the actual frequency of self-oscillations of the dynamic component of the cutting force in the j-th elastic processing system, units / sec;
f nk is the predicted frequency of self-oscillations of the dynamic component of elastic strains in the k-th processing system during the size-controlled process of micro grinding, units / sec.
Причем дополнительные перемещения указанных точек касания либо по образующей, либо по направляющей линиям формы обрабатываемой поверхности осуществляют соответствующим дискретным угловым поворотом относительно плоскости формообразования каждого j-го и всех других из k одновременно обрабатываемых изделий вокруг координатной оси A, параллельной координатной оси X станка, а также вокруг координатной оси B, под прямым углом пересекающей координатную ось A станка. Минимальную величину шага угловой дискреты (поворота) φA,B вокруг указанных осей A и B определяют компьютерными вычислениями из выражения:
где dAk - диаметр окружности площади Ak пятна контакта k-го обрабатываемого изделия с производящей инструментальной поверхностью в размерно-управляемом режиме микрошлифования, мкм;
rA,B - радиус кривизны обрабатываемой поверхности изделий в точке ее контакта с производящей инструментальной поверхностью, измеренный по нормали соответственно к оси A или к оси B, мкм;
Rz - заданная высота микронеровностей на поверхности готового изделия, мкм.Moreover, additional movements of the indicated points of contact either along the generatrix or along the guide lines of the shape of the surface being machined are carried out by corresponding discrete angular rotation relative to the shaping plane of each j-th and all other of k simultaneously processed products around the coordinate axis A parallel to the coordinate axis X of the machine, and around the coordinate axis B, at a right angle intersecting the coordinate axis A of the machine. The minimum step size of the angular discrete (rotation) φ A, B around the indicated axes A and B is determined by computer calculations from the expression:
where d Ak is the diameter of the circumference of the area A k of the contact spot of the k-th workpiece with the producing tool surface in a size-controlled micro grinding mode, microns;
r A, B is the radius of curvature of the workpiece surface to be machined at the point of contact with the producing tool surface, measured normal to the A axis or B axis, respectively, μm;
R z - a given height of microroughnesses on the surface of the finished product, microns.
Минимальный временной интервал ΔtA,B между двумя соседними дискретными поворотами вокруг указанных осей, либо A, либо B определяют компьютерными вычислениями из выражения:
где L'k - шаг длины k-ой пространственной траектории, не выходящей за границы окружности с диаметром dAk, между первой и конечной точками указанной последовательности одноразовых импульсных встреч вершин режущих зерен производящей инструментальной поверхности с соответствующими локальными точками на обрабатываемой поверхности за время каждого одного периода автоколебаний динамической составляющей упругих деформаций обрабатывающей системы на k-ом изделии (с дополнительной дискретной врезной подачей по нормали к плоскости формообразования), мкм;
Σlik - минимальная суммарная длина траектории, не выходящей за пределы окружности диаметром dAk, из локальных точек на обрабатываемой поверхности k-го изделия, в пределах которой выключают дополнительную дискретную врезную подачу и осуществляют идентификацию фактической постоянной времени Tфk переходных процессов резания в соответствующей k-ой упругой обрабатывающей системе, мкм;
R'zk - повторно скорректированная для k-го изделия дискретность продольного перемещения в плоскости формообразования, мкм;
m - число радиальных выступов на производящей инструментальной поверхности;
nk - повторно скорректированная для k-го изделия скорость вращения производящей инструментальной поверхности, 1/мин.The minimum time interval Δt A, B between two adjacent discrete rotations around the indicated axes, either A or B is determined by computer calculations from the expression:
where L ' k is the step of the length of the kth spatial trajectory that does not extend beyond the boundaries of a circle with diameter d Ak between the first and final points of the indicated sequence of one-time impulse meetings of the vertices of the cutting grains of the producing tool surface with the corresponding local points on the machined surface during each one period of self-oscillations of the dynamic component of the elastic deformations of the processing system on the kth product (with an additional discrete mortise feed normal to the plane of the shape vania), microns;
Σl ik is the minimum total length of the path, not exceeding a circle with a diameter of d Ak , from local points on the machined surface of the k-th product, within which an additional discrete cut-in feed is turned off and the actual time constant T fk of the cutting transients in the corresponding k th elastic processing system, microns;
R ' zk - re-adjusted for the k-th product discreteness of longitudinal movement in the plane of shaping, microns;
m is the number of radial protrusions on the producing tool surface;
n k - re-adjusted for the k-th product rotation speed of the producing tool surface, 1 / min.
Осуществляют устойчивое управление режимами интенсивности съема припуска с каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий в функции координатного расположения вдоль каждого продольного прохода точек пятен контакта производящей инструментальной поверхности с обрабатываемыми поверхностями изделий. При этом минимальное целое количество таких проходов определяют компьютерными вычислениями из выражения:
где D2 и D1 - соответственно наружный и внутренний диаметры производящей инструментальной поверхности режущего инструмента, мкм;
dфAj- диаметр окружности площади Aj пятна контакта j-го обрабатываемого изделия с производящей инструментальной поверхностью в размерно-управляемом режиме микрошлифования, мкм;
Hz - суммарный припуск на обработку вдоль координатной оси Z, мкм;
Hnj - суммарный припуск, снятый с j-го обрабатываемого изделия за N продольных проходов на стадии накопления потенциальной энергии в упругой обрабатывающей системе станка, мкм;
k - количество одновременно обрабатываемых изделий;
Rz - дискретность продольного перемещения в плоскости формообразования, мкм.Stable control is carried out of the regimes of the intensity of stock removal from each j-th of k simultaneously processed products as a function of the coordinate location along each longitudinal passage of the contact spots of the producing tool surface with the processed surfaces of the products. In this case, the minimum integer number of such passes is determined by computer calculations from the expression:
where D 2 and D 1 - respectively, the outer and inner diameters of the producing tool surface of the cutting tool, microns;
d фAj is the diameter of the circumference of the area A j of the contact spot of the j-th workpiece with the producing tool surface in the size-controlled micro grinding mode, microns;
H z - the total allowance for processing along the coordinate axis Z, microns;
H nj is the total allowance taken from the j-th workpiece for N longitudinal passes at the stage of accumulation of potential energy in the elastic processing system of the machine, microns;
k is the number of simultaneously processed products;
R z - discreteness of longitudinal movement in the plane of shaping, microns.
В функции координатного расположения указанных "пятен" контакта относительно точек реверса в пределах длины траектории каждого одного такого прохода для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий определяют координаты участков траектории, в которых не осуществляют дополнительную дискретную врезную подачу в связи с проведением на этих участках идентификации постоянной времени переходных процессов резания для соответствующего j-ого из k одновременно обрабатываемых изделий, а также определяют координаты периодической дискретной врезной подачи. Причем для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий сумму дискретных врезных подач за один продольный проход определяют компьютерными вычислениями из выражения:
а сумму дискретных врезных подач за один продольный проход определяют компьютерными вычислениями из выражения:
(то есть для первого самого "мягкого" из k одновременно обрабатываемых изделий).In the coordinate function of the indicated contact “spots” relative to the reverse points within the trajectory length of each one such passage for each j-th of k simultaneously processed products, the coordinates of the trajectory sections are determined in which there is no additional discrete mortise feed in connection with the identification of the cutting transient time constant for the corresponding j-th of k simultaneously processed products, and also determine the coordinates of the periodic discrete tnoy mortise feed. Moreover, for each j-th of k simultaneously processed products, the sum of the discrete mortise feeds for one longitudinal pass is determined by computer calculations from the expression:
and the sum of the discrete mortise feeds for one longitudinal passage is determined by computer calculations from the expression:
(that is, for the first “softest” of k simultaneously processed products).
Величину оставшегося не снятым припуска после первого продольного прохода определяют для каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий компьютерными вычислениями из выражения:
Скорость продольной подачи указанного пятна контакта каждого j-го из k одновременно обрабатываемых изделий вдоль траектории в плоскости формообразования между точками реверса определяют компьютерными вычислениями из выражения:
Vtk = dфAkfфnk
Таким образом, предлагаемый способ позволяет обрабатывать высокоточные изделия сложной формы в режиме пластического микрошлифования без хрупкого разрушения обрабатываемой поверхности с обеспечением высокого качества поверхностей готового изделия, по существу соответствующего ручной обработке, и его гарантированными размерами.The size of the allowance left unchecked after the first longitudinal pass is determined for each j-th of k simultaneously processed products by computer calculations from the expression:
The speed of the longitudinal feed of the specified contact spot of each j-th of k simultaneously processed products along the path in the shaping plane between the reverse points is determined by computer calculations from the expression:
V tk = d фAk f фnk
Thus, the proposed method allows you to process high-precision products of complex shape in the mode of plastic micro grinding without brittle fracture of the processed surface to ensure high quality surfaces of the finished product, essentially corresponding to manual processing, and its guaranteed dimensions.
Более подробно предлагаемый способ будет приведен при описании работы предлагаемого устройства для микрошлифования изделий. In more detail, the proposed method will be given in the description of the operation of the proposed device for micro grinding products.
Для лучшего понимания изобретения ниже приведены конкретные примеры его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематично изображает устройство для размерного микрошлифования изделий, выполненное согласно изобретению для групповой обработки плоских поверхностей;
фиг. 2 - вариант размещения согласно изобретению пьезоэлектрического датчика силы при обработке плоских поверхностей;
фиг. 3 - вариант выполнения согласно изобретению кинематической схемы устройства для обработки плоских поверхностей, изображенного на фиг. 1;
фиг. 4 - схематично изображает производящую инструментальную поверхность, выполненную согласно изобретению, вид в проекции на плоскость формообразования;
фиг. 5 - вид по стрелке A на фиг. 4 в одном варианте выполнения производящей инструментальной поверхности согласно изобретению;
фиг. 6 - сечение VI-VI на фиг. 4, вариант выполнения формы производящей инструментальной поверхности согласно изобретению в виде усеченного конуса;
фиг. 7 - вариант выполнения согласно изобретению кинематической схемы привода координатного перемещения по оси Y шлифовального станка, изображенного на фиг. 1;
фиг. 8 - вариант схемы реализации способа согласно изобретению при групповой обработке плоских поверхностей изделий из изотропных материалов;
фиг. 9 - вариант схемы реализации способа согласно изобретению при обработке плоской поверхности одного изделия из анизотропного материала);
фиг. 10 - вариант схемы реализации способа, согласно изобретению при групповой обработке плоских поверхностей изделий из анизотропных материалов (алмазов);
фиг. 11 - вариант выполнения согласно изобретению кинематической схемы станка для групповой обработки сложнопрофильных поверхностей;
фиг. 12 - вариант размещения согласно изобретению пьезоэлектрического датчика силы при обработке сложнопрофильных поверхностей на станке с кинематической схемой, изображенной на фиг. 11;
фиг. 13 - вариант схемы реализации способа согласно изобретению при групповой обработке сложнопрофильных поверхностей изделий из изотропных материалов;
фиг. 14 - вариант схемы реализации способа согласно изобретению при обработке сложнопрофильных поверхностей одного изделия из анизотропного материала;
фиг. 15 - вариант схемы реализации способа согласно изобретению при групповой обработке сложнопрофильных поверхностей изделий из анизотропных материалов;
фиг. 16 - вариант схемы согласно изобретению многоканального цифрового регистратора сигналов для реализации способа, согласно изобретению, при групповой обработке изделий из анизотропных материалов;
фиг. 17 - вариант схемы согласно изобретению многоканального цифрового пьезоэлектрического привода для реализации способа согласно изобретению при групповой обработке изделий из анизотропных материалов;
фиг. 18 - вариант компоновки станка согласно изобретению с тремя режущими инструментами.For a better understanding of the invention, the following are specific examples of its implementation with reference to the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 - schematically depicts a device for dimensional micro grinding of products made according to the invention for group processing of flat surfaces;
FIG. 2 is an embodiment of a piezoelectric force transducer according to the invention when processing flat surfaces;
FIG. 3 is an embodiment according to the invention of a kinematic diagram of a device for processing flat surfaces shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic representation of a producing tool surface made according to the invention, a view in projection onto the shaping plane;
FIG. 5 is a view along arrow A in FIG. 4 in one embodiment of a manufacturing tool surface according to the invention;
FIG. 6 is a section VI-VI in FIG. 4, an embodiment of the shape of a producing tool surface according to the invention in the form of a truncated cone;
FIG. 7 is an embodiment according to the invention of a kinematic diagram of a drive of coordinate movement along the Y axis of the grinding machine shown in FIG. 1;
FIG. 8 is a diagram of an embodiment of a method according to the invention for group processing of flat surfaces of articles made of isotropic materials;
FIG. 9 is a variant of the implementation scheme of the method according to the invention when processing a flat surface of one product from an anisotropic material);
FIG. 10 is a variant of the implementation scheme of the method according to the invention during group processing of flat surfaces of products from anisotropic materials (diamonds);
FIG. 11 is an embodiment according to the invention of a kinematic diagram of a machine for group processing of complex surfaces;
FIG. 12 is an embodiment of the arrangement according to the invention of a piezoelectric force sensor when machining complex surfaces on a machine with the kinematic circuit shown in FIG. eleven;
FIG. 13 is a variant of the implementation scheme of the method according to the invention when batch processing complex profile surfaces of products from isotropic materials;
FIG. 14 is a variant of the implementation scheme of the method according to the invention when processing complex surfaces of one product from an anisotropic material;
FIG. 15 is a variant of the implementation scheme of the method according to the invention when batch processing complex profile surfaces of products from anisotropic materials;
FIG. 16 is a variant of a circuit according to the invention of a multichannel digital signal recorder for implementing the method according to the invention when batch processing products from anisotropic materials;
FIG. 17 is a variant of a circuit according to the invention of a multi-channel digital piezoelectric actuator for implementing the method according to the invention when batch processing products from anisotropic materials;
FIG. 18 is an embodiment of a machine arrangement according to the invention with three cutting tools.
Устройство, выполненное согласно изобретению, содержит шлифовальный станок 1, упругая обрабатывающая система 2 которого включает закрепленное на станине 3 приспособление 4 для крепления режущего инструмента 5, имеющего производящую инструментальную поверхность 6 со связанными режущими зернами 7, и размещенный под этим приспособлением 4 суппорт 8, на котором установлен стол 9 с приспособлением 10 для крепления обрабатываемых изделий 11. При этом устройство имеет привод 12 продольного перемещения стола 9 в плоскости формообразования по координатной оси X станка 1, привод 13 продольного перемещения суппорта 8 со столом 9 в плоскости формообразования по координатной оси Y станка 1, привод 14 перемещения суппорта 8 со столом 9 по координатной оси Z станка 1 по нормали к плоскости формообразования, привод 15 вращения приспособления 4 для крепления режущего инструмента 5 и средство 16 числового программного управления, управляющие выходы 17, 18, 19 и 20 которого электрически связаны с соответствующими упомянутыми приводами 15, 14, 13 и 12 соответственно вращения приспособления 4 для крепления режущего инструмента 5 и перемещения стола 9 с приспособлением 10 для крепления обрабатываемого изделия 11 по координатным осям X, Y и Z станка 1. В указанном устройстве согласно изобретению производящая инструментальная поверхность 6 имеет вершины режущих зерен 7, выступающие из связки 21 на одинаковую высоту h, а каждый из приводов 12 и 13 продольного перемещения стола 9 с приспособлением 10 для крепления обрабатываемых изделий 11 в плоскости формообразования по координатным осям X и Y станка 1 представляет собой привод с суммарным механизмом 22 и 23, содержащим двухпланетарный цевочный редуктор 24 и 25 циклоидального зацепления с двумя входными звеньями 26, 27 и 28, 29, соединенные соответственно с двумя приводными двигателями 30, 31 и 32, 33. При этом устройство дополнительно снабжено системой 34 оперативного контроля, имеющей электрическую цепь, содержащую последовательно подключенные пьезоэлектрические датчик 35 силы, размещенный под обрабатываемым изделием 11 в приспособлении 10 для его крепления и преобразующий составляющую силы резания P в каждой точке касания обрабатываемой поверхности изделия 11 с каждым режущим зерном 7 производящей инструментальной поверхности 6 в напряжение электрического тока U, нормирующий усилитель 36 напряжения и аналого-цифровой преобразователь 37, выход которого 38 подсоединен к соответствующему входу 39 средства 16 числового программного управления, которое выполнено на базе компьютера и подключенного к нему через интерфейс связи 40 многоканального линейного микроинтерполятора 41 с буферной памятью, выходы которого 42 . .. 51 подсоединены к соответствующим управляющим входам указанных приводов 12, 13, 14 перемещения стола 9 с приспособлением 10 для крепления обрабатываемого изделия 11 по координатным осям X, Y и Z станка 1. Кроме того, указанная система оперативного контроля 34 содержит формирователь импульсов 52, несущих информацию о периодическом изменении силы резания P, вход которого 53 подсоединен к выходу нормирующего усилителя 36, и измеритель частоты 54 динамической составляющей силы резания Pд, вход которого 55 подключен к выходу формирователя импульсов 52, а его выход 56 подсоединен к соответствующему входу компьютера средства числового программного управления 16. При этом устройство снабжено цифроаналоговым преобразователем 57, вход которого 58 подсоединен к соответствующему управляющему выходу компьютера средства числового программного управления 16, а его выход 59 подсоединен к управляющему входу привода 15 вращения приспособления 4 для крепления режущего инструмента 5. Привод 14 перемещения суппорта 8 со столом 9 по координатной оси Z станка в направлении по нормали к горизонтальной плоскости формообразования включает в себя механизм поступательного перемещения вдоль координатной оси X' (под углом а к координатной оси X) суппорта 8 клиновидной формы по наклонным относительно горизонтальной плоскости формообразования направляющим 60 станины 3, содержащий двухпланетарно-цевочный редуктор 61 циклоидального зацепления с одним входным звеном 62, соединенным с приводным шаговым двигателем 63. При этом, например, каждый из приводов 12 и 13 перемещения суппорта 8 со столом 9 вдоль соответствующих координатных осей X и Y станка 1 содержит по два блока 64, 65 и 66, 67 управления соответствующими шаговыми двигателями 30, 31 и 32, 33, а привод 14 перемещения суппорта 8 со столом 9 вдоль координатной оси Z станка 1 содержит один блок 68 управления шаговым двигателем 63.The device made according to the invention comprises a grinding machine 1, the
Причем каждый из указанных блоков 64 ... 68 управления соответствующими шаговыми двигателями 30 ... 33 и 63 содержит по два канала (один в сторону "плюс", а другой в сторону "минус") ввода в режиме прямого цифрового счета количества и частоты управляемых импульсов, а также каждый из указанных блоков 64 ... 68 содержит по одному выходному каналу соответственно 69 ... 73 в виде фазовой коммутации с дроблением шага углового поворота выходного вала соответствующего шагового двигателя со стабилизацией силы тока в обмотках его статора. Привод 15 вращения приспособления 4 для крепления режущего инструмента 5 содержит, например, регулятор частоты 74 переменного тока, вход которого подключен к выходу 59 цифроаналогового преобразователя 57, а его выход 75 подключен к входу двигателя 76. Вал 77 двигателя 76 несет на себе датчик угловых перемещений и приводит во вращение приспособление 4 вместе с закрепленным режущим инструментом 5. Moreover, each of the indicated
Приспособление 4 для крепления режущего инструмента 5, например, может быть выполнено в виде шлифовального шпиндельного узла с базированием шлифовального шпинделя на аэростатических осевых и радиальных опорах. Указанные приводы 13 и 14 координатных перемещений суппорта 8 по наклонным направляющим 60 станины 3 вдоль координатных осей Y и X' (под углом а наклоненной к оси X), а также привод 12 координатного перемещения стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X станка 1, например, содержат соответствующие механизмы 78, 79 и 80 типа винт-гайка качения, входное звено каждого из которых соединено с выходным валом соответствующего двухпланетарно-цевочного редуктора 24, 25 и 61 циклоидального зацепления. The
Упругая обрабатывающая система 2 станка 1 в качестве входных звеньев содержит исполнительные органы 81, 82, 83 и 84 для воспроизведения технологических режимов интенсивности съема припуска от действия соответствующих приводов 12, 13, 14 и 15, а в качестве выходного звена упругая обрабатывающая система 2 содержит исполнительные органы, воспроизводящие составляющую силы резания P, действующую по нормали к плоскости формообразования. The
Режущий инструмент 5 согласно изобретению на своей поверхности содержит отдельные режущие зерна 7, причем вершины 85 режущих зерен 7 представляют собой отдельные точки, совпадающие с точками выполненных на производящей инструментальной поверхности 6 линий 86, являющихся вершинами радиально расположенных выступов 87, причем вершины выступов 87 лежат в одной плоскости, совпадающей с плоскостью формообразования. The
Возможен вариант конструктивного выполнения режущего инструмента 5, в котором согласно изобретению производящая инструментальная поверхность имеет форму усеченного конуса, обращенного своим меньшим основанием D1 в сторону обрабатываемого изделия 11, а вершины 85 режущих зерен 7 представляют собой отдельные точки, совпадающие с точками выполненных на производящей инструментальной поверхности 6 линий 86, являющихся вершинами радиально расположенных выступов 87, при этом вершины выступов 87 лежат на образующей 88 указанного конуса.A possible embodiment of the
Устройство, выполненное согласно изобретению, для обработки изделий сложной пространственной формы, дополнительно содержит привод 89 поворота приспособления 10 для крепления обрабатываемого изделия 11 вокруг оси A, параллельной координатной оси X станка 1, и привод 90 поворота этого приспособления 10 с изделием 11 вокруг оси B, пересекающей под прямым углом координатную ось A станка 1, и электрические входы этих приводов, подсоединенные к соответствующим выходам 91 ... 94 многоканального линейного микроинтерполятора 41 с буферной памятью. Каждый из указанных приводов 89 и 90 поворота приспособления 10 для крепления обрабатываемого изделия 11 соответственно вокруг указанных осей A и B включает в себя по одному блоку 95 и 96 управления соответствующими шаговыми двигателями 97 и 98, которые имеют по два канала (один в строну "плюс", а другой в сторону "минус") ввода в режиме прямого цифрового счета количества и частоты управляющих импульсов от многоканального линейного микроинтерполятора 41 с буферной памятью, а также имеют по одному выходному каналу 99 и 100 в виде фазовой коммутации с дроблением шага углового поворота выходного вала 101 и 102 соответствующего шагового двигателя 97 и 98 со стабилизацией силы тока в обмотках статора. Кроме того, указанный привод 89 содержит сдвоенный двухпланетарно-цевочный редуктор 103 циклоидального зацепления, входной вал которого механически соединен с выходным валом 101 шагового двигателя 97, а выходной вал редуктора 103 расположен соосно координатной оси A и параллельно координатной оси X станка 1 и механически соединен с приспособлением 10 для крепления обрабатываемого изделия 11. При этом указанный привод 90 содержит двухпланетарно-цевочный редуктор 104 циклоидального зацепления, входной вал которого механически соединен с выходным валом 102 шагового двигателя 98, а выходной вал редуктора 104 механически соединен с входным звеном 105 механической передачи привода 106 поворота приспособления 10 с обрабатываемым изделием 11 вокруг оси B, пересекающей под прямым углом координатную ось A станка 1. The device made according to the invention, for processing products of complex spatial shapes, further comprises a
В процессе обработки сложнопрофильных изделий упругая обрабатывающая система 2 станка 1 в качестве входных звеньев содержит исполнительные органы 81, 82, 83, 84, 107 и 108 для воспроизведения технологических режимов интенсивности съема припуска от действия соответствующих приводов 12, 13, 14, 15, 89 и 90, а в качестве выходного звена упругая обрабатывающая система 2 содержит исполнительный орган, воспроизводящий составляющую силы резания P, действующую по нормали к плоскости формообразования. In the process of processing complex products, the
В одном варианте выполнения устройство, выполненное согласно изобретению, может содержать приспособление 109 для крепления одного обрабатываемого изделия 11. В другом варианте выполнения устройство, выполненное согласно изобретению, может содержать приспособление 109 для крепления группы обрабатываемых изделий, содержащей по меньшей мере два обрабатываемых изделия 11, при этом многоканальная система оперативного контроля 110 содержит по меньшей мере две электрические цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик силы 35, размещенный под соответствующим обрабатываемым изделием 11, нормирующий усилитель напряжения 36 и аналого-цифровой преобразователь 37, выход которого подсоединен к соответствующему входу компьютера средства 16 числового программного управления. In one embodiment, a device made according to the invention may include a
Указанная многоканальная система оперативного контроля 110 может быть дополнительно снабжена подключенным через интерфейс связи 112 к компьютеру средства числового программного управления 16 многоканальным цифровым регистратором сигналов 113, входы которого подсоединены к выходам 111 соответствующих цифроаналоговых преобразователей 37 каждой электрической цепи многоканальной системы оперативного контроля 110. The specified multichannel
Указанный многоканальный цифровой регистратор сигналов 113 может содержать оперативные запоминающие устройства 114, количество которых соответствует количеству обрабатываемых изделий 11 и выходы 111 которых являются выходами многоканального цифрового регистратора сигналов 113, последовательно подсоединенные генератор импульсов 115, счетчик импульсов 116, управляющие входы которых 117 и 118 подсоединены к блоку управления 119. При этом выход 120 блока управления 119, выходы 121 и 122 счетчика импульсов 116 и выход 123 каждого оперативного запоминающего устройства 114 являются выходами многоканального цифрового регистратора сигналов 113, которые через интерфейс связи 112 подключены к компьютеру средства 16 числового программного управления. The specified multi-channel
Предлагаемое устройство может дополнительно содержать механический привод 124 поворота приспособлений для крепления обрабатываемых изделий 11 вокруг оси A, параллельной оси X станка 1, и механический привод 125 вращения этих приспособлений 10 вокруг оси B, пересекающей под прямым углом координатную ось A станка 1, электрические входы 911, 921 и 931, 941 которых подсоединены к соответствующим выходам многоканального линейного микроинтерполятора 41 с буферной памятью. При этом указанный механический привод 124 содержит указанный привод 89 с закрепленным на столе 9 сдвоенным двухпланетарно-цевочным редуктором 103 циклоидального зацепления, входной вал которого механически соединен с выходным валом 101 шагового двигателя 97, а выходной вал редуктора 103 расположен соосно координатной оси A и параллельно координатной оси X станка 1 и механически соединен с поворотной относительно стола 9 на двух опорах 126 и 127 корпус-люлькой 128 с базовыми опорными поверхностями 129, одна из которых параллельна координатной оси X станка 1, а другая расположена по нормали к координатной оси B станка 1. На этих поверхностях 129 закреплена сменная многоместная кассета 130 для закрепления приспособления 10 для крепления обрабатываемых изделий 11. The proposed device may further comprise a
Приспособление 10 может содержать один шпиндель или группу шпинделей, расположенных в ряд в одной плоскости, проходящей через координатную ось A станка 1. При этом каждый шпиндель размещен в кассете 130 на радиально-упорных подшипниках 131 и имеет зубчатый венец 132, кинематически связанный с указанной механической передачей 106, размещенной в сменной кассете 130 и связанной с механическим приводом 125 поворота этого приспособления 10 вокруг оси B, пересекающей под прямым углом координатную ось A станка 1. Указанный механический привод 125 включает в себя привод 90, в котором двухпланетарно-цевочный редуктор 104 циклоидального зацепления закреплен на указанной поворотной люльке 128, входной вал которого механически соединен с выходным валом 102 шагового двигателя 98, а выходной вал редуктора 104 расположен соосно выходному валу редуктора 103 и координатной оси A. Он размещен на радиальных опорах вращения 133 в отверстии указанной опоры 125 люльки 128 и кинематически соединен посредством зубчатой передачи 134 с входным звеном 105 механической передачи 106 привода поворота каждого отдельного и одновременно всех шпинделей приспособления 10 для крепления обрабатываемых изделий 11 в многоместной сменяемой кассете 130 вокруг оси B, пересекающей под прямым углом координатную ось A станка 1. The
Предлагаемое устройство согласно изобретению может быть дополнительно снабжено подключенным через интерфейс связи 135 к компьютеру средства 16 числового программного управления многоканальным цифровым пьезоэлектрическим приводом 136 дополнительной дискретной врезной подачи Mz обрабатываемых изделий 11 по координатной оси Z станка 1, количество каналов которого соответствует количеству обрабатываемых изделий 11, и соответствующими количеству каналов этого привода 136 последовательно подключенными цифроаналоговыми преобразователями 137 и нормирующими усилителями 138, при этом управляющие выходные каналы 139 этого привода 136 подсоединены к входам соответствующих цифроаналоговых преобразователей 137, а выходы 140 нормирующих усилителей 138 подсоединены к соответствующим силовым входам 141 соответствующих пьезоэлектрических датчиков 35 каждой силовой цепи 142 многоканального цифрового пьезоэлектрического привода 136.The proposed device according to the invention can be additionally equipped with a
Многоканальный цифровой пьезоэлектрический привод 136 предлагаемого устройства может содержать оперативные запоминающие устройства 143, количество которых соответствует количеству обрабатываемых изделий 11 и входы 144 которых являются входами многоканального цифрового пьезоэлектрического привода 136, последовательно подсоединенные генератор импульсов 145 и счетчик импульсов 146, управляющие входы 147 и 148 которых подсоединены к блоку управления 149, при этом выход 150 блока управления 149, выходы 151 и 152 счетчика импульсов 146 и выходы 139 каждого оперативного запоминающего устройства 143 являются выходными каналами многоканального цифрового пьезоэлектрического привода 136. The multi-channel digital
Приспособление 10 для крепления обрабатываемых изделий 11 на шпинделях 10 содержит корпус (например, в виде люльки) 128, установленный на столе 9 шлифовального станка 1 с возможностью вращения вокруг оси A (параллельной координатной оси X станка 1), размещенный на опорных поверхностях 129 корпуса-люльки 128 в кассете 130 по меньшей мере один шпиндель 10 с зубчатым венцом 132 для крепления обрабатываемого изделия 11, который имеет привод 106 вращения указанного шпинделя 10 через зубчатый венец 132 вокруг оси B, пересекающей под прямым углом координатную ось A станка 1. The
Привод 106 может быть выполнен согласно Патенту РФ N 1356359 и содержать механизм выборки зазоров в кинематической цепи в виде подпружиненной и упругой в продольном направлении рейки, установленной параллельно и диаметрально противоположно приводной рейке с возможностью взаимодействия со шпинделями 10 через зубчатый венцы 132. При этом целесообразно согласно изобретению чтобы привод 106 вращения шпинделей 10 содержал два полых винта 153 и 154, установленных параллельно и диаметрально противоположно относительно зубчатых венцов 132 шпинделей 10 с возможностью зубчатой передачей 155 их взаимного вращения. При этом для выполнения функций указанных реек для выборки зазоров в кинематической цепи в каждом винте 153 и 154 должны быть выполнены ослабляющие осевую жесткость поперечные прорези 156, а каждый конец каждого винта 153 и 154 закреплен в радиально-упорном подшипнике 157, 158 и 159, 160 с упругой деформацией сжатия в осевом направлении одного винта 154 и с упругой деформацией растяжения в осевом направлении другого винта 153. The
Кроме того, в указанном приспособлении согласно изобретению в каждом винте 153 и 154 прорези 156 выполнены группами и группы прорезей 156 одного винта 153 расположены в шахматном порядке относительно групп прорезей 156 второго винта 154. In addition, in said device according to the invention, in each
Корпус-люлька 128 может иметь установленные с возможностью осевого перемещения приспособления 161 для регулировки положения соответствующего пьезоэлектрического датчика 35, размещенные соосно соответствующему шпинделю 10 приспособления для крепления обрабатываемых изделий 11. При этом приспособление 161 для регулировки положения соответствующего пьезоэлектрического датчика 35 содержит винт 162, на торце 163 которого этот датчик 35 зафиксирован гайкой 164, выполненной в виде колпачка, наружная торцевая поверхность 165 которого контактирует с обращенной к нему торцевой поверхностью 166 соответствующего шпинделя 10. The
В корпусе-люльке 128 приспособления для крепления обрабатываемых изделий 11 под каждым шпинделем 10 выполнено углубление 167 и колпачок 164 соответствующего приспособления 161 для регулировки положения соответствующего пьезоэлектрического датчика 35 размещен в этом углублении. При этом торцевая поверхность 166 соответствующего шпинделя 10, контактирующая с наружной 165 торцевой поверхностью колпачка 164, выполнена сферической. In the
Устройство согласно изобретению может иметь один режущий инструмент 5, а может иметь по меньшей мере один дополнительный режущий инструмент, производящая инструментальная поверхность которого выполнена аналогично производящей инструментальной поверхности упомянутого первого режущего инструмента по меньшей мере один дополнительный режущий инструмент, производящая инструментальная поверхность которого выполнена аналогично производящей инструментальной поверхности упомянутого первого режущего инструмента. Например, устройство может содержать три режущих инструмента 5, 167, 168, установленных с возможностью одновременного их поворота относительно оси C, параллельной координатной оси Z станка 1, в приспособлении для крепления режущего инструмента, выполненного, например, в виде "револьверной" головки 169. The device according to the invention may have one
Более подробно действие предлагаемого согласно изобретению способа рассмотрим на примере работы соответствующего его реализующего устройства при одновременном групповом размерно-регулируемом бездефектном микрошлифовании сложнопрофильных изделий из анизотропных твердоструктурных и хрупких материалов (алмазов). We consider in more detail the action of the method proposed according to the invention using the example of the operation of its corresponding implementing device while simultaneously group size-adjustable defect-free micro grinding of complex products from anisotropic hard-structural and brittle materials (diamonds).
Обработку осуществляют на устройстве, в котором станок 1 имеет три режущих инструмента 5, 167, 168, установленных в соответствующих приспособлениях 4 для их крепления с возможностью поворота в "револьверной" головке 169 относительно оси C, параллельной координатной оси Z станка 1, и предназначенных для последовательного снятия чернового, получистового и чистового припусков с заготовки обрабатываемого изделия до получения готового изделия с заданными размерами и заданной высотой микронеровностей на обработанной поверхности. The processing is carried out on a device in which the machine 1 has three
При этом в указанной "револьверной" головке 169 с гильзовым базированием жестко установлено приспособление 4 для крепления трех соответствующих режущих инструментов 5, 167 и 168. Причем каждый из трех режущих инструментов закреплен в приспособлении 4 посредством шлифовального шпиндельного узла с возможностью вращения соответствующего шпинделя вокруг своей оси, перпендикулярной к плоскости формообразования, в радиальных и осевых опорах скольжения с газовой смазкой. На каждом шпинделе на конической хвостовой его части посредством планшайбы жестко закреплены режущие инструменты (шлифовальные круги) 5, 167 и 168 в виде соответствующих шлифовальных кругов с наружным и внутренним диаметром торцевой поверхности, соответственно равным 250 и 207 мм. Размещают производящую инструментальную поверхность 6 каждого из трех шлифовальных кругов 5, 167 и 168 в одной и той же плоскости формообразования соответствующими осевыми вдоль оси C установочными перемещениями указанных шпиндельных узлов перемещением указанных гильз относительно указанной "револьверно" головки 169. At the same time, in said “turret”
Применительно для обработки изделия 11, например, из натуральных алмазов типа "ювелирная вставка" с 57-ю гранями для получения оптических характеристик чистоты на окончательно обработанной поверхности Rz = 0,05 мм и с размерами заданной геометрической формы, соответствующими диаметру "рундиста", равному 3,4 мм, выбирают режущие характеристики производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 5 для съема чернового припуска с преобразованием в результате микрорезания исходной произвольной формы на поверхности кристалла, подлежащей обработке, в заданную форму с определенными размерами. При этом в результате обработки допускаются отдельные дефекты в виде царапин, возникших вследствие попадания в зону резания из связки 21 производящей инструментальной поверхности 6 частиц отдельных режущих зерен 85 или хрупко отколовшихся частиц с обрабатываемой поверхности кристалла.As applied to processing the
При этом режущими зернами 85 производящей инструментальной поверхности 6 являются натуральные алмазы с размерами 5-7 мкм при 100% концентрации, связующим материалом 21 является твердая керамика. In this case, the cutting
При съеме получистового припуска того же изделия устраняют вышеуказанные дефекты с обрабатываемой поверхности кристалла, оставшиеся от предшествующей технологической операции съема чернового припуска при сохранении полученных размеров и формы, а также получают в результате пластического микрорезания оптические характеристики чистоты на обработанной поверхности кристалла. Для этого выбирают режущие характеристики производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 167 с режущими зернами 7 в виде натуральных алмазов с размерами 10-14 мкм при 100% концентрации со связующим материалом 21 в виде бакелита или мягкого органического вещества (костная мука). When removing the semi-finished stock of the same product, the above defects are eliminated from the processed surface of the crystal, remaining from the previous technological operation of removing the rough stock while maintaining the obtained size and shape, and also optical characteristics of cleanliness on the processed surface of the crystal are obtained as a result of plastic micro-cutting. To do this, select the cutting characteristics of the producing
При съеме чистового припуска сохраняют ранее полученные в результате съема получистового припуска формы с заданными размерами и оптическими характеристиками чистоты с образованием в приповерхностном слое на окончательно обработанной поверхности кристалла диссипативной структуры, свободной от дислокационных дефектов. When removing the final allowance, the previously obtained molds with the specified dimensions and optical cleanliness characteristics are saved with the formation of a dissipative structure free of dislocation defects in the surface layer on the finished surface of the crystal.
Для этого выбирают режущие характеристики производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 168 с режущими зернами 7 из натуральных алмазов с размерами 14-20 мкм при 150% концентрации со связующим материалом 21 в виде полиуретана с графитовым наполнителем. To do this, choose the cutting characteristics of the producing
Формирование микрорельефа на производящей инструментальной торцевой поверхности 6 каждого режущего инструмента 5, 167 и 168 в виде совокупности заданного количества осесимметрично расположенных отдельных режущих выступов 87 осуществляют непосредственно на станке 1. При этом прекращают подачу сжатого воздуха к газовым опорам указанных шлифовальных шпинделей и тем самым неподвижно фиксируют от возможности поворота каждое приспособление 4 для крепления каждого указанного режущего инструмента 5, 167 и 168 относительно станины 3 станка. На столе 9 станка 1 вместо приспособления 10 для крепления обрабатываемых изделий 11 устанавливают координатно-делительный стол с осью вращения, перпендикулярной к указанной плоскости формообразования. В приводе координатно-делительного стола установлен двухрядный планетарно-цевочный редуктор циклоидального зацепления на передаточное отношение 1: 100 (1: 102), выполненный, например, в соответствии с Патентом РФ N 2123627. Особенность конструкции редуктора состоит в том, что в нем отсутствуют люфты, зона нечувствительности и случайная составляющая кинематической погрешности. Имеет место динамическая стабилизация постоянства передаточного отношения и линейная характеристика крутильной жесткости. Это достигнуто благодаря применению Патента РФ N 1695595 при нарезании зубчатых колес на станке в соответствии с Патентом РФ N 1783696, что позволяет осуществить координатные вращения делительного стола с дискретностью силового управляющего воздействия 0,0036 градуса в устойчивом режиме прямого счета импульсов (без датчиков обратной связи). При этом количество единичных управляющих импульсов на каждый один оборот вала двигателя, приводящего во вращение указанный поворотно-делительный стол, выбирают равным 1000. На базовую поверхность указанного координатно-делительного стола устанавливают правящий алмазный ролик диаметром 65 мм с остроугольным профилем его периферийной режущей поверхности с радиусом при вершине 0,5 мкм и с осью вращения алмазного ролика, установленной параллельно указанной плоскости формообразования. Привод вращения правящего ролика на скорости вращения 8000 об/мин осуществляют от винтового пневмодвигателя циклоидального зацепления, который в соответствии с Патентом РФ N 306693 встроен в газодинамические опоры вращения ротора, несущего на себе правящий алмазный ролик.The formation of the microrelief on the producing
Определяют управляющую программу взаимосвязанных перемещений в процессе правки каждого шлифовального круга, в том числе перемещений суппорта 8 по координатным осям Y и X' относительно станины 3, стола 9 по координатной оси X относительно суппорта 8 в зависимости от углового расположения плоскости вращения правящего алмазного ролика на указанном координатно-делительном столе, в функции координат расположения центра вращения координатно-делительного стола относительно центра вращения каждого режущего инструмента 5, 167 и 168 в плоскости формообразования, в функции радиуса при вершине 7 каждого режущего зерна 85, равного 1 мкм, а также в функции количества отдельных режущих выступов 87, состоящих из вершин 7 режущих зерен 85. Причем количество таких выступов 87 для каждой производящей инструментальной поверхности 6 для всех режущих инструментов 5, 167 и 168 выбирают одинаковым из условия, что наибольшее количество m таких выступов 87 не должно превышать количества единиц режущих зерен режущего инструмента 168 (имеющего наибольшие размеры режущих зерен 85, равные 25 мкм), которые расположены на наружном диаметре шлифовального круга, равного 250 мм (m, 30000). Кроме того, при определении управляющей программы процесса правки производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 5 учитывают необходимость придания производящей инструментальной поверхности 6 форму усеченного конуса, меньшее основание которого обращено в сторону обрабатываемой поверхности изделия 11, а вершины 7 режущих зерен 86 расположены на радиальных выступах 87, лежащих на образующих 88 указанного конуса. The control program for the interconnected movements during the dressing of each grinding wheel is determined, including the movements of the
При определении управляющей программы процесса правки производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 167 и 168 учитывают необходимость придания производящей инструментальной поверхности 6 с радиально расположенными линиями 86 в виде выступов 87, вершины которых лежат в одной плоскости, совпадающей с плоскостью формообразования. When determining the control program for the process of editing the producing
Осуществляют процесс последовательной правки указанных режущих инструментов 5, 167 и 168 и, таким образом, технологически обеспечивают совмещение в одной и той же плоскости формообразования, принимаемой за базу отсчета по координатной оси Z станка 1, меньшее основание усеченного конуса на шлифовальном круге режущего инструмента 5, а также производящие инструментальные поверхности 6 шлифовальных кругов, соответствующих режущим инструментам 167 и 168. Затем поворотом "револьверной" головки 169 вокруг оси C устанавливают в рабочую позицию режущий инструмент 5 и включают подачу сжатого воздуха к газовым опорам указанных шлифовальных шпинделей каждого из трех приспособлений 4 для крепления соответствующих режущих инструментов 5, 167 и 168, а также включают двигатель 76 привода 15 вращения режущего инструмента 5 на скорости n = 3000 об/мин. Carry out the process of sequential dressing of these
На столе 9 станка 1 на место указанного координатно-делительного стола с приспособлением для правки производящих инструментальных поверхностей 6 указанных режущих инструментов 5, 167 и 168 устанавливают приспособление 10 для крепления обрабатываемых изделий 11 в виде многоместной кассеты 130 с 15-ю шпинделями, жестко закрепленной на корпусе-люльке 128 и снабженной механическим приводом 124 поворота приспособлений 10 вокруг оси A, параллельной координатной оси X станка 1, а также снабженной приводом 125 поворота приспособлений 10 вокруг оси B, пересекающей под прямым углом координатную ось A станка 1. On table 9 of machine 1, in place of the specified coordinate-dividing table with a device for dressing the producing
При этом каждое обрабатываемое изделие приклеивают к соответствующей оправке, которую устанавливают в отверстие шпинделя и закрепляют цанговым зажимом в приспособлении 10. Расстояние между двумя соседними шпинделями выбирают равным 27,5 мм. Задают на производящей инструментальной поверхности 6 шлифовального круга режущего инструмента 5 траекторию, состоящую из последовательности 30000 отдельных вершин 85 режущих зерен 7, находящихся на пересечении 30000 радиальных выступов 87 со спиралью Архимеда. Причем шаг спирали Архимеда за каждый один оборот режущего инструмента 5 выбирают равным 1500 мкм (то есть 30000·Rz, где Rz = 0,05 мкм). В плоскости формообразования относительно центра окружности шлифовального круга режущего инструмента 5 задают координаты траектории одноразовых импульсных встреч указанных вершин 7 режущих зерен 85 производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 5, лежащих на указанной спирали Архимеда, с локальными точками обрабатываемой поверхности изделия при осуществлении соответствующего продольного перемещения. Указанную траекторию выбирают в виде прямолинейной хорды окружности с диаметром D2 = 250 мм, касающейся окружности с диаметром D1 = 207 мм, образованной из одного и того же центра, принятого за базу отсчета в плоскости формообразования X-Y. Совмещают с указанной прямолинейной хордой линию, соединяющую пятнадцать центров вращения шпинделей сменной кассеты 130 в приспособлении 10 для крепления обрабатываемых изделий 11. При этом суппорт 8 перемещают относительно станины 3 по координатной оси Y на величину +103,5 мм. Координируют крайнюю левую ось вращения шпинделя в 15-й местной сменной кассете 130 приспособления 10 по отношению к базе отсчета в плоскости формообразования вдоль координатной оси X в положение -67,95 мм. Задают на обрабатываемой поверхности линейную траекторию последовательных локальных точек одноразовых импульсных встреч с соответствующими вершинами 85 режущих зерен 7 на указанной спирали Архимеда вращающейся производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 5. Задают шаг между двумя рядом расположенными указанных локальными точками, соответствующий заданной величине микронеровностей Rz и равный 0,05 мкм.In this case, each workpiece is glued to the corresponding mandrel, which is installed in the spindle bore and secured with a collet clamp in the
Определяют скорость продольной подачи вдоль прямолинейной траектории по координатной оси X, равной 75 мм/сек ((30000·3000·0,05)/(60·1000)). Определяют длину хода вдоль координатной оси X, равной 27,5 мм. Задают наибольшую величину снимаемого припуска вдоль координатной оси Z, равной +160 мкм. Determine the speed of the longitudinal feed along a rectilinear trajectory along the X coordinate axis equal to 75 mm / s ((30000 · 3000 · 0.05) / (60 · 1000). The stroke length along the X coordinate axis is determined to be 27.5 mm. Set the largest value of the removed allowance along the coordinate axis Z, equal to +160 microns.
Задают начальную скорость врезной подачи, равной 2 мкм/сек, или начальную величину d0z дискретной врезной подачи d0z = 2.27,5+75 = 0,7(3) мкм/проход.The initial mortise feed rate is set to 2 μm / s, or the initial value d 0z of the discrete mortise feed d 0z = 2.27.5 + 75 = 0.7 (3) μm / pass.
Определяют знаменатель q0 = 0,99541(6) убывающей (по закону геометрической прогрессии) дискретной врезной подачи от одного продольного прохода к другому по мере постепенного удаления припуска с обрабатываемой поверхности изделия 11 (q0 = 1-0,7(3)/160) = 0,99541(6).The denominator q 0 = 0.99541 (6) of the decreasing (according to the law of geometric progression) discrete mortise feed from one longitudinal passage to another is determined as the allowance is gradually removed from the workpiece surface 11 (q 0 = 1-0.7 (3) / 160) = 0.99541 (6).
Настраивают равной 0,05 мкм дискретность перемещения на единицу управляющего импульса от двигателя 30 привода 12 перемещения стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X станка 1 и от двигателя 32 привода 13 перемещения суппорта 8 относительно станины 3 вдоль координатной оси Y станка 1. The discontinuity of displacement per unit of control pulse from the
Настраивают равной 5 мкм дискретность перемещения на единицу управляющего импульса от двигателя 31 привода 12 перемещения стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X станка 1 и от двигателя 33 привода 13 перемещения суппорта 8 относительно станины 3 вдоль координатной оси Y станка 1. Set to 5 microns discreteness of movement per unit of control pulse from the
При этом количество единичных управляющих импульсов на 5 каждый один оборот вала двигателей 30, 31, 32 и 33 выбирают равным 1000, шаг хода винта в шариковых винтовых передачах приводов 12 и 13 выбирают равным 5 мм, а передаточное отношение в редукторах 24 и 25 циклоидального зацепления выбирают равным 1:100 (1:102). Ограничивают наибольшие координатные перемещения стола 9 вдоль оси X величиной, равной 630 мм, и суппорта 8 вдоль оси Y величиной, равной 200 мм. Выбирают угол наклона направляющих 60 станины 3 относительно горизонтальной плоскости формообразования равным 5,73917 град (из условия sin 5,73917 = 0,1). Настраивают равной 0,05 мкм дискретность перемещения на единицу управляющего импульса от двигателя 63 привода 14 перемещения суппорта 8 относительно станины 3 вдоль координатной оси X' станка 1, наклоненной относительно оси X на угол 5,73917 град. При этом количество единичных управляющих импульсов на каждый один оборот вала двигателя 63 выбирают равным 1000, шаг хода винта в шариковой винтовой передаче привода 14 выбирают равным 5 мм, а передаточное отношение в редукторе 61 выбирают равным 1:100 (1: 102). Ограничивают наибольшую длину координатного перемещения суппорта 8 вдоль оси X' величиной, равной 100 мм.In this case, the number of unit control pulses per 5, each one revolution of the
Настраивают равной 0,0001 град дискретность углового поворота 25 корпуса-люльки 128 вместе с многоместной сменной кассетой 130 вокруг оси A, параллельной координатной оси X станка 1 от двигателя 97 привода 89. При этом количество единичных управляющих импульсов на каждый один оборот вала двигателя 97 выбирают равным 1000, а передаточное отношение сдвоенного двухпланетарно-цевочного редуктора 103 выбирают равным 1:3600 (1:62·102). Ограничивают наибольший угол поворота корпус-люльки 128 вокруг оси A в пределах от 0 до 90 град.Set to 0.0001 degrees discreteness of the
Настраивают равной 0,0001 град дискретность углового поворота шпинделей в многоместной кассете 130 вокруг оси B, пересекающей под прямым углом ось A, в приспособлении 10 для крепления обрабатываемых изделий 11 от двигателя 98 привода 90. При этом количество единичных управляющих импульсов на каждый один оборот вала двигателя 98 выбирают равным 1000, передаточное отношение сдвоенного двухпланетарно-цевочного редуктора 104 выбирают равным 1:100 (1: 102), а передаточное отношение между двумя полыми винтами 153, 154 с зубчатым колесом 132 в приводе 106 поворота шпинделей с обрабатываемыми изделиями 11 в многоместной кассете 130 выбирают равным 1:36. Угол поворота по координатной оси B не ограничивают как в сторону "плюс", так и в сторону "минус".Set to 0.0001 deg discreteness of the angular rotation of the spindles in a
Благодаря использованию Патента РФ N 1309444 при нарезании винтов, применяемых в передачах типа "винт-гайка" качения приводов 12, 13 и 14, в сочетании с использованием в каждом из этих приводов соответствующих двухпланетарно-цевочных редукторов 24, 25 и 62 циклоидального зацепления на передаточное отношение 1:100 (1:102), выполненных по Патенту РФ N 2123627 с нарезанными зубчатыми колесами по Патенту РФ N 1695595 на станке по Патенту РФ N 1783696, достигается возможность каждый из указанных приводов выполнить в виде узла микромеханики для осуществления линейных микроперемещений крупногабаритных и массивных узлов, в том числе суппорта 8 вместе со столом 9 и приспособлением 10 для крепления обрабатываемых изделий 11 относительно станины 3 вдоль координатных осей X' и Y станка 1, а также стола 9 вместе с приспособлением 10 для крепления обрабатываемых изделий 11 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X станка 1. При этом обеспечиваются следующие преимущества:
- 100%-я многопарность зацепления, которая на порядок превышает технические характеристики привода по сравнению с лучшими мировыми аналогами, а самое главное, значительно повышает кинематическую точность;
- линейная характеристика крутильной жесткости, которая позволяет выгодно использовать указанные приводы в качестве прецизионных сервоприводов с широким диапазоном передачи крутящего момента;
- отсутствие люфтов, гистерезиса и зоны нечувствительности, которые позволяют непосредственно использовать указанные приводы в двунаправленных "вращение - перемещение" системах без потери прецизионности перемещения в случае изменения направления крутящего момента;
- практическое отсутствие трения скольжения и наличие 100%-й многопарности зацепления обеспечивает эффективность (КПД) передачи не ниже 95%;
- динамическая стабилизация постоянства передаточного отношения, исключающая случайные составляющие кинематической погрешности на всех, начиная с нуля, скоростях перемещений;
- регулярный характер систематической составляющей кинематической погрешности механической передачи, позволяющая за счет использования программных средств обеспечить непостоянство передаточного отношения, не превышающее 0,01%.Due to the use of RF Patent N 1309444 when cutting screws used in screw-nut gears of rolling drives 12, 13 and 14, in combination with the use of respective two-
- 100% multipair gearing, which is an order of magnitude higher than the technical characteristics of the drive compared to the best world analogues, and most importantly, significantly increases the kinematic accuracy;
- a linear characteristic of torsional stiffness, which allows you to advantageously use these drives as precision servo drives with a wide range of torque transmission;
- the absence of backlash, hysteresis and dead zone, which allows you to directly use these drives in bidirectional "rotation - movement" systems without loss of precision movement in the event of a change in the direction of torque;
- the practical absence of sliding friction and the presence of 100% multi-pair engagement ensures transmission efficiency (COP) of at least 95%;
- dynamic stabilization of gear ratio constancy excluding random components of kinematic error at all, starting from zero, speeds of movements;
- the regular nature of the systematic component of the kinematic error of the mechanical transmission, which allows, through the use of software, to ensure the variability of the gear ratio, not exceeding 0.01%.
Кроме того, конструктивным исполнением механической передачи в виде суммирующего механизма с двумя входными звеньями соответственно 26 и 27 в приводе 12, а также 28 и 29 в приводе 13 обеспечивается геометрическое сложение одновременно двух составных частей движения по каждой координатной оси в плоскости формообразования для формирования согласно управляющей программы на обрабатываемой поверхности изделия 11 траектории заданной последовательности указанных отдельных локальных точек одноразовых импульсных встреч с соответствующей последовательностью вершин 85 режущих зерен 7 на указанной расчетной траектории в виде спирали Архимеда в функции скорости вращения производящей инструментальной поверхности 6 шлифовального круга режущего инструмента 5. Причем согласно Патенту РФ N 2047473 при формировании на координатных осях соответствующих величин дискретности в функции управляющей программы, большая часть величины каждой дискретности на базовой частоте приближенно формирует траекторию с заданной последовательностью отдельных локальных точек на обрабатываемой поверхности, а другая - малая часть величины этой дискретности корректирует в реальном масштабе времени перемещение того же исполнительного органа станка 1 и, при этом, она формируется алгебраическим сложением постоянных величин минимальных дискретностей мезомасштабного уровня, соизмеримых с величиной Rz, на частотах, превышающих базовую частоту. Тем самым обеспечивается возможность на несколько десятичных порядков увеличить диапазон дискретности перемещения исполнительных органов станка на каждую единицу управляющего импульса, а также повысить точность обработки любой величины дискретности в упомянутом диапазоне не грубее чем величина Rz, например, равной 0,05 мкм.In addition, the design of the mechanical transmission in the form of a summing mechanism with two
Для устойчивого управления бездефектным процессом размерно-регулируемого микрошлифования автономно каждого отдельного из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 на основе тестовой идентификации параметров соответственно каждой из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих систем 2, а также на основе технологической диагностики состояния этих параметров конструктивные и технические решения привода 14 позволяют учитывать следующие условия:
- несовпадение между отдельными одновременно обрабатываемыми изделиями 11 величин исходного припуска на обработку, а также несовпадение анизотропии механических характеристик материала обрабатываемых поверхностей изделий 11;
- нестационарность режущих характеристик производящей инструментальной поверхности 6 каждого режущего инструмента 5, 167 и 168;
- снижение потенциальной энергии и статической составляющей упругой деформации в каждой автономной упругой обрабатывающей системе 2 по мере удаления припуска соответственно с каждого обрабатываемого изделия при приближении к готовому размеру с тем, чтобы величина разноразмерности между пятью одновременно обрабатываемыми изделиями не превышала заданную величину (например, 0,06 мм для "ювелирных" изделий, или например, 0,1 мкм для медицинских изделий);
- равенство нулю производной по времени приращения потенциальной энергии и, следовательно, наибольшей статической составляющей упругих деформаций в каждой автономно функционирующей упругой обрабатывающей системе 2 в момент появления автоколебаний динамической составляющей упругих деформаций (в момент, идентифицирующий появление множества единичных пластически деформированных стружек в результате начала бездефектного микро резания);
- единого для всех пяти одновременно действующих автономных упругих обрабатывающих систем закона изменения интенсивности съема припуска от одного к другому продольному проходу при осуществлении тестовой идентификации параметров упругости каждой отдельной из этих систем в реальном масштабе времени обработки на основе использования компьютера в системе 16 числового программного управления;
- осуществления врезной подачи от прохода к проходу (в точках реверса направления продольной подачи) в дискретном режиме с разрешающей способностью каждого единичного дискретного перемещения на микромасштабном уровне на каждую единицу управляющего импульса.For stable control of a defect-free process of size-controlled micro grinding independently of each individual of five simultaneously processed
- mismatch between the individual simultaneously processed
- non-stationary cutting characteristics of the producing
- reduction of potential energy and the static component of elastic deformation in each autonomous
- equality to zero of the time derivative of the increment of potential energy and, therefore, the largest static component of elastic deformations in each autonomously functioning
- a single law for all five simultaneously operating autonomous elastic processing systems of the law of change in the intensity of removal of stock from one to another longitudinal passage during test identification of the elastic parameters of each of these systems in real-time processing based on the use of a computer in
- the implementation of the mortise feed from passage to passage (at points of reverse direction of longitudinal feed) in discrete mode with a resolution of each unit discrete movement at the micro-scale level for each unit of the control pulse.
Всей совокупности вышеперечисленных условий удовлетворяет примененное в приводе 14 устройство, соответствующее Патенту РФ N 342741, в котором расширение диапазона врезных подач обеспечивается законом изменения врезных подач, осуществляемых по гладкой поверхности кулака подачи в виде логарифмической спирали, приводимого во вращение шаговым приводом с настраиваемой величиной шага. The entire set of the above conditions is satisfied by the device used in
Точность и жесткость расположения вращающейся производящей инструментальной поверхности 6 относительно плоскости формообразования (соответственно в пределах 0,1 мкм по осевому и радиальному биению, а также 120 Н/мкм по жесткости радиальных и осевых опор) обеспечивается конструктивным исполнением шлифовального шпиндельного узла приспособления 4 для крепления режущих инструментов 5, 167 и 168. Причем вал двигателя 76 несет на себе датчик угловых перемещений с числом угловых шагов, равным 30000. В указанном шлифовальном шпиндельном узле применены газостатические радиальные и осевые опоры вращающегося шпинделя, причем поверхности вращения шпинделя, определяющие точность вращения, а также радиальную и осевую его жесткость выполнены из металлокерамических композиционных материалов с низким коэффициентом теплопроводности, обеспечивающие возможность сохранить постоянство радиального зазора между шейками шпинделя и втулкой подшипника равным 1,5 .. . 2 мкм на диаметре шпинделя 90 мм в диапазоне 25 скоростей от 1000 до 10000 об/мин. Такое конструктивное выполнение шлифовального шпиндельного узла осуществляется на основании использования Патента РФ N 2019384, в соответствии с которым заданные размеры диаметров шеек шлифовального шпинделя обеспечиваются в результате обработки на круглошлифовальном станке с настройкой и адаптивным контролем упругой технологической системы. Сущность способа обработки по Патенту РФ N 2019384 состоит в том, что величину припуска на чистовую обработку по всей длине шпинделя, армированного указанным металлокерамическим композиционным материалом, формируют на этапе черновой обработки при построчном врезном круглом шлифовании со скоростью врезной подачи на каждой i-ой строчке, исходя, во-первых, из условия равенства величин чистового припуска на каждой i-ой строчке величинам соответствующих деформаций в упругой технологической системе в конце этапа черновой обработки, и, во-вторых, исходя из условия съема чистового припуска при продольном круглом шлифовании в режиме "выхаживания" как минимум за один продольный ход детали относительно шлифовального круга. Причем последовательное построчное формирование указанной величины припуска на чистовую обработку на круглошлифовальном станке осуществляют по способу адаптивного управления процессом врезного шлифования в соответствии с Патентом РФ N 779052, согласно которому после достижения установившегося режима резания на этапе черновой обработки поверхности измеряют упругую деформацию в обрабатывающей системе круглошлифовального станка и устанавливают припуск на чистовую обработку, определяемый умножением измеренной величины упругой деформации на отношение между разностью скоростей съема на черновом и в конце чистового этапов к скорости съема на черновом этапе обработки. The accuracy and rigidity of the location of the rotating producing
Конструктивная особенность системы оперативного контроля 110 и многоканального цифрового пьезоэлектрического привода 136 состоит в том, что датчик 35 является общим элементом и в указанной многоканальной системе оперативного контроля 110 и в указанном многоканальном цифровом пьезоэлектрическом приводе 136. Конструктивно датчик 35 выполнен аналогично устройству, которое применено в столе с пьезоэлектрическим приводом (К. Мицутани, Т. Кавако, И. Танака "Стол с пьезоэлектрическим приводом и его применение для микрошлифования керамических материалов". Прециссион Инженеринг N 4, 1991 г. , с. 219-226). При этом на опорных поверхностях 129 корпуса-люльки 128 размещены подшипники, замыкающие без прерывания упругого контакта статическую и динамическую составляющие сил микрорезания в осевом (вдоль координатной оси B) направлении на торцевую поверхность 166 каждого шпинделя в любом его угловом положении при вращении вокруг координатной оси B в приспособлении 10 для крепления обрабатываемого изделия 11. При этом каждый шпиндель своей торцевой поверхностью 166 опирается на пьезоэлектрический датчик силы (пьезопреобразователь) 35, который фиксирует изменение составляющей силы резания вдоль координатной оси B и преобразует изменения сжимающих напряжений в напряжение электрического тока. Датчик силы (пьезопреобразователь) 35 обладает высоким быстродействием и чувствительностью, достаточной для регистрации динамики дискретного процесса периодического одновременного (синхронного) отделения множества единичных стружек. Конструктивно указанный пьезопреобразователь 35 встроен в винт 162 указанного подпятника и он состоит из четырех пьезокерамических пластин, размещенных попарно и соединенных по дифференциальной схеме. Внешние обкладки пьезопластин соединены вместе и подключены на корпус. При этом изоляция датчика от корпуса отсутствует. Центральные выводы каждой пары образуют два сигнальных выхода. В качестве соединения используется медная фольга толщиной 0,05 мм. A design feature of the
Для создания надежного электрического контакта при скреплении всех элементов датчика клеем ЭД-5 фольга перфорируется с обеих сторон, при этом на поверхности фольги образуются острые заусенцы, которые обеспечивают в клеевом соединении надежный электрический контакт. Диапазон амплитуды регистрируемых сигналов от 0,001 до 10 вольт. Диапазон частоты регистрируемых сигналов от 10 Гц до 1,5 мГц. При использовании указанного пьезопреобразователя в датчике 35 в качестве привода линейного перемещения шпинделя вдоль оси B в пределах упругих деформаций между телами качения в радиально-упорных подшипниках 131 диапазон амплитуды изменения (увеличения ширины пьезоэлектрического элемента) составляет от 0,001 до 15 мкм в диапазоне частот от 10 Гц до 1,5 мГц. To create a reliable electrical contact when bonding all the sensor elements with ED-5 glue, the foil is perforated on both sides, while sharp burrs are formed on the surface of the foil, which provide a reliable electrical contact in the adhesive joint. The amplitude range of the recorded signals is from 0.001 to 10 volts. The frequency range of the recorded signals is from 10 Hz to 1.5 MHz. When using the specified piezoelectric transducer in the
В состав средства 16 числового программного управления 25 входит промышленный персональный компьютер, который служит для непосредственного управления формообразующими перемещениями исполнительных органов станка 1, в том числе перемещениями суппорта 8 относительно станины 3 вдоль координатных осей X' и Y, перемещениями стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X, поворотом корпуса-люльки 128 вместе со сменной кассетой 130 вокруг координатной оси A, а также поворотом шпинделей в сменной кассете 130 вокруг координатной оси B в приспособлении 10 для крепления обрабатываемых изделий 11. The composition of the
Кроме того, промышленный персональный компьютер системы 16 числового программного управления станком 1 служит для идентификации в реальном масштабе времени на предварительной стадии обработки физических параметров бездефектного размерно-регулируемого процесса микрошлифования каждого j-го из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11. По этим параметрам определяют режимы установившегося процесса при съеме основной части припуска. В том числе на основе этих режимов осуществляют технологическое диагностирование (идентификацию в реальном масштабе времени) фактического состояния параметров упругости каждой j-ой из пяти одновременно функционирующих упругих обрабатывающих систем 2, а также осуществляют непосредственное управление дополнительными упорядоченными технологическими воздействиями каждой заданной вершины 85 режущего зерна 7 каждого заданного выступа 86 производящей инструментальной поверхности 6 на каждую заданную локальную точку на площадке с площадью Aj, ограниченной указанным диаметром dфAj, пятна контакта каждого j-го из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 с производящей инструментальной поверхностью 6. При этом осуществляют управление дополнительными взаимосвязанными движениями приводов 12, 13, 14 и 15 с цифровым пьезоэлектрическим приводом 136 для обеспечения регулярности (во времени и пространстве) воздействия микромасштабного уровня на процесс постепенного накопления усталости к возвратно-поворотным модам деформации на границах между отдельными структурными ячейками мезомасштабного уровня (мезообъемами) путем самоорганизующегося синхронного формирования на пластически деформируемых поверхностях каждого j-го из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 унитарных ячеистых структур с периодическим (за время одного периода автоколебания динамической составляющей упругой деформации) одновременным удалением с каждой указанной площадки контакта макромасштабного уровня множества единичных пластически деформированных стружек с линейными размерами каждой из них, например, равной Rz = 0,05 мкм в результате одновременной потери сдвиговой устойчивости на границе между всеми указанными мезообъемами на указанной площадке пятна контакта.In addition, the industrial personal computer of the
Для осуществления указанного упорядоченного дополнительного технологического воздействия в процессе размерно-регулируемого бездефектного микрошлифования взаимосвязывают, например, координатные перемещения в плоскости формообразования X-Y всех пяти одновременно обрабатываемых
изделий 11 относительно вращающейся на скорости 3000 об/мин производящей инструментальной поверхности 6 диаметром 250 мм, имеющей на торцевой поверхности 30000 осесимметричных радиальных выступов 86. Эту взаимосвязь осуществляют на математическом принципе, описывающем кинематику работы устройства для абразивной обработки по Патенту РФ N 1281385, которое обеспечивает суммирование двух вращательных движений в функции скорости вращения шлифовального круга с изменяющейся величиной эксцентриситета таким образом, чтобы траектория плоскопараллельного перемещения каждой вершины 7 режущего зерна 85 себя не повторяла за время каждого одного периода, равного периоду автоколебаний динамической составляющей упругих деформаций в обрабатывающей системе на каждом отдельном из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11. При этом за время каждого одного такого периода величину указанного регулируемого эксцентриситета изменяют от нуля до половины указанного диаметра dфAk, ограничивающего площадь Ak указанной площадки пятна контакта поверхности наиболее твердого k-го из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 с производящей инструментальной поверхностью 6.For the implementation of the specified ordered additional technological impact in the process of size-controlled defect-free micro grinding interconnect, for example, coordinate movements in the XY shaping plane of all five simultaneously processed
По окончании каждого одного такого периодического упорядоченного дополнительного технологического воздействия компьютер устройства 16 системы числового программного управления станком 1 осуществляет управление периодическим дискретным перемещением одновременно всех обрабатываемых изделий 11 вдоль расчетной траектории, касающейся всеми своими точками вращающейся производящей инструментальной поверхности 6, с шагом дискреты численно равной диаметру dфAk площади пятна контакта наиболее твердого k-го изделия 11 с производящей инструментальной поверхностью 6.At the end of each one such periodic ordered additional technological impact, the computer of the
Кроме того, путем компьютерного управления осуществляют:
- одновременность каждого начала периодического упорядоченного технологического воздействия для всех пяти одновременно обрабатываемых изделий 11;
- определение шага дискретности S и синхронизацию осуществления дополнительной врезной подачи от цифрового пьезоэлектрического привода 136 автономно каждого отдельного из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 в ходе периодического упорядоченного импульсного технологического воздействия на обрабатываемые поверхности этих изделий;
- определение периодических перемещений мезомасштабного уровня, численно равных величине микронеровностей Rz = 0,05 мкм на окончательно обработанной поверхности, в направлении координатной оси Z станка 1 от привода 14 по окончании времени каждого одного цикла периодического упорядоченного импульсного технологического воздействия, определяемого временем каждого одного периода автоколебаний динамической составляющей упругих деформаций обрабатывающей системы 2 при обработке наиболее твердого k-го из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11;
- изменение направления одновременного продольного перемещения указанных пятен контакта каждого из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 вдоль расчетной траектории, касающейся всеми своими точками вращающейся производящей инструментальной поверхности 6, в конечных точках этой траектории на длине 27,5 мм.In addition, by computer control carry out:
- the simultaneity of each beginning of the periodic ordered technological impact for all five simultaneously processed
- determination of the step of discreteness S and synchronization of the implementation of additional mortise feed from a digital
- determination of periodic displacements of the mesoscale level, numerically equal to the microroughness R z = 0.05 μm on the finished surface, in the direction of the coordinate axis Z of the machine 1 from the
- a change in the direction of simultaneous longitudinal movement of the indicated contact spots of each of the five simultaneously processed
На предварительной стадии обработки функции компьютера в системе 16 числового программного управления станком 1 включают в себя:
- тестовую идентификацию параметров упругости автономно каждой из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих систем 2 (соответствующих количеству одновременно обрабатываемых изделий 11);
- размерную настройку каждой автономной упругой обрабатывающей системы 2 (из пяти одновременно действующих) в каждом продольном проходе при обработке каждого отдельного из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 на основе идентифицированных в реальном масштабе времени обработки тестовыми методами параметров упругости в соответствующей упругой обрабатывающей системе 2;
- расчет программы управления приводами 12, 13, 14, 15, 30, 124 и 125 для изменения входных параметров интенсивности съема припуска в функции времени (количества продольных проходов) для каждого отдельного из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 для осуществления тестовой идентификации указанных параметров;
- совмещение в реальном масштабе времени обработки функций управления приводами по координатным осям X, Y, Z, A и B в зависимости от углового положения каждой заданной вершины 85 режущего зерна 7 на каждом радиальном выступе 86 производящей инструментальной поверхности 6 и скорости вращения режущего инструмента 5 с функциями фиксации, запоминания, математического анализа информации об изменении силовых параметров резания при осуществлении тестового закона изменения интенсивности съема припуска от прохода к проходу;
- идентификацию интервала, времени T (постоянной времени переходных процессов резания), интегрально характеризующего параметры упругости автономно в каждой отдельной из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих системах 2 при наличии одновременного совпадения двух событий, определяемых результатами соответствующих вычислительных операций, сопровождающих процесс микрорезания в реальном масштабе времени, один из которых фиксируют порядковый номер продольного прохода, на котором математически определяют момент появления автоколебаний динамической составляющей упругой деформации в какой-либо из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих системах 2, а другие вычислительные операции определяют производную изменения от прохода к проходу статической составляющей упругой деформации автономно в каждой отдельной из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих системах 2 с фиксацией порядкового номера продольного прохода (а следовательно и интервала времени T), при котором указанная производная становится равной нулю в той же самой упругой обрабатывающей системе 2 из пятим одновременно действующих;
- приведения фактической разницы в размерной настройке между отдельными автономными упругими обрабатывающими системами 2 из пяти одновременно действующих к заданному (допустимому) значению путем корректировки указанных параметров упругости (интервал времени T) соответствующим изменением скорости вращения производящей инструментальной поверхности 6;
- последовательное (автономное для каждого из пяти одновременно обрабатываемых изделий) определение параметров и программы управления приводами 12, 13, 14, 15, 124 и 125, а также непосредственное управление многоканальным регистратором сигналов 113 и многоканальным цифровым пьезоэлектрическим приводом 136 при осуществлении установившегося бездефектного размерно-регулируемого процесса микрошлифования в условиях дополнительного упорядоченного технологического воздействия параметрами упругости обрабатывающей системы автономно на каждое из пяти одновременно обрабатываемых изделий с учетом фактических параметров упругости (через идентификацию интервала времени T) в соответствующей упругой обрабатывающей системе 2.At the preliminary stage of processing the functions of the computer in the
- test identification of the elastic parameters independently of each of the five simultaneously operating elastic processing systems 2 (corresponding to the number of simultaneously processed products 11);
- dimensional adjustment of each autonomous elastic processing system 2 (of five simultaneously operating) in each longitudinal aisle during the processing of each individual of five simultaneously processed
- calculation of the
- combining in real time the processing of the drive control functions along the coordinate axes X, Y, Z, A and B depending on the angular position of each given
- identification of the interval, time T (time constant of the transient processes of cutting), integrally characterizing the parameters of elasticity autonomously in each of the five simultaneously operating
- bringing the actual difference in the dimensional adjustment between individual autonomous
- sequential (autonomous for each of the five simultaneously processed products) parameter determination and drive
Для осуществления быстродействующей идентификации интервала времени T автономно в каждой отдельной из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих систем 2 на основе использования компьютера в системе 16 числового программного управления станком 1, используют приемы, например, применяемые в способе адаптивного управления в соответствии с Патентом РФ N 878540. При этом, для определения параметров размерной настройки каждой автономной из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих систем 2, например, используют способ адаптивного управления в соответствии с Патентом РФ N 779052, а управление параметрами интенсивности съема припуска, например, осуществляют по способу адаптивного управления в соответствии с Патентом РФ N 722746. При необходимости корректировки параметров упругости в одновременно пяти автономно функционирующих упругих обрабатывающих системах с целью приведения разницы в размерной настройке этих систем друг относительно друга к номинально заданному (допустимому) значению, например, применяют способ адаптивного управления многоинструментальным шлифованием в соответствии с Патентом РФ N 1302572, согласно которому указанный интервал времени T корректируют соответствующим изменением скорости вращения производящей инструментальной поверхности 6. To implement quick identification of the time interval T autonomously in each of the five simultaneously operating
Для обеспечения перемещения стола 9 в направлении координатной оси X станка 1 на стационарном участке перемещения на скорости 75 мм/сек и с дискретностью 0,05 мкм задают наибольшую частоту воздействующих импульсов на двигатель 30 привода 12 равной 100000 имп/сек, а также задают наибольшую частоту управляющих импульсов на двигатель 31 привода 12 равной 14000 имп/сек. Применение в приводах 12, 13, 14, например, шаговых двигателей типа ДШИ с точки зрения их динамических качеств позволяет обеспечить время "разгона + торможения" двигателей 30, 31, 32, 33 и 63 в точках реверса направления продольной подачи вдоль координатной оси X от "нуля" до соответствующего максимального значения за 0,106621(3) секунды. To ensure the movement of the table 9 in the direction of the coordinate axis X of the machine 1 in a stationary section of movement at a speed of 75 mm / s and with a resolution of 0.05 μm, the largest frequency of the impact pulses on the
Количество отрабатываемых двигателями 30, 32 и 63 воздействующих импульсов на частотах в диапазоне от 0 до 100000 1/сек в функции прямого счета управляющих импульсов на постоянной частоте 1500000 1/сек определяют компьютером системы 16 числового программного управления вычислительными операциями при решении уравнений линейной интерполяции для осуществления заданных законов стадий "разгона" и "торможения" при возвратно-поступательном перемещении стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X, а также при возвратно-поступательном перемещении суппорта 8 относительно станины 3 вдоль координатных осей Y и X'. При этом за время 0,05317 сек (что соответствует 79755 управляющим импульсам) осуществляют стадию "разгона", то есть изменение частоты следования воздействующих импульсов от 0 до 100000 1/сек (что соответствует изменению линейной скорости перемещения от 0 до 5 мм/сек). Причем суммарное количество таких воздействующих импульсов составляет 2666 (что соответствует 0,1333 мм линейного перемещения). The number of 30 operating impulses processed by engines at frequencies in the range from 0 to 100000 1 / sec as a function of direct counting of control impulses at a constant frequency of 1500000 1 / sec is determined by the computer of
Аналогичным образом количество отрабатываемых двигателями 31 и 33 воздействующих импульсов на частотах в диапазоне от 0 до 14000 1/сек в функции прямого счета управляющих импульсов на постоянной частоте 1500000 1/сек определяют компьютером системы 16 числового программного управления вычислительными операциями при решении уравнений линейной интерполяции для осуществления заданных законов стадий "разгона" и "торможения" при возвратно-поступательном перемещении стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X, а также при возвратно-поступательном перемещении суппорта 8 относительно станины 3 вдоль координатной оси Y. При этом за время 0,05317 сек (что соответствует 79755 управляющим импульсам) осуществляют стадию "разгона", то есть изменение частоты следования воздействующих импульсов от 0 до 14000 1/сек (что соответствует изменению линейной скорости перемещения от 0 до 70 мм/сек), причем суммарное количество таких воздействующих импульсов составляет 373 (что соответствует 1,865 мм). Similarly, the number of acting pulses processed by
Таким образом", суммарное количество управляющих импульсов на этапе "разгона" составляет 79755. Такое же количество управляющих импульсов имеет место и на этапе "торможения". Суммарная длина участка "разгона", равная длине участка "торможения", составляет 1,9983 мм. Длина стационарного участка вдоль оси X составляет 27,5 - 2·1,9983 = 23,5034 мм. Thus, “the total number of control pulses at the stage of“ acceleration ”is 79755. The same number of control pulses takes place at the stage of“ braking. ”The total length of the section of“ acceleration ”equal to the length of the section of“ braking ”is 1.9983 mm. The length of the stationary section along the X axis is 27.5 - 2 · 1.9983 = 23.5034 mm.
Общее количество управляющих импульсов на стационарном участке микрошлифования составляет 470068 имп. С учетом участков "разгона" и "торможения" суммарное количество управляющих импульсов за каждый один цикл продольного прохода стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X станка 1 от одной точки реверса до другой составляет: (470068 + 2·79966) = 630000 импульса. The total number of control pulses in a stationary micro grinding section is 470068 imp. Given the areas of "acceleration" and "braking", the total number of control pulses for each one cycle of the longitudinal passage of the table 9 relative to the
За каждый один цикл продольного прохода стола 9 производящая инструментальная поверхность 6 осуществит 21 оборот (630000 - 30000). При этом время одного такого цикла составляет 0,42 сек = (21·60)/3000, а средняя скорость перемещения стола 9 вдоль координатной оси X составляет 65,476 мм/сек. For each one cycle of the longitudinal passage of the table 9, the producing
Начинают вести обработку подачей команды "пуск цикла" в систему 16 числового программного управления станком 1. В момент, совпадающий с началом перемещения стола 9 относительно суппорта 8 в сторону "плюс" вдоль координатной оси X, осуществляется дискретная врезная макроподача в направлении координатной оси Z на величину -0,7(3) мкм за счет дискретного перемещения суппорта 8 по наклонным направляющим станины 3 вдоль координатной оси X' на величину 7, (3) мкм (в направлении подъема "в гору"). При этом стол 9 за время разгона tр = 0,05317 сек переместится из координаты X0 = -67,95 мм в координату X1 = -65,9517 мм вследствие того, что за это время в режиме прямого счета каждого управляющего импульса с общим количеством 79755 привод 12 в результате линейной интерполяции осуществит суммарный угловой поворот вала шагового двигателя 30 на 2666 угловых дискрет, а также осуществит поворот вала шагового двигателя 31 на 373 угловые дискреты. Начиная с 79756-го и по 470490-й управляющие импульсы равномерная частота угловых дискретностей вала шагового двигателя 31 будет определяться равномерной частотой воздействующих импульсов, определяемой равномерным отсчетом через каждые 107 пропущенных управляющих импульсов. При этом общее количество воздействующих на шаговый двигатель импульсов за этот период составит 4397. Особенность управления шаговым двигателем 30 состоит в неравномерности отсчета числа пропущенных управляющих импульсов, а следовательно и в неравномерности частоты угловых дискретностей вала шагового двигателя 30. Например, начиная с 79756-го управляющего импульса первые два воздействующих на шаговый двигатель 30 импульсов последуют через каждые 15 пропущенных управляющих импульсов (то есть на 79770-ом и на 79785-ом управляющих импульсах), третий воздействующий импульс последует после 16-го пропущенного управляющего импульса (то есть на 79801- ом управляющем импульсе), затем 4-й, 5-й, 6-й, и 7-й воздействующие на шаговый двигатель 30 импульсы последуют через каждые 15-ть пропущенных управляющих импульсов. Восьмой воздействующий импульс вновь последует после 16-й пропущенных управляющих импульсов (то есть на 79877-ом управляющем импульсе). И так далее общее количество воздействующих на шаговый двигатель импульсов составит 31366 единиц (за время прямого счета начиная с 79756-го и по 470490-й управляющих импульсов). Такой принцип управления перемещениями позволяет обеспечить отклонение от точности координатного расположения перемещаемого объекта в каждый заданный момент времени по всей длине перемещения (равного 27,5 мм) в пределах одной угловой дискретности шагового двигателя 30 привода 12, что эквивалентно 0,05 мкм линейного перемещения стола 9 вдоль координатной оси X. Через 0,42 сек с начала пуска цикла (или в момент окончания 21-го оборота производящей инструментальной поверхности) стол 9 по отношению к суппорту 8 вдоль координатной оси X займет положение, совпадающей с точкой реверса, равное - 40,45 мм. В ходе первого продольного прохода пьезоэлектрический датчик 35, упирающийся через колпачок 164 в сферическую торцевую поверхность 166 шпинделя приспособления 10 для крепления обрабатываемых изделий 11, регистрирует момент касания вращающейся производящей инструментальной поверхности 6 с обрабатываемой поверхностью изделия 11, условно имеющего порядковый номер "первый" из пяти одновременно обрабатываемых изделий. При этом через каждые 16444 управляющих импульса опрашивают и запоминают в компьютере системы 16 числового программного управления силу резания "первого" изделия по показаниям соответствующего пьезоэлектрического датчика силы 35. За время цикла первого продольного прохода, равного 0,42 сек, число таких замеров (опросов) составит 38 раз. В конце первого продольного прохода за время 0,011 (16444+1500000) сек компьютер системы 16 числового программного управления определяет (вычисляет) среднее значение силы резания, равное 0,03 кгс, и устанавливает факт отсутствия повторяемости фактической силы резания, замеренной в точках опроса датчика силы 35, средневычисленному значению этой силы резания за все время первого продольного прохода. В крайне "правом" положении реверса продольного перемещения стола 9 относительно суппорта 8 осуществляют дискретную врезную подачу в направлении координатной оси Z на величину -0,7299722 мкм путем соответствующего дискретного перемещения суппорта 8 "в гору" по наклонным направляющим станины 3 вдоль координатной оси X' на величину -7,29972 мкм. В этом же крайне "правом" положении реверса продольного перемещения стола 9 реверсируют направление продольного перемещения стола 9 в противоположную сторону и продолжают вести обработку одновременно всех пяти изделий 11 на втором продольном проходе. При этом фиксируют факт времени касания "второго" из пяти одновременно обрабатываемых изделий с вращающейся производящей инструментальной поверхностью 6. Аналогично первому продольному проходу через каждые 16444 управляющих импульса опрашивают и запоминают в компьютере силу резания на изделиях соответственно с первым и вторым номерами из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11. За время цикла второго продольного прохода, равного 0,42 сек, число замеров силы резания от пьезоэлектрических датчиков силы 35 при обработке изделий N 1 и N 2 из пяти одновременно обрабатываемых составит 38 раз. В конце второго продольного прохода за время, равное 0,011 (16444+1500000) сек, компьютер системы 16 числового программного управления вычисляет среднее значение силы резания на изделии N 1, равное 0,06 кгс, и на изделии N 2, равное 0,03 кгс. При этом устанавливается факт отсутствия повторяемости фактической силы резания, замеренных в точках опроса соответствующих датчиков силы 35, средневычисленному значению силы резания за все время второго продольного прохода. И так далее продолжают обработку от одного продольного прохода стола 9 к другому. При этом последовательно фиксируют порядковые номера продольного прохода стола 9, внутри которого имеет место факт момента касания производящей инструментальной поверхности с обрабатываемыми поверхностями соответственно каждого отдельного 3-го, 4-го и 5-го из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11. В ходе дальнейшей обработки автономно в каждой из пяти одновременно задействованных электрических цепей системы оперативного контроля 110 и соответственно в каждом из пяти пьезоэлектрических датчиках силы 35 имеет место преобразование изменений силы резания Pi в соответствующие изменения напряжения электрического тока, которое через нормирующие усилители напряжения 36 и аналого-цифровые преобразователи 37 в цифровом виде подводится к соответствующим входам 111 оперативных запоминающих устройств 114 многоканального цифрового регистратора сигналов 113.Start processing by giving the command "start cycle" to the
Текущая в каждом продольном проходе информация об амплитуде и частоте изменения статической и динамической составляющих силы резания в каждой автономно функционирующей упругой обрабатывающей системе 2 запоминается в оперативном запоминающем устройстве 114, соответствующем каждому обрабатываемому изделию 11. В разделенном времени (совпадающем с временем реверсирования направления продольного перемещения) по команде от блока управления 119 с помощью генератора импульсов 115 и счетчика импульсов 116, встроенных в многоканальный цифровой регистратор сигналов 113, последовательно осуществляют расшифровку записанной за время предшествующего продольного прохода информации о фактических частотах и амплитудах колебаний статической и динамической составляющих силы резания соответственно в каждой упругой обрабатывающей системе 2 каждого из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11. Затем результаты этих расшифровок через интерфейс связи 112 в цифровом виде поступают в компьютер средства числового программного управления 16, в котором численными методами анализируют поступающую информацию автономно от каждой упругой обрабатывающей системы 2 из пяти одновременно действующих с целью фиксации для каждой из них момента начала автоколебательного характера изменений динамической составляющей силы резания, а также момента равенства нулю производной изменения статической составляющей силы резания. Например, устанавливают первый факт наличия автоколебательного характера изменений динамической составляющей силы резания (по равенству фактической величины силы резания в каждой отдельной точке измерения на траектории продольного перемещения со среднеарифметическим значением этого параметра на всей длине траектории продольного перемещения), а также устанавливают факт равенства нулю приращения статической составляющей силы резания в упругой обрабатывающей системе с изделием N 1 на 50-ом продольном проходе стола 9 вдоль координатной оси X станка 1. К этому моменту обработки компьютер средства 16 числового программного управления зафиксирует величину отношения между статической Pс1 составляющей и двойной амплитудой динамической составляющей силы резания Pд1, равной 241,8 раз, а частоту динамической составляющей силы резания Pд1, равной 37,4 1/сек. При этом из расчетов компьютера следует, что постоянная времени T1 переходных процессов резания в этой упругой обрабатывающей системе равна 6,47 сек. Как следствие идентификации параметра T1, вычислительными операциями указанного компьютера для упругой обрабатывающей системы с изделием N 1 определяют:
- суммарную величину статической составляющей упругих деформаций, равной 12,08862 = 0,7(3)·q0 49·(6,47 + 23,5034)·75 (мкм);
- двойную амплитуду динамической составляющей упругих деформаций, равной 0,05 = 12,08862 + 241,8 (мкм);
- суммарную величину перемещения по координатной оси Z, равной 32,25 = 0,7(3)·(1-q0 49) + (1-q0) (мкм), где q0 = 0,995417;
- суммарный съем припуска за время выхода упругой обрабатывающей системы с изделием N 1 на установившийся размерно-регулируемый режим микрошлифования, равный 20,1614 = 32,25-12,0886 (мкм);
- количество возвратно-поворотных мод пластической деформации поверхности обрабатываемого кристалла, равное 40141, при равномерном удалении в установившемся дискретном режиме (в виде отдельных порций) множества единичных пластически деформированных стружек с размерами 0,05 мкм (с равным количеством таких стружек в 30 каждой указанной порции) в результате синхронного накопления усталости к возвратно-поворотным модам пластической деформации на границах между отдельными структурными ячейками деформируемой поверхности с линейными размерами ячеек 0,05 мкм;
- величину дополнительной врезной подачи от цифрового многоканального пьезоэлектрического привода 136 для воздействия на микромасштабном уровне в виде микроконцентраторов касательных напряжений в каждой точке последовательных одноразовых импульсных встреч вдоль пространственной траектории каждой заданной локальной точки из последовательности таких точек на обрабатываемой поверхности с каждой соответствующей вершиной 7 режущего зерна 85 из последовательности таких вершин на указанной расчетной траектории в виде спирали Архимеда на вращающейся производящей инструментальной поверхности 6. При этом приращение указанной дополнительной врезной подачи от точки к точке в указанной последовательности одноразовых импульсных встреч составляет 12,45 · 10-7 мкм/имп.The current information in each longitudinal passage on the amplitude and frequency of changes of the static and dynamic components of the cutting force in each autonomously functioning
- the total value of the static component of elastic strains equal to 12.08862 = 0.7 (3) · q 0 49 · (6.47 + 23.5034) · 75 (μm);
- the double amplitude of the dynamic component of elastic strains equal to 0.05 = 12.08862 + 241.8 (μm);
- the total amount of displacement along the coordinate axis Z equal to 32.25 = 0.7 (3) · (1-q 0 49 ) + (1-q 0 ) (μm), where q 0 = 0.995417;
- the total stock removal during the output of the elastic processing system with the product No. 1 at a steady size-controlled micro grinding mode, equal to 20.1614 = 32.25-12.0886 (μm);
- the number of reciprocating modes of plastic deformation of the surface of the processed crystal, equal to 40141, with uniform removal in a steady discrete mode (in the form of separate portions) of many single plastically deformed chips with dimensions of 0.05 μm (with an equal number of such chips in 30 of each specified portion ) as a result of the synchronous accumulation of fatigue to the reciprocating modes of plastic deformation at the boundaries between the individual structural cells of the deformable surface with linear dimensions cells 0.05 microns;
- the value of the additional cut-in feed from the digital multi-channel
Продолжают вести обработку по тому же закону изменения дискретной врезной подачи и устанавливают второй факт наличия автоколебательного характера динамической составляющей силы резания (по равенству фактической величины силы резания P в каждой отдельной точке измерения на траектории продольного перемещения среднеарифметическому значению параметра, взятой на всей длине траектории продольного перемещения), а также устанавливают факт равенства нулю приращения статической составляющей силы резания в упругой обрабатывающей системе с изделием N 2 на 70-м продольном проходе (по отношению к 69-му продольному проходу) стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X станка 1. К этому моменту обработки компьютер средства 16 числового программного управления фиксирует величину отношения между статической Pс2 составляющей и двойной амплитудой динамической составляющей силы резания Pд2 равной 583,7 раз, а частоту динамической составляющей силы резания P2 равной 34,09 1/сек. При этом из расчетов компьютера следует, что постоянная времени T2 переходных процессов резания (время задержки) в упругой обрабатывающей системе с изделием N 2 равна 17,124 сек. Как следствие идентификации параметра T2, вычислительными операциями указанного компьютера для упругой обрабатывающей системы с изделием N 2 определяют:
- статическую составляющую упругой деформации, равной 29.18608 = 0,7(3)·0,99541(6)69·((17,124·75) + 23,50345) мкм;
- двойную амплитуду динамической составляющей упругой деформации, которая равна 0,05 = 29,18608 + 583,7 мкм;
- суммарное перемещение по координатной оси Z, которая равна 43,4644 = (0,7(3)·[1-0,99541(6)69])+(1-0,99541(6)) мкм;
- суммарный съем припуска за время выхода упругой обрабатывающей системы с изделием N 2 на размерно-регулируемый режим микрошлифования, равный 14,27832 = 43,4644 - 29,18608 мкм;
- количество возвратно-поворотных мод пластической деформации поверхности обрабатываемого кристалла, равное 44004 при равномерном удалении в установившемся дискретном режиме (в виде отдельных порций) множества единичных пластически деформированных стружек с размерами 0,05 мкм (с равным количеством таких стружек в каждой указанной порции) в результате синхронного накопления усталости к возвратно-поворотным модам пластической деформации на границах между отдельными структурными ячейками с линейными размерами 0,05 мкм деформируемой поверхности;
- величину дополнительной врезной подачи от цифрового многоканального пьезоэлектрического привода 136 для воздействия на микромасштабном уровне в виде отдельных микроконцентраторов касательных напряжений в каждой точке последовательных одноразовых импульсных встреч вдоль пространственной траектории каждой заданной локальной точки из последовательности таких точек на обрабатываемой поверхности с каждой соответствующей вершиной 85 режущего зерна 7 из последовательности таких вершин на указанной расчетной траектории в виде спирали Архимеда на вращающейся производящей инструментальной поверхности 6. При этом приращение указанной дополнительной врезной подачи от точке к точке в указанной последовательности одноразовых импульсных встреч составляет 11,36·10-7 мкм/имп.They continue to process according to the same law of changing the discrete cut-in feed and establish the second fact of the presence of a self-oscillating nature of the dynamic component of the cutting force (by the equality of the actual value of the cutting force P at each individual measurement point on the longitudinal movement path to the arithmetic mean value of the parameter taken along the entire length of the longitudinal movement path ), and also establish the fact that the increment of the static component of the cutting force in the elastic processing system with
- the static component of elastic deformation equal to 29.18608 = 0.7 (3) · 0.99541 (6) 69 · ((17.124 · 75) + 23.50345) μm;
- the double amplitude of the dynamic component of the elastic strain, which is 0.05 = 29.18608 + 583.7 μm;
- the total displacement along the coordinate axis Z, which is 43.4644 = (0.7 (3) · [1-0.99541 (6) 69 ]) + (1-0.99541 (6)) μm;
- the total stock removal during the output of the elastic processing system with the
- the number of reciprocating modes of plastic deformation of the surface of the processed crystal, equal to 44004 with uniform removal in a steady discrete mode (in the form of separate portions) of many single plastically deformed chips with sizes of 0.05 μm (with an equal number of such chips in each specified portion) in the result of synchronous accumulation of fatigue to the reciprocating modes of plastic deformation at the boundaries between individual structural cells with linear dimensions of 0.05 μm deformable over spine;
- the value of the additional cut-in feed from the digital multi-channel
Кроме того, в процессе обработки от одного продольного прохода к другому между 51-м и 70-м продольными проходами вычислительными операциями в указанном компьютере средства 16 числового программного управления непрерывно определяют изменения параметров размерной настройки упругой обрабатывающей системы станка с изделием N 1. При этом итоговые изменения на 70-м продольном проходе составляют:
- снижение величины врезной подачи в точках реверса направления продольного перемещения стола 9 по оси X с 0,5855 до 0,5341 мкм;
- возрастание суммарной величины съема припуска с 20,1614 до 31,3758 мкм;
- снижение длины хода стола на участке действия дополнительной врезной подачи от цифрового пьезоэлектрического привода 136 с 23503,4 до 21440,2 мкм.In addition, during processing from one longitudinal passage to another between the 51st and 70th longitudinal passes by computational operations in the specified computer, the numerical control means 16 continuously determine changes in the dimensional settings of the elastic processing system of the machine with product No. 1. In this case, the final changes on the 70th longitudinal aisle are:
- reducing the size of the mortise feed at the reverse points of the longitudinal movement of the table 9 along the X axis from 0.5855 to 0.5341 microns;
- an increase in the total amount of stock removal from 20.1614 to 31.3758 microns;
- reducing the stroke length of the table in the area of operation of the additional mortise feed from the digital
Причем закон снижения от прохода к проходу как величины врезной подачи, так и снижение указанной длины хода стола на участке действия дополнительной врезной подачи идентичны друг другу и являются бесконечно убывающей геометрической прогрессией со знаменателем ряда q = 0,99541(6). Moreover, the law of decreasing from aisle to aisle both the size of the mortise feed and the decrease in the indicated table stroke length at the site of the additional mortise feed are identical to each other and are infinitely decreasing geometric progression with the denominator of the series q = 0.99541 (6).
Продолжают вести обработку по тому же закону изменения дискретной врезной подачи и по аналогии с первыми двумя фактами и устанавливают факт, что на 98-м продольном проходе в упругой обрабатывающей системе с изделием N 3 имеют место автоколебания динамической составляющей Pд3, а также факт равенства нулю приращения статической составляющей силы резания Pс3 по отношению к 97-му продольному проходу стола 9 вдоль координатной оси X станка 1.They continue to process according to the same law of changing the discrete cut-in feed and by analogy with the first two facts and establish the fact that on the 98th longitudinal pass in the elastic processing system with product No. 3 there are self-oscillations of the dynamic component P d3 , as well as the fact of equality to zero increments of the static component of the cutting force P c3 with respect to the 97th longitudinal passage of the table 9 along the coordinate axis X of the machine 1.
Аналогично первым двум указанным случаям фиксируют величину отношения между статической Pс3 и двойной амплитудой динамической составляющей силы резания Pд3 равной 818,787 раз, а частоту динамической оставляющей силы резания Pд3 фиксируют равной 29,973 1/сек. При этом вычислительными операциями в компьютере идентифицируют постоянную времени T3 переходных процессов резания (время задержки) в упругой обрабатывающей системе с изделием N 3 равной 27,317 сек при этом вычислительными операциями компьютера системы 16 числового программного управления также идентифицируют следующие параметры:
- статическую составляющую упругой деформации в обрабатывающей системе с изделием N 3, равной
40,9394 = 0,7(3)·0,99541(6)97·((27,317·75) + 23,5034) мкм;
- двойную амплитуду динамической составляющей автоколебаний в упругой обрабатывающей системе с изделием N 3, равной
0,05 = 40,9394 + 818,787 мкм;
- суммарное перемещение обрабатываемых изделий 11 на производящую инструментальную поверхность 6 по координатной оси Z, равное
57,53016 = (0,7(3)·[1-0,99541(6)97]) + (1-0,99541(6)) мкм;
- суммарный съем припуска за период выхода упругой обрабатывающей системы с изделием N 3 на размерно-регулируемый режим микрошлифования, равный 16,5908 = 57,53016-40,9394 мкм;
- количество возвратно-поворотных мод пластической деформации за период накопления усталости к таким деформациям для периодического дискретного образования отдельных порций из множества единичных пластически деформированных стружек, равное 50044 = (1500000 + 29,973) единиц в каждой отдельной такой порции;
- величину приращения дополнительной врезной подачи от цифрового многоканального пьезоэлектрического привода 136 от каждой предыдущей к каждой последующей точке - одноразовых импульсных встреч вдоль пространственной траектории каждой заданной локальной точки из последовательности таких точек на обрабатываемой поверхности с каждой соответствующей вершиной 7 режущего зерна 85 из последовательности таких вершин на указанной расчетной траектории в виде спирали Архимеда на вращающейся производящей инструментальной поверхности 6, которая составляет 10·10-7 мкм/имп.Similarly, the first two cases specified fixed value of the ratio between the static P c3 and double amplitude dynamic component of the cutting force P e3 equal to 818.787 times and frequency dynamic leaving the cutting force P e3 equal fixed 29.973 1 / s. While computing operations in a computer identify the time constant T 3 transients of cutting (delay time) in an elastic processing system with a
- the static component of elastic deformation in the processing system with the
40.9394 = 0.7 (3) · 0.99541 (6) 97 · ((27.317 · 75) + 23.5034) μm;
- double amplitude of the dynamic component of self-oscillations in an elastic processing system with a
0.05 = 40.9394 + 818.787 μm;
- the total movement of the processed
57.53016 = (0.7 (3) · [1-0.99541 (6) 97 ]) + (1-0.99541 (6)) μm;
- the total removal of allowance for the period when the elastic processing system with the product No. 3 reaches the size-controlled micro grinding mode, equal to 16.5908 = 57.53016-40.9394 microns;
- the number of reciprocating modes of plastic deformation during the period of accumulation of fatigue to such deformations for periodic discrete formation of individual batches from a plurality of single plastically deformed chips, equal to 50044 = (1500000 + 29.973) units in each individual such portion;
- the increment value of the additional mortise feed from the digital multi-channel
Кроме того, в процессе обработки между 70-м и 98-м продольными проходами непрерывными вычислительными операциями в указанном компьютере средства 16 числового программного управления определяют следующие изменения параметров размерной настройки автономно в каждой из упругих обрабатывающих систем как с изделием N 1, так и с изделием N 2. При этом итоговые изменения на 98- м продольном проходе составляют:
- снижение величины врезной подачи в точках реверса направления продольного перемещения стола по координатной оси X для изделия N 1 и для изделия N 2 с 0,5341 до 0,4697 мкм;
- возрастание суммарной величины съема припуска соответственно с изделия N 1 c 31,3758 до 45,4415 мкм, а с изделия N 2 с 14,2783 до 28,3441 мкм; снижение длины хода стола 9 на участке действия дополнительной врезной подачи от цифрового многоканального пьезоэлектрического привода 136 соответственно для изделия N 1 с 21440,2 до 18852,4 мкм и для изделия N 2 с 23503,4 до 20666,6 мкм. Причем закон снижения от прохода к проходу как врезной подачи, так и снижения длины хода стола на участке действия дополнительной врезной подачи идентичны друг другу и являются бесконечно убывающей геометрической прогрессией со знаменателем ряда q = 0,99541(6).In addition, in the process of processing between the 70th and 98th longitudinal passes by continuous computing operations in the specified computer, the numerical control means 16 determine the following changes in the dimensional adjustment parameters independently in each of the elastic processing systems with both product No. 1 and
- reducing the size of the mortise feed at the reverse points of the direction of longitudinal movement of the table along the coordinate axis X for product N 1 and for
- an increase in the total amount of stock removal, respectively, from item N 1 from 31.3758 to 45.4415 microns, and from
Продолжают вести обработку по тому же закону изменения дискретной врезной подачи и по аналогии с вышеуказанными тремя фактами устанавливают на 143-м продольном проходе в упругих обрабатывающих системах с изделиями N 4 и N 5 факт наличия автоколебаний динамических составляющих сил резания Pд4 и Pд5, а также факт равенства нулю приращений статических составляющих сил резания Pс4 и Pс5 по отношению к 142-му продольному проходу стола 9 вдоль координатной оси X. Аналогично вышеуказанным случаям фиксируют величину отношения между статической Pс4,5 и двойной амплитудой динамической составляющей Pд4,5 силы резания равный 1062,79 раз, а частоту динамической составляющей (автоколебаний) силы резания Pд4,5 фиксируют равной 24,376 1/сек. При этом вычислительными операциями в компьютере средства 16 числового программного управления идентифицируют постоянную времени T4,5 переходных процессов резания (времени задержки) в упругих обрабатывающих системах соответственно с изделиями N 4 и N 5 равной 43,6 сек. При этом вычислительными операциями указанного компьютера также идентифицируют следующие параметры:
- статическую составляющую упругой деформации в упругих обрабатывающих системах соответственно с изделиями N 4 и N 5
53,139235 = 0,7(3)·0,99541(6)142·((43,6·75) + 23,5034) мкм;
- двойную амплитуду динамической составляющей автоколебаний в упругих обрабатывающих системах с изделиями N 4 и N 5, равной
0,05 = 53,139235 + 1062,79 мкм;
- суммарное перемещение обрабатываемых изделий 11 на производящую инструментальную поверхность 6 по координатной оси Z, равное 76,667 = (0,7(3)·[1-0,99541(6)142]) + (1-0,99541(6)) мкм;
- суммарный съем припуска за период выхода упругих обрабатывающих систем с изделиями N 4 и N 5 на размерно-регулируемый режим микрошлифования, равный 23,528 = 76,667 - 53,139 мкм;
- количество возвратно-поворотных мод пластической деформации в размерно-регулируемом режиме микрошлифования для периодического (дискретного) образования отдельных порций из множества единичных пластически деформированных стружек, равное 61536 = (1500000 + 24,376) единиц в каждой отдельной такой порции;
- величину приращения дополнительной врезной подачи от цифрового многоканального пьезоэлектрического привода 136 на каждое очередное импульсное воздействие вершины 7 каждого режущего зерна 85 на каждую заданную локальную точку обрабатываемой поверхности, которое составляет 8,12·10-7 мкм/имп. Кроме того, в процессе обработки между 98-м и 143-м продольными проходами непрерывными вычислительными операциями в указанном компьютере средства 16 числового программного управления определялись следующие изменения параметров размерной настройки автономно в каждой их упругих обрабатывающих систем с изделиями N 1, N 2 и N 3. При этом итоговые изменения на 143-м продольном проходе составляет:
- снижение величины врезной подачи, в точках реверса направления продольного перемещения стола по координатной оси X для изделий N 1, N 2 и N 3 с 0,4697 до 0,38194 мкм;
- возрастание суммарной величины съема припуска соответственно с изделия N 1 с 45,4415 до 64,5784 мкм, с изделия N 2 с 28,3441 до 47,481 мкм и с изделия N 3 с 16,591 до 35,728 мкм;
- снижение длины хода стола 9 на участке действия дополнительной врезной подачи от цифрового пьезоэлектрического привода 136 соответственно для изделия N 1 с 18852,4 до 15331,6 мкм, для изделия N 2 с 20666,6 до 16806,95 мкм и для изделия N 3 с 23503,4 до 19114,0 мкм.They continue to process according to the same law of changing the discrete mortise feed and, by analogy with the above three facts, establish the fact of the presence of self-oscillations of the dynamic components of the cutting forces P d4 and P d5 on the 143rd longitudinal aisle in elastic processing systems with
- the static component of elastic deformation in elastic processing systems, respectively, with
53.139235 = 0.7 (3) · 0.99541 (6) 142 · ((43.6 · 75) + 23.5034) μm;
- double amplitude of the dynamic component of self-oscillations in elastic processing systems with
0.05 = 53.139235 + 1062.79 microns;
- the total movement of the processed
- the total removal of allowance for the period when the elastic processing systems with
- the number of reciprocating modes of plastic deformation in a size-controlled micro grinding mode for the periodic (discrete) formation of individual batches from a plurality of single plastically deformed chips, equal to 61536 = (1500000 + 24.376) units in each individual such portion;
- the increment value of the additional mortise feed from the digital multi-channel
- reducing the size of the mortise feed, at the reverse points of the direction of longitudinal movement of the table along the coordinate axis X for products N 1,
- an increase in the total amount of stock removal respectively from item N 1 from 45.4415 to 64.5784 microns, from
- reducing the stroke length of the table 9 in the area of operation of the additional mortise feed from the digital
Причем закон снижения от прохода к проходу как врезной подачи, так и снижения длины хода стола 9 на участке действия дополнительной врезной подачи идентичны друг другу и являются бесконечно убывающей геометрической прогрессией со знаменателем ряда q = 0,99541(6). Moreover, the law of decreasing from aisle to aisle of both mortise feed and decrease in the stroke length of table 9 at the site of action of the additional mortise feed is identical to each other and is an infinitely decreasing geometric progression with the denominator of the series q = 0.99541 (6).
Таким образом, суммарное время этапа идентификации параметров упругости автономно каждой из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих систем при одновременной обработке твердоструктурных и хрупких с анизотропными механическими характеристиками материалов одновременно пяти изделий составляет 60,06 = (630000·143 + 1500000) сек. Thus, the total time of the identification stage of the elastic parameters independently of each of the five simultaneously operating elastic processing systems while simultaneously processing hard-structured and brittle materials with anisotropic mechanical characteristics of five products simultaneously is 60.06 = (630000 · 143 + 1500000) sec.
В компьютере устройства 16 числового программного управления рассчитывают параметры упорядоченного динамического воздействия режимами интенсивности съема припуска автономно на каждую из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих систем для устойчивого осуществления размерно-регулируемого бездефектного микрошлифования каждого конкретного из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 с учетом фактических анизотропных характеристик автономно каждого из них. При этом исходят из следующих условий:
- каждое периодическое синхронное образование и послойное одновременное удаление множества единичных пластически деформированных стружек с обрабатываемых поверхностей каждого из изделий 11 осуществляют с площадок идентичных друг другу по площади поверхности макромасштабного уровня, по конфигурации очертания границ этих площадок, по толщине слоя микромасштабного уровня, равного линейному размеру единичной пластически деформированной стружки и величине микронеровностей Rz = 0,05 мкм на поверхности готового изделия;
- идентичности количества единичных пластически деформированных стружек в каждом указанном множестве с количеством возвратно-поворотных мод пластической деформации за время каждого одного периода автоколебаний динамической составляющей упругой деформации в соответствующей обрабатывающей системе 2.In the computer of the
- each periodic synchronous formation and simultaneous layer-by-layer removal of a plurality of individual plastically deformed shavings from the machined surfaces of each of the
- the identity of the number of individual plastically deformed chips in each specified set with the number of reciprocating modes of plastic deformation during each one period of self-oscillations of the dynamic component of elastic deformation in the
Например, выбирают конфигурацию границ указанных площадок в виде окружностей. Определяют площадь указанных площадок в виде суммы отдельных квадратной формы миниплощадок с размерами сторон, каждой из них микромасштабного уровня равной Rz = 0,05 мкм, и с количеством, равным количеству указанного множества единичных пластически деформированных стружек, синхронно образуемых и периодически одновременно удаляемых с обрабатываемых поверхностей изделий 11 за время каждого одного периода автоколебаний динамической составляющей упругой деформации в соответствующей обрабатывающей системе 2. Определяют на указанных площадках обрабатываемых поверхностей 11, разделенных в координатных осях X-Y на отдельные квадраты с размерами каждой из сторон в 0,05 мкм, последовательность координатных локальных точек одноразовых импульсных контактов указанных микроплощадок с заданными вершинами 7 режущих зерен 85 последовательности расчетной траектории, расположенной на вращающейся производящей инструментальной поверхности 6. Например, определяют указанную последовательность координат локальных точек указанных одноразовых импульсных контактов в виде спирали, раскручавающейся из центра указанных граничных окружностей по правилу "хода коня" на шахматной доске с длиной единичного "хода" от одного импульсного воздействия до другого, равного
Руководствуются указанными правилами в компьютере средства 16 числового программного управления станком 1 вычисляют автономно для каждого из 5-ти одновременно обрабатываемых изделий 11 следующие параметры:
- площадь указанных площадок соответственно для изделия N 1 - 100,3525 мкм2; для изделия N 2 - 110,01 мкм2; для изделия N 3 - 125,11 мкм2 и для изделий N 4 и N 5 - 153,84 мкм2;
- диаметры окружностей, ограничивающей площадь указанных площадок, соответственно для изделия N 1 - 11,3 мкм; для изделия N 2 - 11,84 мкм; для изделия N 3 - 12,62 мкм и для изделий N 4 и N 5 - 14,0 мкм;
- скорость продольного перемещения обрабатываемых изделий 11 относительно производящей поверхности 6 в плоскости формообразования вдоль траектории от одного из центров указанных границ окружностей к другому центру по мере послойного дискретного удаления припуска в виде множества единичных пластически деформированных стружек соответственно для изделия N 1 - 422,4 мкм/сек; для изделия N 2 - 403,4 мкм/сек; для изделия N 3 - 378,3 мкм/сек и для изделий N 4 и N 5 - 341,2 мкм/сек;
- величину единичной подачи, общей для всех пяти одновременно обрабатываемых изделий 11, равной 0,382 мкм;
- суммарную величину перемещения в виде дискретных единичных подач всех пяти одновременно обрабатываемых изделий по нормали к плоскости формообразования в положение, соответствующее положению "начала отсчета" вдоль координатной оси Z станка 1, равное 83,(3) мкм для дальнейшего удаления припуска;
- количество циклов последовательного послойного удаления припуска автономно с каждого из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11, равное 1667;
- количество единичных подач для всех пяти одновременно обрабатываемых изделий в ходе дальнейшего съема припуска, равное 218;
- суммарная длина траектории продольного перемещения, спроектированная на координатную ось X в плоскости формообразования автономно каждого из пяти одновременно обрабатываемых изделий относительно производящей инструментальной поверхности при последовательном осуществлении 1667 циклов послойного удаления припуска, в том числе для изделия N 1 - 18837,1 мкм; для изделия N 2 - 19737,3 мкм; для изделия N 3 - 21037,5 мкм и для изделий N 4 и N 5 - 23333,35 мкм;
- шаг длины траектории продольного перемещения между двумя "соседними" врезными подачами, равный соответственно для изделия N 1 - 86,41 мкм; для изделия N 2 - 90,54 мкм; для изделия N 3 - 96,5 мкм и для изделий N 4 и N 5 - 107,03 мкм;
- суммарная длина траектории продольного перемещения в плоскости формообразования (оси X-Y) обрабатываемых поверхностей изделий 11 относительно производящей инструментальной поверхности 6 за время одного цикла послойного удаления припуска в виде множества единичных пластически деформированных стружек, соответственно равная для изделия N 1 - 6346,85 мкм; для изделия N 2 - 6957,64 мкм; для изделия N 3 - 7912,65 мкм и для изделий N 4 и N 5 - 9729,7 мкм;
- суммарное время осуществления съема припуска на этапе размерно-регулируемого режима бездефектного микрошлифования, соответственно равное для изделия N 1 - 44,61 сек; для изделия N 2 - 48,9 сек; для изделия N 3 - 55,62 сек и для изделий N 4 и N 5 - 68,39 сек.For example, choose the configuration of the boundaries of these sites in the form of circles. The area of these sites is determined in the form of the sum of individual square-shaped mini-sites with side sizes, each of them at a microscale level equal to R z = 0.05 μm, and with an amount equal to the number of the specified set of unit plastically deformed chips, synchronously formed and periodically simultaneously removed from the processed surfaces of
Guided by the indicated rules in the computer, the
- the area of these sites, respectively, for the product N 1 - 100.3525 μm 2 ; for product N 2 - 110.01 μm 2 ; for product N 3 - 125.11 μm 2 and for
- the diameters of the circles, limiting the area of these sites, respectively, for the product N 1 - 11.3 microns; for product N 2 - 11.84 microns; for product N 3 - 12.62 microns and for
- the speed of the longitudinal movement of the
- the value of a single feed, common to all five simultaneously processed
- the total amount of movement in the form of discrete unit feeds of all five simultaneously processed products along the normal to the plane of shaping to a position corresponding to the position of the "reference point" along the coordinate axis Z of machine 1, equal to 83, (3) microns for further removal of stock;
- the number of cycles of sequential layer-by-layer removal of allowance independently from each of the five simultaneously processed
- the number of unit feeds for all five simultaneously processed products during further stock removal, equal to 218;
- the total length of the trajectory of longitudinal movement, projected onto the coordinate axis X in the plane of shaping autonomously of each of the five simultaneously processed products relative to the producing tool surface with the sequential implementation of 1667 cycles of layer-by-layer allowance removal, including for product No. 1 - 18837.1 μm; for product N 2 - 19737.3 μm; for product N 3 - 21037.5 microns and for
- the step of the length of the trajectory of longitudinal movement between two "adjacent" mortise feeds, respectively equal for product N 1 - 86.41 microns; for product N 2 - 90.54 microns; for product N 3 - 96.5 microns and for
- the total length of the trajectory of longitudinal movement in the plane of shaping (XY axis) of the machined surfaces of the
- the total time for removal of the allowance at the stage of size-controlled regime of defect-free micro grinding, respectively equal to product N 1 - 44.61 sec; for product N 2 - 48.9 sec; for product N 3 - 55.62 sec and for
Из полученных данных назначают начальные режимы интенсивности съема припуска, общие для всех пяти одновременно обрабатываемых изделий на этапе размерно-регулируемого бездефектного микрошлифования, в том числе:
- диаметр окружности, ограничивающей площадь площадки контакта производящей инструментальной поверхности 6 с обрабатываемыми поверхностями при обработке изделий N 4 и N 5, равный 14 мкм;
- скорость продольного перемещения от одной площадки контакта к другой соответствует режимам обработки для изделий N 4 и N 5, равная 341,2 мкм/сек;
- величину врезной подачи через каждые 107,03 мкм продольного перемещения, равной 0,382 мкм;
- суммарное количество циклов послойного с размерами 0,05 мкм удаления припуска с суммарной величиной 83,(3) мкм, равное 1667;
- суммарное количество циклов технологической диагностики процесса бездефектного размерно-регулируемого микрошлифования, равное 297;
- суммарная длина продольного перемещения стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X станка 1, равная 27496 мкм;
- суммарное расчетное время осуществления этапа съема припуска в режиме размерно-регулируемого бездефектного микрошлифования, равное 80,571 сек;
- величину статической составляющей упругой деформации в каждой автономной из пяти одновременно функционирующих обрабатывающих системах, соответственно равная для изделия N 1 - 12,08862 мкм; для изделия N 2 - 29,1861 мкм; для изделия N 3 - 40,9394 мкм и для изделий N 4 и N 5 - 53,1392 мкм;
- величину приращения врезной подачи на каждое импульсное воздействие вершин 7 режущих зерен 85 на обрабатываемую поверхность, соответственно равная для изделия N 1 - 12,45·10-7 мкм/имп; для изделия N 2 - 11,36·10-7 мкм/имп; для изделия N 3 - 10·10-7 мкм/имп и для изделий N 4 и N 5 - 8,12·10-7 мкм/имп.From the obtained data, the initial regimes of the intensity of stock removal are assigned, common to all five simultaneously processed products at the stage of size-controlled defect-free micro grinding, including:
- the diameter of the circle limiting the area of the contact area of the producing
- the speed of longitudinal movement from one contact area to another corresponds to the processing modes for
- the value of the mortise feed every 107.03 microns of longitudinal movement equal to 0.382 microns;
- the total number of layered cycles with dimensions of 0.05 μm removal of stock with a total value of 83, (3) μm, equal to 1667;
- the total number of cycles of technological diagnostics of the process of defect-free size-controlled micro grinding, equal to 297;
- the total length of the longitudinal movement of the table 9 relative to the
- the total estimated time of the implementation phase of the stock removal allowance in the mode of size-controlled defect-free micro grinding, equal to 80.571 sec;
- the value of the static component of elastic deformation in each autonomous of five simultaneously functioning processing systems, respectively equal for product N 1 - 12.08862 μm; for product N 2 - 29.1861 microns; for product N 3 - 40.9394 microns and for
- the magnitude of the increment of the mortise feed for each pulse action of the peaks 7 of the cutting
Затем осуществляют второй этап съема припуска с обрабатываемых изделий 11 в условиях размерно-регулируемого бездефектного микрошлифования с режимами, соответствующими фактическим параметрам упругости в обрабатывающих системах. При этом через каждые 17 циклов микрошлифования с послойным (по 0,05 мкм в каждом слое) удалением припуска в виде множества единичных пластически деформированных стружек (то есть через каждые 0,6974 сек) последовательно осуществляют процесс технологического диагностирования в течение 0,123 сек, состоящее из следующих друг за другом трех циклов микрошлифования в режиме "выхаживания" (то есть без принудительной врезной подачи для идентификации фактического состояния упругости автономно в каждой из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих системах). Then carry out the second stage of removal of allowance from the processed
На время процесса технологического диагностирования выключают врезную подачу от цифрового многоканального пьезоэлектрического привода 136 и включают систему 34 оперативного контроля силовых параметров резания с многоканальным цифровым анализатором сигналов 113. В процессе технологического диагностирования в режиме "выхаживания" соотносят друг с другом последовательное от одного цикла к другому изменение статических составляющих сил резания PI, PII, PIII автономно в каждой из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих системах и затем компьютерными вычислениями определяют соответствующие фактические величины указанных времен задержки T (то есть постоянных времени переходных процессов резания), а также определяют последовательное (в ходе съема припуска) изменение статических и динамических составляющих упругих деформаций в обрабатывающих системах по формулам:
Здесь индекс "i" - обозначает порядковый номер процесса осуществления технологического диагностирования (с N 1 по N 99),
Δti - время одного цикла (равное 0,041 сек), q0 - знаменатель геометрической прогрессии снижения статической составляющей упругой деформации в обрабатывающей системе от одного цикла (в режиме "выхаживания") к другому такому циклу в процессе осуществления каждого процесса технологического диагностирования. При этом в результате осуществления первого процесса технологического диагностирования компьютерные вычисления фиксируют факт снижения статических составляющих упругих деформаций в обрабатывающих системах соответственно на изделии N 1 с 12,08862 мкм до 11,93985 мкм; на изделии N 2 с 29,18608 мкм до 29,036592 мкм; на изделии N 3 с 40,939353 до 40,789719 мкм и на изделиях N 4 и N 5 с 53,139235 до 52,989502 мкм.For the duration of the process of technological diagnostics, the cut-in supply from the digital multi-channel
Here the index "i" - denotes the serial number of the process of technological diagnostics (N 1 to N 99),
Δt i is the time of one cycle (equal to 0.041 sec), q 0 is the denominator of the geometric progression of the decrease in the static component of elastic deformation in the processing system from one cycle (in the “nursing” mode) to another such cycle during each process of technological diagnostics. Moreover, as a result of the first process of technological diagnostics, computer calculations record the fact of reducing the static components of elastic strains in the processing systems, respectively, on the product N 1 from 12.08862 microns to 11.93985 microns; on product No. 2 from 29.18608 μm to 29.036592 μm; on product No. 3 from 40.939353 to 40.789719 μm and on products No. 4 and No. 5 from 53.139235 to 52.989502 μm.
Как следствие изменения статических составляющих упругих деформаций при постоянстве фактических величин постоянных времени переходных процессов резания автономно в каждой из пяти одновременно действующих обрабатывающих системах компьютерными вычислениями уточняют параметры режимов динамического воздействия на обрабатываемые поверхности автономно каждого из пяти одновременно обрабатываемых изделий для последующих (с 18-го по 34-й) циклов микрошлифования с принудительной врезной подачей от цифрового многоканального пьезоэлектрического привода 136. При этом величину дискретной врезной подачи на 22-м и 31-м циклах от привода 14 врезных подач по координатной оси Z станка 1 изменяют с 0,381943 мкм на 0,380866 мкм. Количество возвратно-поворотных мод деформаций для дискретного образования множества единичных пластически деформированных стружек изменится соответственно для изделия N 1 с 40141 до 40641, для изделия N 2 с 44004 до 44230, для изделия N 3 с 50044 до 50228 и для изделий N 4 и N 5 с 61536 до 61710. Скорость продольного перемещения стола 9 по координатной оси X относительно суппорта 8 снижают с 341,263 мкм/сек до 340,674 мкм/сек. Кроме того, снижают величину приращения врезной подачи на каждое импульсное воздействие вершин 7 режущих зерен 85 на обрабатываемую поверхность соответственно для изделия N 1 с 12,45·10-7 мкм/имп до 12,3·10-7 мкм/имп, для изделия N 2 с 11,36·10-7 мкм/имп до 11,3·10-7 мкм/имп, для изделия N 3 с 10·10-7 мкм/имп до 9,95·10-7 мкм/имп, для изделий N 4 и N 5 с 8,12·10-7 мкм/имп до 8,1·10-7 мкм/имп.As a result of changes in the static components of elastic deformations with constant actual values of the time constant of the transition processes of cutting autonomously in each of the five simultaneously operating processing systems, the parameters of the modes of dynamic action on the machined surfaces autonomously of each of the five simultaneously processed products for subsequent (from the 18th to 34th) micro grinding cycles with forced cut-in feed from digital multi-channel
И так далее после каждого последующего процесса технологического диагностирования уточняют параметры динамических воздействий автономно на каждую из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих систем. В том случае, когда требования к качеству по бездефектности приповерхностного слоя обработанной поверхности готового изделия позволяют осуществить обработку только одним шлифовальным кругом (например, при обработке "ювелирных вставок"), тогда после осуществления последнего 99-го процесса технологического диагностирования компьютерные вычисления зафиксируют факт сохранения неизменным постоянную времени переходных процессов резания автономно в каждой упругой обрабатывающей системе из пяти одновременно действующих. И при этом фиксируют относительно начальной стадии второго этапа обработки снижение величин статических составляющих упругих деформаций соответственно на изделии N 1 с 12,08862 мкм до 3,547955 мкм, на изделии N 2 с 29,18608 мкм до 17,554686 мкм, на изделии N 3 с 40,939353 мкм до 28,490827 мкм и на изделиях N 4 и N 5 с 53,139235 мкм до 40,189038 мкм. В конечной стадии второго этапа обработки величина дискретной врезной подачи от привода 14 врезных дискретных подач по координатной оси Z станка 1 снижают с 0,38194276 мкм до 0,288862122 мкм. And so on, after each subsequent process of technological diagnostics, the parameters of dynamic actions are autonomously specified on each of the five simultaneously operating elastic processing systems. In the case where the quality requirements for the defect-free surface layer of the processed surface of the finished product allow processing with only one grinding wheel (for example, when processing “jewelry inserts”), then after the last 99th process of technological diagnostics, computer calculations will record the fact that they remain unchanged the time constant of the transitional processes of cutting autonomously in each of the elastic processing system of five simultaneously operating. And at the same time, the decrease in the values of the static components of elastic strains, respectively, on the product N 1 from 12.08862 μm to 3.547955 μm, on the
Количество возвратно-поворотных мод деформаций для периодического дискретного образования отдельных порций множества из единичных пластически деформированных стружек при этом изменяется соответственно для изделия N 1 с 40141 до 136769, для изделия N 2 с 44004 до 73173, для изделия N 3 с 50044 до 71910 и для изделий N 4 и N 5 с 61536 до 81365, а диаметр окружностей, ограничивающей площадь указанных площадок контакта за время одного периода дискретного образования одной порции из единичных пластически деформированных стружек, возрастет соответственно для изделия N 1 с 11,3 мкм до 20,865 мкм, для изделия N 2 с 11,84 мкм до 15,26162 мкм, для изделия N 3 с 12,62 мкм до 15,129 мкм и для изделий N 4 и N 5 с 14,0 мкм до 16,093 мкм. The number of reciprocating deformation modes for the periodic discrete formation of individual portions of a plurality of single plastically deformed shavings in this case changes accordingly for product N 1 from 40141 to 136769, for
Скорость продольного перемещения стола 9 вдоль координатной оси X относительно суппорта 8 снижают с 341,263 мкм/сек до 228,835 мкм/сек. Кроме того снижают величину приращения врезной подачи на каждое импульсное воздействие вершин 7 режущих зерен 85 производящей инструментальной поверхности 6 на обрабатываемые поверхности соответственно для изделия N 1 с 12,45·10-7 мкм/имп до 3,65·10-7 мкм/имп, для изделия N 2 с 11,36·10-7 мкм/имп до 6,83·10-7 мкм/имп; для изделия N 3 с 10·10-7 мкм/имп до 6,95·10-7 мкм/имп и для изделий N 4 и N 5 с 8·10-7 мкм/имп до 6,14·10-7 мкм/имп.The speed of longitudinal movement of the table 9 along the coordinate axis X relative to the
Таким образом в случае обработки изделий из натуральных алмазов типа "ювелирная вставка" (одной грани) суммарное перемещение по координатной оси Z от привода 14 дискретных врезных подач на втором этапе размерно-регулируемого бездефектного микрошлифования составит 72,748565 мкм, а в сумме с указанным первым этапом обработки составит 149,416 мкм. Время съема припуска на указанном втором этапе обработки составит 96,475 сек, а в сумме со временем первого этапа обработки составит 156,535 сек. Thus, in the case of processing jewelry-made natural diamond products (of one face), the total displacement along the coordinate axis Z from the drive of 14 discrete mortise feeds at the second stage of size-controlled defect-free micro grinding will be 72.748565 microns, and in total with the first the processing step will be 149.416 microns. The stock removal time at the specified second processing stage will be 96.475 seconds, and in total with the time of the first processing stage it will be 156.535 seconds.
В том случае, когда обработке подвергают изделия из натуральных алмазов с повышенными требованиями к качеству по бездефектности приповерхностного слоя (например, изделия нано- или микроэлектроники) путем последовательного удаления припуска указанными первым, вторым, а затем и третьим шлифовальными кругами, после каждого очередного процесса технологического диагностирования в момент осуществления каждой очередной врезной подачи восстанавливают величину статической составляющей упругих деформаций только в обрабатывающей системе на изделии N 1. In the case when natural diamond products are subjected to processing with increased quality requirements for the defect-freeness of the surface layer (for example, products of nano- or microelectronics) by sequentially removing the allowance indicated by the first, second, and then third grinding wheels, after each next technological process diagnostics at the time of each subsequent mortise feed restore the value of the static component of elastic deformations only in the processing system on product N 1.
Далее продолжают процесс обработки таких изделий на втором этапе аналогично вышеописанному и после каждого последующего процесса технологического диагностирования уточняют параметры динамического воздействия автономно на каждую из пяти одновременно действующих упругих обрабатывающих систем. Then, the processing of such products is continued at the second stage in the same way as described above, and after each subsequent process of technological diagnostics, the parameters of the dynamic effect of autonomously affecting each of the five simultaneously operating elastic processing systems are specified.
При этом после осуществления последнего 99-го процесса технологического диагностирования компьютерными вычислениями фиксируют факт сохранения неизменным постоянной времени переходных процессов резания автономно в каждой упругой обрабатывающей системе и фиксируют относительно начальной стадии второго этапа "факт снижения величин статических составляющих упругих деформаций соответственно на изделии N 2 с 29,18608 мкм до 29,0294 мкм, на изделии N 3 с 40,939353 мкм до 40,719578 мкм и на изделиях N 4 и N 5 с 53,139235 мкм до 52,853968 мкм. При этом величину дискретной врезной подачи от привода 14 по координатной оси Z снижают с 0,38194276 мкм до 0,379892378 мкм. In this case, after the last 99th process of technological diagnostics is carried out by computer calculations, the fact of maintaining a constant time constant of the cutting cutting transients autonomously in each elastic processing system is recorded and, relative to the initial stage of the second stage, the “fact of reducing the values of the static components of elastic deformations, respectively, on the
Количество указанных возвратно-поворотных мод пластической деформации для изделия N 1 сохранится неизменным и составит 40141, для изделия N 2 изменится с 44004 до 44372, для изделия N 3 изменится с 50044 до 50462 и для изделий N 4 и N 5 изменится с 61536 до 61869. The number of the indicated reciprocating modes of plastic deformation for product No. 1 will remain unchanged at 40141, for product No. 2 it will change from 44004 to 44372, for product No. 3 it will change from 50,044 to 50462 and for product No. 4 and No. 5 it will change from 61536 to 61869 .
Пропорционально указанным изменениям соответственно незначительно корректируют остальные параметры микрорезания. В этом случае суммарная величина перемещения за период второго этапа обработки составит 82,93103 мкм, а в сумме с первым этапом обработки составит 159,598 мкм. Время съема припуска на втором этапе обработки составит 80,7898 сек, а в сумме со временем первого этапа обработки составит 140,85 сек. In proportion to the indicated changes, accordingly, the remaining parameters of microcutting are slightly adjusted. In this case, the total displacement for the period of the second stage of processing will be 82.93103 microns, and in total with the first stage of processing will be 159.598 microns. The stock removal time at the second processing stage will be 80.7898 seconds, and in total with the time of the first processing stage it will be 140.85 seconds.
Управление приводами 12, 13, 14, 124 и 125 в вышеуказанных процессах обработки осуществляют в режиме прямого счета управляющих импульсов с частотой, соответствующей частоте воздействия на обрабатываемые поверхности изделий 11 каждого радиального выступа 86 (30000 радиальных выступов) производящей инструментальной поверхности 6, вращающейся со скоростью 3000 об/мин от привода 15. The
Например, возможно задание частоты управляющих импульсов в устройстве 16 числового программного управления по информации от импульсного кругового датчика (с 30000-м количеством штрихов за один оборот), установленного на приспособлении 4 для крепления режущего инструмента 5. Таким образом, указанная частота управляющих импульсов составляет 1500000 1/сек. Так же как и в процессе обработки управление вспомогательными координатными перемещениями исполнительных органов станка 1, например, при его перенастройке на обработку другой партии изделий 11 из пяти штук, осуществляют в режиме прямого счета управляющих импульсов. For example, it is possible to set the frequency of control pulses in the
При этом во время переустановочного координатного перемещения стола 9 вместе с обрабатываемыми изделиями 11 вдоль координатной оси X в сторону "плюс" на величину 137500 мкм общее количество управляющих импульсов в системе 16 числового программного управления составит 2827786 импульсов, из которых первые 79993 и последние 79993 управляющих импульсов используют для управления двигателями 30 и 31 привода 12 соответственно на стадии "разгона" скорости движения стола 9 от 0 до 75 мм/сек и на стадии "торможения" скорости движения стола 9 от 75 до 0 мм/сек. Кроме того, за время перемещения стола 9 на длину хода 27500 мкм, то есть за 589827 управляющих импульсов, также осуществляют "отскок" обрабатываемых изделий 11 от производящей поверхности 6 на величину припуска равную 159,6 мкм путем соответствующего перемещения суппорта 8 по наклонным направляющим 60 станины 3 вдоль координатной оси X' на величину "плюс" 1596 мкм в сторону "с горы" от двигателя 63 привода 14. At the same time, during the reset coordinate movement of the table 9 along with the
В процессе "разгона" в системе 16 числового программного управления для каждого из двух двигателей привода 12 решается соответствующее интерполяционное уравнение. In the process of "acceleration" in the
Для управления двигателем 30 последовательно в функции порядкового номера (с момента начала стадии "разгона") управляющего импульса, например, решается интерполяционное уравнение:
где M20 - число пропущенных управляющих импульсов за время между двумя последовательными воздействующими импульсами на двигатель 30;
K20 - количество равномерно воздействующих импульсов в каждом временном интервале, между которыми укладывается M20-ое количество управляющих импульсов.To control the
where M 20 is the number of missed control pulses during the time between two consecutive acting pulses on the
K 20 - the number of uniformly acting pulses in each time interval, between which fit M 20- th number of control pulses.
В конце стадии "разгона" в режиме интерполяции последнее интерполяционное уравнение (перед выходом двигателя 30 на стационарный режим работы) имеет вид:
из которого следует, что K20 = 588 раз при числе пропущенных управляющих импульсов, равном 16. Предпоследнее интерполяционное уравнение имеет вид:
из которого следует, что K20 = 231 раз при числе пропущенных управляющих импульсов, равном 17.At the end of the "acceleration" stage in the interpolation mode, the last interpolation equation (before the
from which it follows that K 20 = 588 times with the number of skipped control pulses equal to 16. The penultimate interpolation equation has the form:
from which it follows that K 20 = 231 times with the number of skipped control pulses equal to 17.
И так далее последовательное за 92 раза решение интерполяционных уравнений дает результат, что в начальной стадии "разгона" двигателя 30 расстояние между первым и вторым воздействующими импульсами по времени составляет 1573 управляющих импульса, а расстояние между вторым и третьим воздействующими импульсами на двигатель 30 по времени составляет 634 управляющих импульса. За все время стадии "разгона", эквивалентного 79993 управляющих импульсов, в результате последовательного решения указанных интерполяционных уравнений суммарное количество воздействующих на двигатель 30 импульсов составит 2666 единиц. And so on, solving the interpolation equations sequentially over 92 times gives the result that in the initial stage of the “acceleration” of
Аналогичным образом в режиме прямого счета управляющих импульсов осуществляется управление двигателем 30 на стадии его торможения. Similarly, in the direct counting mode of control pulses, the
В режиме прямого счета управляющих импульсов также осуществляют управление двигателем 31 привода 12 последовательным в функции порядкового номера (с момента начала стадии "разгона") управляющего импульса, например, в системе 16 числового программного управления решают интерполяционное уравнение вида:
где M31 - число пропущенных управляющих импульсов за время между двумя последовательными воздействующими импульсами на двигатель 31;
K31 - количество равномерно воздействующих импульсов в каждом временном интервале, между которыми укладывается M31-ое количество управляющих импульсов.In the mode of direct counting of control pulses, the
where M 31 is the number of missed control pulses during the time between two consecutive acting pulses on the
K 31 - the number of uniformly acting pulses in each time interval, between which fit the M 31- th number of control pulses.
В конце стадии "разгона" в режиме интерполяции последнее интерполяционное уравнение (перед выходом двигателя 31 на стационарный режим работы) имеет вид:
из которого следует, что K31 = 14 раз при числе пропущенных управляющих импульсов, равным 108.At the end of the stage of "acceleration" in the interpolation mode, the last interpolation equation (before the
from which it follows that K 31 = 14 times with the number of skipped control pulses equal to 108.
Предпоследнее интерполяционное уравнение имеет вид:
из которого следует, что K31 = 6 раз при числе пропущенных управляющих импульсов, равным 109.The penultimate interpolation equation has the form:
from which it follows that K 31 = 6 times with the number of skipped control pulses equal to 109.
И так далее последовательное за 177 раз решение интерполяционных уравнений дает результат, что в начальной стадии "разгона" двигателя 31 расстояние между первым и вторым воздействующими импульсами по времени составляет 3319 управляющих импульса, а расстояние между вторым и третьим воздействующими импульсами на двигатель 31 по времени составляет 1984 управляющих импульса. За все время стадии "разгона", эквивалентного 79978 управляющих импульсов, в результате последовательного решения указанных интерполяционных уравнений суммарное количество воздействующих на двигатель 31 импульсов составит 375 единицы. And so on, solving the interpolation equations sequentially 177 times gives the result that in the initial stage of “acceleration” of the
Аналогичным образом по тем же интерполяционным уравнениям (только в обратном порядке) осуществляют управление двигателями 30 и 31 привода 12 на стадии "торможения". Similarly, according to the same interpolation equations (only in the reverse order), the
Управляющая программа отдельно для стадии "разгона" и для стадии "торможения" двигателей 30 и 31, (например, типа ДШИ) привода 12 в реальном масштабе времени рассчитывается по указанным интерполяционным уравнениям компьютером системы 16 числового программного управления и по интерфейсу связи 40 поступает в многоканальный линейный микроинтерполятор 41 с буферной памятью, где она преобразуется в соответствующие покадровые управляющие программы отдельно для "правой" и для "левой" сторон дискретного вращения соответственно каждому шаговому двигателю 30 и 31 в виде частоты и количества воздействующих импульсов в каждом отдельном кадре. The control program separately for the stage of "acceleration" and for the stage of "braking" of the
При этом управляющая программа первого кадра стадии "разгона" для двигателей 30 и 31 при перемещении стола 9 в сторону "плюс" вдоль координатной оси X соответственно содержит информацию, что на частоте 953,6 1/сек на двигатель 30 воздействует один импульс, и на частоте 452 1/сек на двигатель 31 воздействует также один импульс. Управляющая программа второго кадра стадии "разгона" для двигателей 30 и 31 соответственно содержит информацию, что на частоте 2366 1/сек на двигатель 30 воздействует один импульс и на частоте 756 1/сек на двигатель 31 воздействует также один импульс. В конечной фазе стадии "разгона" управляющая программа 91-го кадра для двигателя 30 содержит информацию, что на 70581-м управляющем импульсе на частоте 88235,3 1/сек на двигатель 30 воздействуют 231 импульс, а на 79993-м управляющем импульсе, то есть на 92-м кадре, на частоте 93750 1/сек на двигатель 30 воздействуют 588 импульсов. То же самое в конечной фазе стадии "разгона", управляющая программа 176-го кадра для двигателя 31 содержит информацию, что на 78463-м управляющем импульсе на частоте 13761,5 1/сек на двигатель 31 воздействует 6 импульсов, а на 79975-м управляющем импульсе, то есть на 177-м кадре, на частоте 13888,9 1/сек на двигатель 31 воздействует 14 импульсов. In this case, the control program of the first frame of the “acceleration” stage for
Далее управляющая программа с 93-го по 77984-й кадр для двигателя 30 включает в себя 19473 раза повторенных блоков, каждый из которых содержит четыре последовательные подпрограммы, в том числе четыре управляющие подпрограммы первого блока (кадры с 93-го по 96-й) содержат информацию о том, что соответственно количество и частота воздействующих импульсов на двигатель 30 составляет 4 импульса на частоте 100000 1/сек, 1 импульс на частоте 93750 1/сек, 3 импульса на частоте 100000 1/сек, и 1 импульс на частоте 93750 1/сек. Затем следует второй блок, повторяющий алгоритм первого блока, и так далее до 19473-го блока. Наличие буферной памяти в многоканальном линейном микроинтерполяторе 41 позволяет обеспечить на участке управляющей программы двигателя 30 с 93-го кадра и по 77984-й кадр закономерность последовательности воздействующих импульсов в точном синхронном соответствии с последовательностью управляющих импульсов в каждой из 4-х указанных подпрограмм каждого указанного блока, начиная с 1-го блока и по 19473-й блок включительно. На 2747793-м управляющем импульсе начинают выполнять управляющую программу 77985-го кадра, в котором содержится информация о начале этапа "торможения" для двигателя 30. При этом на двигатель 30 воздействует 588 импульсов с частотой 93750 1/сек. В следующем 77986-м кадре содержится информация о воздействии на тот же двигатель 231 импульса на частоте 88235 1/сек. И так далее по закону "торможения" (симметрично аналогичному относительно оси времени закону "разгона") следует постепенное контролируемое торможение вала двигателя 30 вплоть до 78075-го кадра, который содержит информацию о том, что на 2825579-м управляющем импульсе на двигатель 30 воздействует 1 импульс на частоте 2366 1/сек. А в заключительном 178076-м кадре содержится управляющая программа на двигатель 30 о том, что на 2826213-м управляющем импульсе воздействует 1 импульс на частоте 954 1/сек, после чего на 2827786-м управляющем импульсе воздействие импульсов на двигатель 30 прекращают и соответственно вращение вала двигателя останавливают (вал электродвигателя "запирают"). Further, the control program from the 93rd to the 77984th block for the
Управляющая программа со 178-го кадра по 25110-й кадр для 25 двигателя 31 включает в себя 24933 раза повторенных кадра, в каждом из которых содержится информация о том, что соответственно частота и количество воздействующих импульсов на двигатель 31 составляет 1 импульс на 14018,7 1/сек. Наличие буферной памяти в многоканальном линейном микроинтерполяторе 41 позволяет обеспечить на участке со 178-го по 25110-й кадр управляющей программы двигателя 31 равномерность последовательности воздействующих на двигатель 31 импульсов путем синхронизации ее с равномерной последовательностью каждого 108-го (через каждые 107 пропущенных) управляющего импульса и, тем самым, обеспечить равномерную скорость вращения вала двигателя 31. Далее на 2747809-м управляющем импульсе начинают выполнять управляющую программу 25111-го кадра для двигателя 31 на начальном этапе его торможения. При этом на двигатель 31 воздействуют 14-тью импульсами на частоте 13888,9 1/сек. В следующем 25112-м кадре содержится информация о воздействии 6-ти импульсов на частоте 13761,5 1/сек. И так далее по закону "торможения" (симметрично аналогичному относительно оси вращения закону "разгона") следует постепенное контролируемое торможение вала двигателя 31 вплоть до 25286-го кадра, который содержит информацию о том, что на 2822983-м управляющем импульсе на двигатель 31 воздействует 1 импульс на частоте 756 1/сек. А в заключительном 25287-м кадре содержится управляющая программа на двигатель 31 о том, что на 2824467-м управляющем импульсе воздействует 1 импульс на частоте 452 1/сек, после чего на 2827786-м управляющем импульсе воздействие импульсов на двигатель 31 прекращают и соответственно вращение вала двигателя останавливается (вал электродвигателя "запирают"). The control program from the 178th frame to the 25110th frame for the
Таким образом, управление работой двигателей 30 и 31 привода 12 в режиме прямого счета управляющих импульсов позволяет обеспечить точность отсчета координатных перемещений с разрешающей способностью, не превышающей единицу величины дискретного перемещения от двигателя 30 на единичный управляющий импульс. Кроме того, кинематическая точность перемещения (как наибольшая величина отклонение от заданной скорости в каждой точке траектории) лежит в пределах от 74940,483 мкм/сек до 75035,716 мкм/сек или составляет от -0,292% до +0,125% от номинально заданного значения, равного 75000,0 мкм/сек. Алгоритм управления двигателем 63 привода 14 перемещения суппорта 8 по наклонным направляющим 60 станины 3 начинает действовать одновременно с началом переустановочного перемещения стола 9 относительно суппорта 8. При этом вал двигателя 63 разгоняют по программе, определяемой результатом решения компьютером в системе 16 числового программного управления интерполяционных уравнений, аналогичным интерполяционным уравнениям "разгона - торможения" двигателя 30 привода 12. При этом задают суммарное время на "разгон плюс торможение" вала двигателя 63 эквивалентного суммарному времени управляющих импульсов в количестве 164419 (на частоте 1500000 1/сек). В течении времени "разгона" и времени "торможения" двигателя 63 в результате соответствующего 92-кратного решения интерполяционных уравнений на стадии "разгона" и такого же количества решений на стадии "торможения" (то есть в сумме за 184 кадра управляющей программы) на двигатель 63 в сумме поступит 5332 воздействующих импульса, что соответствует суммарному на участках "разгона - торможения" перемещению суппорта 8 вдоль координатной оси X' на 266,6 мкм. А участок пути между зонами "разгона" и "торможения" суппорт 8 осуществит равномерное перемещение по наклонным направляющим 60 станины 3 в сторону "плюс" ("с горы") вдоль координатной оси X' по управляющей программе, состоящей из 26588-ми кадров. При этом в каждом таком кадре записана одна и та же информация о том, что на двигатель 63 поступает один воздействующий импульс на частоте 93750 1/сек. Таким образом общее количество кадров в управляющей программе "отскока" обрабатываемых поверхностей изделий 11 от производящей инструментальной поверхности 6, осуществляемых двигателем 63 привода 14, составляет 26772 кадра. Наличие буферной памяти в многоканальном линейном микроинтерполяторе 41 позволяет обеспечить на участке с 93-го по 26680-й кадр управляющей программы двигателя 63 равномерность последовательности воздействующих на двигатель 63 импульсов путем синхронизации ее с равномерной последовательностью каждого 17-го (через каждые 16 пропущенных) управляющего импульса, и, тем самым, обеспечить равномерную скорость вращения вала двигателя 63. Во время управления вышеуказанными перемещениями направление вращения валов 26, 27 и 62 соответствующих двигателей 30, 31 и 63 не изменяли, что соответствовало знаку "плюс", поэтому покадровую передачу управляющей программы на блоки управления 64, 65 и 68 соответствующими шаговыми двигателями 30, 31 и 63 от многоканального линейного микроинтерполятора 41 с буферной памятью осуществляли по соответствующим входам 42, 44 и 50. При необходимости управления перемещениями теми же исполнительными органами станков (стола 9 и суппорта 8) только в противоположном направлении покадровую передачу другой управляющей программы на блоки управления 64, 65, и 68 соответствующими шаговыми двигателями 30, 31 и 63 приводов 12 и 14 от многоканального линейного микроинтерполятора с буферной памятью 41 осуществляют по соответствующим входам 43, 45 и 51. Thus, the control of the operation of the
В каждом из указанных блоков 64, 65 и 68 соответствующими шаговыми двигателями 30, 31 и 63 приводов 12 и 14 осуществляют покадровое преобразование исходной информации, записанной в управляющих программах в виде частоты и количества воздействующих импульсов отдельно для "положительной" и отдельно для "отрицательной" сторон вращения выходных валов 26,27 и 62 соответствующих двигателей, в удвоенную частоту и количество воздействующих (силовых) импульсов со стабилизацией силы тока более высокого напряжения в обмотках двигателя, а также осуществляет векторное фазовое преобразование в обмотках двигателя в зависимости от направления вращения выходного вала. Все вышеуказанные преобразования от блоков управления 64, 65 и 68 поступают в обмотки двигателей 30, 31 и 63 по входам 69, 70 и 73. При этом каждый единичный импульс в каждом отрабатываемом кадре управляющей программы, поступающей по одному или другому входу в блок управления шаговым двигателем, преобразуется в дискретный поворот выходного вала соответствующего шагового двигателя либо в сторону "плюс", либо в сторону "минус" на величину 1:1000 части одного его оборота с частотой, соответствующей частоте воздействующих импульсов управляющей программы в отрабатываемом кадре. In each of these
Выполнение кинематической цепи механической части привода 12, например, в виде шариковой винтовой передачи поступательного перемещения с использованием суммирующего механизма с двумя входными звеньями в виде двухпланетарно-цевочного 24 редуктора циклоидального зацепления 22 на передаточное отношение, как 1: 100, между соосно друг другу расположенными выходным (ходовой винт шариковой винтовой передачи с шагом 5 мм) и первым входным (вал 26 шагового двигателя 30) звеньями, а также параллельно друг другу расположенными выходным (тот же ходовой винт шариковой винтовой передачи с шагом 5 мм) и вторым входным (вал 27 шагового двигателя 31) звеньями с передаточным отношением, как 1:1, за счет использования возможности дополнительного вращения цевочного (солнечного) колеса первого планетарного ряда в двухпланетарно-цевочном 24 редукторе циклоидального зацепления 22 (соосно указанному ходовому винту) обеспечивает суммирование дискретного поступательного перемещения стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X одновременно от двух шаговых двигателей 30 и 31. При этом каждый воздействующий импульс управляющей программы соответственно вызывает дискретный поворот на 1:1000 часть от одного целого оборота как вала 26 шагового двигателя 30, так и вала 27 шагового двигателя 31. А это, в свою очередь, приводит к одновременным дискретным поступательным перемещениям конечного звена кинематической цепи механической части привода 12, (стола 9 относительно суппорта 8) на величину единичных дискрет соответственно на 0,05 мкм и на 5 мкм. The execution of the kinematic chain of the mechanical part of the
Если, например, выбранный тип шаговых двигателей 30 и 31 имеет ограниченное по максимальной скорости вращения валов 26 и 27, равной 6000 об/мин (что соответствует частоте воздействующих импульсов, равной 100000 1/сек), то максимальная линейная скорость перемещения стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X при этом составит 505 мм/сек. If, for example, the selected type of
Выполнение кинематической цепи механической части привода 13 по аналогии с приводом 12 так же в виде суммирующего механизма с двумя входными звеньями и использованием двухпланетарно-цевочного 25 редуктора циклоидального зацепления 23 на передаточное отношение 1:100 между соосно друг другу расположенными выходным (ходовой винт с шагом 5 мм) и первым входным (вал 28 шагового двигателя 32) звеньями, а также параллельно друг другу расположенными выходными (тот же ходовой винт с шагом 5 мм) и вторым входным (вал 29 шагового двигателя 33) звеньями с передаточным отношением между этими звеньями, как 1:1, за счет использования возможности дополнительного вращения цевочного (солнечного) колеса первого планетарного ряда в двухпланетарно-цевочном 25 редукторе циклоидального зацепления 23 (соосно указанному ходовому винту) обеспечивает суммирование дискретного поступательного перемещения суппорта 8 по наклонным направляющим 60 станины 3 вдоль координатной оси Y одновременно от двух шаговых двигателей 32 и 31. При этом каждый воздействующий импульс управляющей программы соответственно вызывает дискретный поворот на 1:1000 часть от одного целого оборота и вала 28 шагового двигателя 32 и вала 29 шагового двигателя 33. А это, в свою очередь, приводит к одновременным поступательным перемещениям конечного звена кинематической цепи механической части привода 13, суппорта 8 относительно станины 3 вдоль координатной оси Y на величину единичных дискрет соответственно 0,05 мкм и 5 мкм. Если, например, тип шаговых двигателей 31 и 32 имеют ограничения по максимальной скорости вращения выходных валов 28 и 29, равной 6000 об/мин (что соответствует 100000 1/сек частоты воздействующих импульсов), то максимальная линейная скорость перемещения суппорта 8 по наклонным направляющим 60 станины 3 вдоль координатной оси Y составит 505 мм/сек. The execution of the kinematic chain of the mechanical part of the
Выполнение кинематической части привода 14, например, в виде шариковой винтовой передачи поступательного перемещения с использованием двухпланетарно-цевочного редуктора циклоидального зацепления на передаточное отношение, как 1:100, между соосно друг другу расположенными выходным (ходовой винт шариковой винтовой передачи с шагом 5 мм) и входным (вал 62 шагового двигателя 63) звеньями обеспечивает дискретность поступательного перемещения суппорта 8 по наклонным направляющим 60 станины 3 вдоль координатной оси X', равную 0,05 мкм на каждую 1:1000 дискретную часть от одного целого оборота вала 62 шагового двигателя 63. The execution of the kinematic part of the
Если, например, тип шагового двигателя 63 имеет ограничение по максимальной скорости вращения вала 62, равной 6000 об/мин (что соответствует частоте 100000 1/сек воздействующих импульсов), то максимальная линейная скорость перемещения суппорта 8 по наклонным направляющим 60 станины 3 в направлении координатной оси X' при этом составит 5 мм/сек. С учетом того, что синус угла наклона направляющих 60 станины 3 относительно горизонтальной плоскости формообразования составляет 0,1, то максимальная скорость врезной подачи обрабатываемых изделий 11 в направлении по нормали к плоскости формообразования вдоль координатной оси Z при этом составит 0,5 мм/сек. If, for example, the type of
Приводом 89 координатного поворота обрабатываемых изделий 11 вокруг оси A на угол яруса расположения обрабатываемых поверхностей граней и приводом 90 для координатного поворота обрабатываемых изделий 11 вокруг оси B на единичный угол расположения соседних поверхностей граней в одном ярусе, осуществляют управление в режиме прямого счета управляющих импульсов во время координатного "отскока" обрабатываемых изделий в направлении оси Z относительно производящей поверхности 6 на удвоенную величину припуска +319,2 мкм с возвратом ("подскок") на исходную величину припуска +159,6 мкм при остановленном столе 9 в точках либо крайне "правого" либо крайне "левого" реверса направления его продольного перемещения (в крайних точках положения стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X). При этом суммарное число управляющих импульсов при одновременном осуществлении указанных поворотов вокруг осей A и B составляет 1681508 единиц, а время деления соответственно составляет 1,121 сек. С учетом того, что кинематическая цепь механической части привода 90, например, может содержать двухпланетарно-цевочный редуктор 104 с передаточным отношением, как 1:100, зубчатую передачу 134 с передаточным отношением 1:2, а в кинематической цепи многоместной кассеты 130 шаг полых винтов 153 и 154, например, может быть равен числу p и количество зубьев косозубого колеса 132 шпинделя в приспособлении 10 для крепления обрабатываемых изделий 11, например, может быть равно 18 (при модуле, равном единице, и тангенсе угла наклона зубьев, равным 1:18), то от каждого одного воздействующего импульса, вызывающего дискретный поворот на 1:1000 часть одного оборота выходного вала 102 шагового двигателя 98, по указанной кинематической цепи этот воздействующий импульс приводит к единичному дискретному повороту конечных ее звеньев, - шпинделей в приспособлении 10 для крепления обрабатываемых изделий 11 на величину 0,0001 град. Если, например, тип шагового двигателя 98 имеет ограничения по максимальной скорости его вращения, равной 6000 об/мин (что соответствует наибольшей частоте воздействующих импульсов, равной 100000 1/сек), то с учетом участков "разгона" и "торможения" выходного вала 102 двигателя 98 за указанное время единичного деления 1,121 сек все указанные шпиндели и соответственно все изделия 11 совершат поворот вокруг оси B на максимальный угол, равный 10,6767 град при этом суммарное число управляющих импульсов составит 1681508 единиц. The
Аналогичным образом управляют двигателем 97 привода 89 с учетом того, что кинематическая цепь механической части привода 89, например, может содержать сдвоенный двухпланетарно-цевочный редуктор 103 циклоидального зацепления на передаточное отношение, как 1:3600, в котором в первом планетарно-цевочном редукторе с циклоидальным зацеплением и во втором планетарно-цевочном редукторе с циклоидальным зацеплением соответственно обеспечивают передаточное отношение 1: 100 и 1:36. При этом единичный воздействующий на двигатель 97 импульс, вызывающий 1:1000 часть одного оборота выходного вала 101 двигателя 97, приводит к 0,0001 град части углового градуса дискретного поворота (одна угловая дискретность) каждого шпинделя в приспособлении 10 для крепления обрабатываемых изделий 11 вокруг координатной оси A. Если выбранный шаговый двигатель 97, например, имеет наибольшую скорость вращения выходного вала 101, равную 6000 об/мин, что соответствует наибольшей частоте воздействующих импульсов, равной 100000 1/сек, то с учетом участков "разгона" и "торможения" выходного вала 101 двигателя 97 за указанное время единичного деления 1,121 сек все шпиндели вместе со всеми изделиями 11 совершат поворот вокруг оси A на максимальный угол, равный 10,6767 град, и при этом суммарное число управляющих импульсов составит 1681508 единиц. In a similar way, the
Учитывая, что, например, при обработке изделий типа "ювелирная вставка" количество ярусов, включая "рундист", не превышает числа семи и что для обработки верхней и нижней частей таких изделий требуются по меньшей мере два технологических перехода с одной переустановкой сменной кассеты 130 с обрабатываемыми изделиями 11, то суммарное количество угловых градусов поворота изделий 11 вокруг оси A составит 360 град (2 поворота в пределах 90 град в сторону "плюс" и два поворота по 90 град в сторону "минус" для возврата в исходное положение) и вокруг оси B составит 2520 град. Поэтому наименьшее суммарное время деления при обработке одним режущим инструментом 5 изделий 11 типа "ювелирная вставка" в количестве 15-ти штук составит 302,4 сек = (360 град · 7 + 360 град) + 10,6767 град) · 1,121. Given that, for example, when processing jewelry insert type products, the number of tiers, including the girdle, does not exceed seven and that at least two technological transitions with one reinstallation of the removable cartridge 130 s are required to process the upper and lower parts of such products processed
Примененные в механической части приводов 12, 13, 14, 89 и 90 двухпланетарно-цевочные редукторы циклоидального зацепления имеют уникальные технические характеристики, в том числе:
- 100%-ную многопарность зацепления одновременно в двух планетарных рядах при 96%-ом КПД передачи;
- отсутствие люфтов, гистерезиса и зоны нечувствительности;
- линейную характеристику крутильной жесткости при постоянстве моментно-запертого состояния к знакопеременным внешним возмущающим нагрузкам выходного вала редуктора;
- динамическую стабилизацию постоянства передаточного отношения с точностью 0,02%;
- отсутствие случайных составляющих и возможность программной компенсации кинематической погрешности;
- 100-кратное и более (до 3600) усиление крутящего момента особенно на малых скоростях вращения выходного вала редуктора;
- возможность выполнения редуктора в виде суммирующего механизма с двумя входными звеньями (примененная в приводах 12 и 13) позволяют дополнительно использовать такие редукторы в качестве отсчетных устройств координатных дискретных микроповоротов выходных валов редукторов с дискретностью 1:100000 оборота на скорости вращения до 101 об/сек, (что эквивалентно частоте 10,17106 управляющих импульсов в секунду) и, тем самым, исключить необходимость применения датчика обратных связей со 100000 делений на оборот угловых перемещений на выходных валах редукторов. Но при этом обеспечить устойчивое управление координатными вращениями выходных валов таких редукторов в режиме прямого счета количества угловых дискретностей с программно взаимосвязанными поворотами одного или одновременно двух входных звеньев на максимальной скорости их вращения до 6000 об/мин, что соответствует максимальной частоте воздействующих импульсов всего 100000 1/сек.Used in the mechanical part of the
- 100% multiplicity of gearing simultaneously in two planetary gears with 96% transmission efficiency;
- lack of backlash, hysteresis and dead zone;
- a linear characteristic of torsional stiffness with a constant moment-locked state to alternating external disturbing loads of the output shaft of the gearbox;
- dynamic stabilization of the constancy of the gear ratio with an accuracy of 0.02%;
- the absence of random components and the possibility of software compensation for the kinematic error;
- 100-fold or more (up to 3600) torque amplification especially at low speeds of the output shaft of the gearbox;
- the possibility of making the reducer in the form of a summing mechanism with two input links (used in
На первом этапе обработки при последовательной от изделия N 1 к изделию N 5 идентификации режимов интенсивности бездефектного съема припуска определяют температурные деформации по последовательному изменению за время каждой 1/4 части оборота режущего инструмента (то есть с частотой 240 1/сек) статической составляющей упругой деформации в каждой обрабатывающей системе. При этом компьютером системы 16 числового программного управления математическими методами анализируют результаты непрерывного (с частотой 240 1/сек) опроса информации с каждого пьезоэлектрического датчика 35 многоканальной измерительной системы 142. Причем указанные измерения осуществляют на участках траектории между крайними точками реверса направления продольного перемещения за вычетом длины участка этой траектории, определенной расстоянием между точками включения и выключения динамической составляющей врезной микроподачи от многоканального цифрового пьезоэлектрического привода 136 автономно для каждого из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11. At the first stage of processing, when the identification of the intensity regimes of defect-free removal allowance is sequential from product No. 1 to product No. 5, temperature strains are determined by sequentially changing the static component of elastic deformation during each 1/4 of the revolution of the cutting tool (i.e., with a frequency of 240 1 / s) in every processing system. In this case, the computer of the
В том случае, если компьютером системы 16 числового программного управления будет зафиксирован результат, при котором имеет место:
где (dΔj+dτ) _ изменение статической составляющей упругой деформации с j-ым изделием за дискретный временной интервал, равный 1/4 времени одного оборота режущего инструмента, то есть 1/240 сек;
i - порядковый номер последовательности дискретных временных интервалов,
то фиксируют факт снижения температурных деформаций.In the event that the computer of the
where (dΔ j + dτ) is the change in the static component of elastic deformation with the jth product in a discrete time interval equal to 1/4 of the time of one revolution of the cutting tool, that is 1/240 sec;
i is the sequence number of the discrete time intervals,
then record the fact of reducing temperature deformations.
При этом смещают в плоскости формообразования параллельно самой себе и координатной оси X траекторию продольного перемещения вдоль координатной оси Y на величину Mу = -5 мкм в сторону "минус" (к оси вращения режущего инструмента 5) для стабилизации температурных деформаций в зоне микрошлифования. Если будет зафиксирован результат, при котором вышеуказанное отношение будет меньше единицы, то указанное смещение траектории Mу = +5 мкм, осуществляют в сторону "плюс" (от оси вращения режущего инструмента 5) для стабилизации температурных деформаций в зоне микрошлифования. Из всего вышеуказанного комплекса отдельных технологических переходов в зависимости от формы, числа граней на обрабатываемых поверхностях изделий 11 (например, "ювелирных вставок" из натуральных алмазов с 57-ю гранями) и количества их в многоместной сменной кассете 130 (например, количество 15-и штук), а также в зависимости от заданных точностных и качественных выходных параметров (по возможному присутствию дефектов от технологического процесса микрошлифования в приповерхностном слое), от величины исходного припуска (например, равного 160 мкм) для режущего инструмента 5 с вышеуказанными характеристиками компонуют управляющую программу, однозначно регламентирующую весь процесс обработки (например, огранки этих изделий), в том числе и технологическое диагностирование параметров микрошлифования в ходе этого процесса, в автоматической режиме. При этом суммарное машинное время обработки таких изделий определяется набором следующих технологических переходов:
- временем тестового диагностирования режимов бездефектного микрошлифования одновременно первых пяти изделий, равным 60,06 сек;
- временем съема основного припуска, включая технологическое диагностирование, равным 80,59 сек (55,42 + 19,41 + 5,76 = 80,59 сек);
- временем "отскока" на величину исходного припуска, совмещенное со временем смены позиции перемещением стола 9 вдоль оси X на величину 137,5 мм, равным 1,89 сек;
- суммарным временем обработки второй партии изделий из пяти штук во второй позиции стола, равным 142,53 сек;
- суммарным временем обработки третьей партии изделий из пяти штук в третьей позиции стола, равным 142,53 сек;
- суммарным временем обработки одной грани на 15-и изделиях, равным 427,59 сек;
- суммарным временем деления при обработке 57-и граней и 24-х граней "рундиста", расположенных на 7-и ярусах формы окончательно 15-и обработанных изделий, равным 302,4 сек;
- суммарным временем обработки 57-и граней плюс 24 грани "рундиста" на 15-и изделиях (427,59 · 81 + 302,4), равным 34937,107 сек.In this case, the trajectory of longitudinal movement along the coordinate axis Y is shifted in the plane of formation parallel to itself and the coordinate axis X by the value of M у = -5 μm to the minus side (to the axis of rotation of the cutting tool 5) to stabilize temperature deformations in the micro grinding zone. If a result is fixed in which the above ratio is less than unity, then the indicated displacement of the trajectory M y = +5 μm is carried out in the plus direction (from the axis of rotation of the cutting tool 5) to stabilize the temperature deformations in the micro grinding zone. Of the above complex of individual technological transitions, depending on the shape, the number of faces on the workpiece surfaces 11 (for example, “jewelry inserts” made from natural diamonds with 57 faces) and their number in a multi-seat removable cartridge 130 (for example, the number of 15 pieces), as well as depending on the specified precision and quality output parameters (according to the possible presence of defects from the micro grinding process in the surface layer), on the size of the initial allowance (for example, equal to 160 microns) for a
- the time of the test diagnosis of defect-free micro grinding modes simultaneously of the first five products, equal to 60.06 seconds;
- the time of removal of the main allowance, including technological diagnosis, equal to 80.59 seconds (55.42 + 19.41 + 5.76 = 80.59 seconds);
- the time of "bounce" by the value of the initial allowance, combined with the time of the change of position by moving the table 9 along the X axis by 137.5 mm, equal to 1.89 sec;
- the total processing time of the second batch of products of five pieces in the second position of the table, equal to 142.53 seconds;
- the total processing time of the third batch of products of five pieces in the third position of the table, equal to 142.53 seconds;
- the total processing time of one face on 15 products equal to 427.59 seconds;
- the total division time during the processing of 57 faces and 24 faces of the girdle located on 7 tiers of the form of the finally 15 processed products, equal to 302.4 seconds;
- the total processing time of 57 faces plus 24 faces of “girdle” on 15 products (427.59 · 81 + 302.4), equal to 34937.107 sec.
Таким образом, суммарное машинное время обработки одного изделия составляет 2329,14 сек, а суммарное количество обработанных изделий одним оператором в одну смену при одновременном обслуживании 2-х шлифовальных станков с числовым программным управлением (на одном станке обрабатывают грани верхней части формы изделия, на другом станке - грани нижней части формы)
- 30 изделий (с учетом фактического снижения усредненной величины припуска со 160 мкм до 130 мкм при последовательной обработке от одной грани к другой в каждом ярусе многогранного изделия).Thus, the total machine processing time of one product is 2329.14 sec, and the total number of processed products by one operator in one shift while simultaneously servicing 2 grinding machines with numerical control (on one machine, the faces of the upper part of the product shape are processed on the other to the machine - the edges of the lower part of the mold)
- 30 products (taking into account the actual reduction in the average allowance from 160 microns to 130 microns during sequential processing from one face to another in each tier of a multifaceted product).
Таким образом, из вышеприведенных расчетов следует, что при использовании предлагаемого способа микрошлифования и соответствующего станка для автоматизации огранки изделий из натуральных алмазов в ювелирном производстве возможно в 7 ... 8 раз повысить производительность по сравнению с существующей в настоящее время технологией получения готовых изделий только в результате применения ручной огранки. Thus, from the above calculations it follows that when using the proposed method of micro grinding and the corresponding machine for automating the faceting of products from natural diamonds in jewelry production, it is possible to increase productivity by 7 ... 8 times compared to the current technology for producing finished products only the result of applying manual cut.
С учетом того, что вероятность обработки самой "твердой" 35 грани поверхности в каждом технологическом переходе, то есть из 240 раз, не превысит 66%, а также учитывая то обстоятельство, что величина снимаемого припуска изменяется в зависимости от порядкового номера обрабатываемой грани в каждом ярусе в диапазоне от 1 до 0,3, то фактическое машинное время обработки партии из 15-и изделий будет меньше расчетного. Поэтому следует ожидать, что фактический рост производительности составит 9 ... 10 раз. При этом годовой объем огранки "ювелирных вставок" с 57-ю гранями из природных алмазов (25000 карат) режущим инструментом 5 тремя операторами на двух станках с числовым программным управлением в три смены составит 30000 штук. Given the fact that the probability of processing the “hardest” 35 face of the surface in each technological transition, that is, 240 times, does not exceed 66%, and also taking into account the fact that the size of the removed allowance varies depending on the serial number of the processed face in each tier in the range from 1 to 0.3, then the actual machine time for processing a batch of 15 products will be less than the calculated one. Therefore, we should expect that the actual productivity growth will be 9 ... 10 times. At the same time, the annual cut volume of "jewelry inserts" with 57 facets of natural diamonds (25,000 carats) with a cutting tool of 5 three operators on two numerically controlled machines in three shifts will be 30,000 pieces.
При необходимости полного устранения привнесенных процессом микрорезания режущим инструментом 5 дефектов из приповерхностного слоя обрабатываемой поверхности продолжают удаление припуска вначале режущим инструментом 167 (с размерами режущих зерен 85, равными 10 ... 12 мкм и связкой 21, выполненной из органического материала, например из костной муки), а затем режущим инструментом 168 (с размерами режущих зерен 85, равными 14 ... 20 мкм и, например, полиуретановой связкой 21 с графитовым наполнителем). Геометрические параметры кругов 167 и 168 (по наружному и внутреннему диаметрам торцевой производящей инструментальной поверхности 6), количество радиальных выступов 86, а также скорость вращения равны аналогичным параметрам режущего инструмента 5. If it is necessary to completely eliminate the defects introduced by the cutting process by the
Для этого выводят из рабочей зоны режущий инструмент 5 и подводят режущий инструмент 167 поворотом вокруг оси C, параллельной оси Z станка, револьверной головки 169 с приводами 15, для вращения соответствующих режущих инструментов. Время указанной переустановки режущего инструмента 167 и режущего инструмента 168 в рабочую зону обработки составляет 2 сек. To do this, the
До начала обработки режущим инструментом 167 устанавливают начальные параметры по длине (27500 мкм), по скорости (65476,2 мкм/сек) перемещений стола 9 вдоль координатной оси X станка 1, аналогичные первому этапу обработки режущим инструментом 5. Затем осуществляют ускоренный подвод по координатной оси Z станка 1 одновременно всех пяти обрабатываемых изделий 11 из исходного "нулевого" положения в плоскость формообразования 6, которая соответствует положению в момент окончания съема припуска при обработке режущим инструментом 5 без учета его размерного износа. При этом управление скоростью ускоренного подвода осуществляют равномерно в режиме прямого счета одного за другим каждого 151-го управляющего импульса (то есть с частотой 10000 1/сек) до фиксации момента касания режущего инструмента 167 с наиболее твердым из изделий (изделия N 4 и N 5). Причем скорость врезной подачи в момент касания принимают равной (или меньше) скорости врезной подачи в момент окончания обработки режущим инструментом 5 наиболее твердых из пяти одновременно обрабатываемых изделий (изделия N 4 и N 5), то есть эта скорость равна 0,923 мкм/сек (частота воздействующих на двигатель 63 привода 14 в этот момент равна 185 1/сек). Before the start of processing with
При этом ожидаемую величину ускоренного подвода инструмента 167 до первого касания с изделиями N 4 и N 5 определяют вычислениями:
159,6 - 40,19 = 119,41 мкм (с учетом статической составляющей упругих деформаций, равных 40,19 мкм, но без учета размерного износа инструмента 5). С учетом частоты воздействующих импульсов на шаговый двигатель 63 привода 14 при ускоренном подводе, (10000 1/сек) ожидают время ускоренного подвода до момента первого касания, равное 2,388 сек. Однако в связи с размерным износом инструмента 5 фактическое время ускоренного подвода инструмента 167 до первого касания составляет 2,09 сек. По разнице указанных ожидаемого и фактического времени моментов касания режущего инструмента 167 с обрабатываемыми изделиями N 4 и N 5 определяют величину размерного износа инструмента 5, которая равна (2,388 - 2,09) · 10000 · 0,005 = 15 мкм и вносят соответствующую корректировку в размерную настройку станка 1 по координатной оси Z при работе режущим инструментом 167. После фиксации момента касания на двигатель 63 привода 14 на частоте 185 1/сек подают 8038 воздействующих импульсов в связи с тем, что в конце этого процесса, то есть через 43,40 сек, положение производящей поверхности 6 режущего инструмента 167 будет соответствовать конечному положению производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 5. В точке совмещения плоскостей формообразования 6 режущего инструмента 167 и режущего инструмента 5 датчиками 35 системы оперативного контроля 142 фиксируют статические составляющие упругих деформаций в обрабатывающих системах 2, которые для соответствующих обрабатываемых изделий имеют следующие величины:
- для изделия N 1 - 2,806 мкм;
- для изделия N 2 - 12,24 мкм;
- для изделия N 3 - 19,93 мкм;
- для изделий N 4 и N 5 - 29,01 мкм.In this case, the expected value of the accelerated supply of the
159.6 - 40.19 = 119.41 microns (taking into account the static component of elastic deformations equal to 40.19 microns, but excluding dimensional wear of the tool 5). Taking into account the frequency of the impact pulses on the
- for product N 1 - 2.806 μm;
- for product N 2 - 12.24 microns;
- for product No. 3 - 19.93 microns;
- for
Затем осуществляют два продольных прохода стола 9 вдоль координатной оси X относительно суппорта 8 с выключенной периодической дискретной врезной макроподачей по координатной оси Z от привода 14 и с помощью датчиков 35 системы оперативного контроля 142 фиксируют изменения статических составляющих упругих деформаций в обрабатывающих системах 2 в каждом проходе, которые для соответствующих обрабатываемых изделий имеют следующие величины:
- для изделия N 1 - 2,658 мкм и 2,518 мкм;
- для изделия N 2 - 12,041 мкм и 11,844 мкм;
- для изделия N 3 - 19,69 мкм и 19,45 мкм;
- для изделий N 4 и N 5 - 28,824 мкм и 28,639 мкм.Then, two longitudinal passes of the table 9 are carried out along the X coordinate axis relative to the
- for product N 1 - 2.658 μm and 2.518 μm;
- for product N 2 - 12.041 microns and 11.844 microns;
- for product No. 3 - 19.69 microns and 19.45 microns;
- for
Далее компьютерными вычислениями в системе 16 числового программного управления станка 1 вычисляют для каждого из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 величины нижеперечисленных параметров режимов бездефектного размерно-регулируемого микрошлифования режущим инструментом 167, в том числе:
- фактическую постоянную времени T167Фj переходных процессов резания, которая для соответствующей j-ой упругой обрабатывающей системы 2, составляет:
- количество W167j знакопеременных возвратно-поворотных мод пластической деформации при синхронном образовании в результате накопления усталости множества единичных пластически деформированных стружек с линейными размерами каждой 0,05 мкм для соответствующей j-ой упругой обрабатывающей системы 2, которое составляет:
- диаметр d167j пятна контакта режущего инструмента 167 с обрабатываемой поверхностью j-го изделия для соответствующей упругой обрабатывающей системы 2, который составляет:
- наибольшую скорость продольной подачи V167j вдоль координатной оси X для каждой j-ой упругой обрабатывающей системы 2, которая составляет:
V167(1) = 1500000 + 241243 · 27,71 = 172,3 мкм/с;
V167(2) = 1500000 + 162741 · 22,76 = 209,8 мкм/с;
V167(3) = 1500000 + 158098 · 22,43 = 212,8 мкм/с;
V167(4,5) = 1500000 + 171270 · 23,35 = 204,5 мкм/с;
- наибольшую скорость врезной макроподачи d167j вдоль координатной оси Z станка 1 для каждой j-ой упругой обрабатывающей системы 2, которая составляет:
d167(1) = 2,518 + 8,1 = 0,31 мкм/с;
d167(2) = 11,844 + 25,7 = 0,46 мкм/с;
d167(3) = 19,45 + 41 = 0,47 мкм/с;
d167(4,5) = 28,639 + 65,4 = 0,44 мкм/с;
- время t167j одного продольного прохода в направлении координатной оси X станка 1 для каждой j-ой упругой обрабатывающей системы 2, которое составляет:
t167(1) = 27500 + 172,3 = 159,6 с;
t167(2) = 27500 + 209,8 = 131,1 с;
t167(3) = 27500 + 212,8 = 129,2 с;
t167(4,5) = 27500 + 204,5 = 134,5 с;
- наибольшие колебания g167(j)y суппорта 8 вместе со столом 9 относительно станины 3 по наклонным направляющим 60 вдоль координатной оси Y для каждой j-ой упругой обрабатывающей системы 2, которые составляют:
g167(1)y = +13,85 мкм;
g167(2)y = +11,4 мкм;
g167(3)y = +11,2 мкм;
gl67(4,5)y = +11,7 мкм;
- ожидаемая (расчетная) величина суммарного припуска S167j за время t167j для каждой j-ой упругой обрабатывающей системы 2, которая составляет:
S167(1) = 159,6 · 0,31 = 49,5 мкм;
S167(2) = 131,1 · 0,46 = 60,3 мкм;
S167(3) = 129,2 · 0,47 = 60,7 мкм;
S167(4,5) = 134,5 · 0,44 = 59,2 мкм.Next, computer calculations in the
- the actual time constant T167F j of transient cutting processes, which for the corresponding j-th
- the number W167j of alternating reciprocating modes of plastic deformation during synchronous formation as a result of fatigue accumulation of many single plastically deformed chips with linear dimensions of each 0.05 μm for the corresponding j-th
- diameter d167j of the contact spot of the
- the highest speed of the longitudinal feed V167j along the coordinate axis X for each j-th
V167 (1) = 1500000 + 241243 · 27.71 = 172.3 μm / s;
V167 (2) = 1500000 + 162741 · 22.76 = 209.8 μm / s;
V167 (3) = 1500000 + 158098 · 22.43 = 212.8 μm / s;
V167 (4.5) = 1500000 + 171270 · 23.35 = 204.5 μm / s;
- the highest mortise macro feed rate d167j along the coordinate axis Z of the machine 1 for each j-th
d167 (1) = 2.518 + 8.1 = 0.31 μm / s;
d167 (2) = 11.844 + 25.7 = 0.46 μm / s;
d167 (3) = 19.45 + 41 = 0.47 μm / s;
d167 (4.5) = 28.639 + 65.4 = 0.44 μm / s;
- time t167j of one longitudinal passage in the direction of the coordinate axis X of the machine 1 for each j-th
t167 (1) = 27500 + 172.3 = 159.6 s;
t167 (2) = 27500 + 209.8 = 131.1 s;
t167 (3) = 27500 + 212.8 = 129.2 s;
t167 (4.5) = 27500 + 204.5 = 134.5 s;
- the largest fluctuations g167 (j) y of the
g167 (1) y = +13.85 μm;
g167 (2) y = +11.4 microns;
g167 (3) y = + 11.2 microns;
gl67 (4.5) y = + 11.7 microns;
- the expected (estimated) value of the total allowance S167j for the time t167j for each j-th
S167 (1) = 159.6 · 0.31 = 49.5 μm;
S167 (2) = 131.1 · 0.46 = 60.3 μm;
S167 (3) = 129.2 · 0.47 = 60.7 μm;
S167 (4.5) = 134.5 · 0.44 = 59.2 μm.
В систему 16 числового программного управления станка 1 задают следующие режимы бездефектного микрошлифования режущим инструментом 167, единые для всех пяти одновременно обрабатываемых изделий 11, в том числе:
- длину продольного перемещения суппорта 8 со столом 9 вдоль координатной оси Y от привода 13, равную +13,85 мкм;
- скорость продольного перемещения стола вдоль координатной оси X от привода 12, равную 172,3 мкм/сек;
- скорость врезной макроподачи вдоль координатной оси Z от привода 14, равную 0,31 мкм/сек.In the
- the length of the longitudinal movement of the
- the speed of the longitudinal movement of the table along the coordinate axis X from the
- the speed of the mortise macro feed along the coordinate axis Z from the
Далее осуществляют процесс съема припуска с каждого j-го обрабатываемого изделия на указанных режимах, с идентификацией в реальном масштабе времени параметров бездефектного микрорезания по указанным правилам технологической диагностики, аналогичным при обработке режущим инструментом 5. Next, carry out the process of removing the stock from each j-th workpiece in these modes, with the identification in real time of the parameters of defect-free microcuts according to the indicated rules of technological diagnostics, similar to processing with a
По окончании обработки суммарная величина перемещения Σ S167 на режущий инструмент 167 вдоль координатной оси Z от привода 14 из исходного ("нулевого") положения в положение окончательной обработки составит:
Σ S167 = 2,088 · 10000 · 0,005 + 40,19 + 49,5 = 194,09 мкм.At the end of the processing, the total amount of movement Σ S167 to the
Σ S167 = 2.088 · 10000 · 0.005 + 40.19 + 49.5 = 194.09 μm.
Суммарная ожидаемая величина удаленного припуска Σ Hj с поверхности каждого j-го изделия последовательно режущими инструментами 5 и 167 составят:
Σ H(5+157)1 = 159,6 - 15,0 - 3,55 + (3,55 - 2,518) + 49,5 = 191,582 мкм;
Σ H(5+157)2 = 159,6 - 15,0 - 17,55 + (17,55 - 7,965) + 49,5 = 186,135 мкм;
Σ H(5+157)3 = 159,6 - 15,0 - 28,49 + (28,49 - 12,710) + 49,5 = 181,39 мкм;
Σ H(5+157)4,5 = 159,6 - 15,0 - 40,19 + (40,19 - 20,275) + 49,5 = 173,815 мкм.The total expected value of the remote allowance Σ Hj from the surface of each j-th product sequentially cutting
Σ H (5 + 157) 1 = 159.6 - 15.0 - 3.55 + (3.55 - 2.518) + 49.5 = 191.582 μm;
Σ H (5 + 157) 2 = 159.6 - 15.0 - 17.55 + (17.55 - 7.965) + 49.5 = 186.135 μm;
Σ H (5 + 157) 3 = 159.6 - 15.0 - 28.49 + (28.49 - 12.710) + 49.5 = 181.39 μm;
Σ H (5 + 157) 4.5 = 159.6 - 15.0 - 40.19 + (40.19 - 20.275) + 49.5 = 173.815 μm.
Фактические статические составляющие упругих деформаций Δ 167(Фj) в каждой j-ой упругой обрабатывающей системе 2 по окончании обработки инструментом 167 составят:
Δ 167(Ф1) = 2,52 мкм;
Δ 167(Ф2) = 7,965 мкм;
167(Ф3) = 12,71 мкм;
Δ 167(Ф4,5) = 20,275 мкм.The actual static components of elastic strains Δ 167 (Фj) in each j-th
Δ 167 (F1) = 2.52 μm;
Δ 167 (Ф2) = 7.965 μm;
167 (Ф3) = 12.71 microns;
Δ 167 (Ф4.5) = 20.275 μm.
Величина разноразмерности между наиболее "твердым" и наиболее "мягким" изделиями составляет 17,77 мкм. The size of the size between the most "hard" and the most "soft" products is 17.77 microns.
Суммарное Σ t167 время обработки пяти изделий режущим инструментом 167 составляет Σ t167 = 2,09 + 43,4 + 159,6 = 205,09 сек. The total Σ t167 processing time of five products with a
Суммарное время двух последовательных переустановок стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X составляет 1,88372 = 3,8 сек. The total time of two consecutive reinstallations of the table 9 relative to the
Суммарное время обработки одной грани на 15-ти изделиях режущим инструментом 167 составляет 3,8 + 37205,09 = 619,07 сек. The total processing time of one face on 15 products with a
Суммарное время обработки одной грани на одном изделии режущим инструментом 167 составляет 619,07 + 15 = 41,3 сек. The total processing time of one face on one product with a
Затем осуществляют очередной поворот "револьверной головки" 169 вокруг оси Z, параллельной координатной оси Z станка 1, и заменяют в рабочей зоне режущий инструмент 167 на режущий инструмент 168. Время указанной переустановки составляет 2 секунды. Then, the “turret” 169 is rotated again around the Z axis parallel to the Z coordinate axis of the machine 1, and the
До начала обработки режущим инструментом 168 устанавливают начальные параметры по длине (27500 мкм) и по скорости (65476,2 мкм/сек) перемещений стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X станка, аналогичные первому этапу обработки режущим инструментом 5. Prior to the start of processing with
Затем осуществляют ускоренный подвод по координатной оси Z станка одновременно всех пяти обрабатываемых изделий 11 из исходного "нулевого" положения в плоскость формообразования 6, которая соответствует положению в момент окончания съема припуска при обработке режущим инструментом 167 без учета его фактического размерного износа. При этом управляют двигателем 63 привода 14 и соответственно скоростью ускоренного подвода обрабатываемых изделий 11 к производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 168 в режиме прямого счета управляющих импульсов воздействующими импульсами на двигатель 63 с частотой 10000 1/сек и ожидают момент касания с наиболее "твердыми" обрабатываемыми поверхностями изделий 4 и 5, в котором переключают скорость подвода с 50 мкм/сек на 0,44 мкм/сек. Then carry out accelerated supply along the coordinate axis Z of the machine at the same time all five
Ожидают момент касания на длине перемещения, равной 194,09 - 20,275 = 173,815 мкм через 3,48 сек, но в связи с размерным износом режущего инструмента 167 фактический момент касания произошел через 3,28 сек, что соответствует 10 мкм размерного износа режущего инструмента 167. Поэтому фактическая величина снятого припуска Σ HФ режущими инструментами 5 и 167 для соответствующих упругих обрабатывающих систем 2 составит:
Σ H1Ф = 181,582 мкм;
Σ H2Ф = 176,135 мкм;
Σ H4Ф = 171,39 мкм;
Σ H4,5Ф = 163,815 мкм.The moment of contact is expected at a displacement length of 194.09 - 20.275 = 173.815 μm after 3.48 seconds, but due to dimensional wear of the
Σ H1F = 181.582 μm;
Σ H2F = 176.135 μm;
Σ H4F = 171.39 microns;
Σ H4.5F = 163.815 microns.
С учетом такого указанного размерного износа режущего инструмента 167 вносят соответствующую корректировку в размерную настройку станка 1 по координатной оси Z при работе режущим инструментом 168. После фиксации момента касания на скорости 0,44 мкм/сек осуществляют периодическую врезную макроподачу от привода 14 по координатной оси Z на величину, равную величине статической составляющей упругих деформаций в обрабатывающих системах с изделиями 4 и 5, то есть равную Δ 167(4,5)Ф = 20,275 мкм. В конце этого процесса, то есть через 65,4 сек положение производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 168 будет соответствовать конечному положению производящей инструментальной поверхности режущего инструмента 167. В указанных точках совмещения плоскостей формообразования 6 режущего инструмента 168 с режущим инструментом 167 датчиками 35 системы оперативного контроля 142 фиксируют статические оставляющие упругих деформаций в обрабатывающих системах 2, которые для соответствующих обрабатываемых изделий имеют следующие величины:
- для изделия N 1 - -2,48 мкм;
- для изделия N 2 - -7,965 мкм;
- для изделия N 3 - -12,71 мкм;
- для изделий N 4 и N 5 - -20,275 мкм.Given this specified dimensional wear of the
- for product N 1 - -2.48 μm;
- for product N 2 - -7.965 microns;
- for product N 3 - -12.71 microns;
- for
Затем осуществляют два продольных прохода стола 9 вдоль координатной оси X относительно суппорта 8 с выключенной периодической дискретной врезной макроподачей по координатной оси Z от привода 14 и с помощью датчиков 35 системы 142 оперативного контроля фиксируют изменения статических составляющих упругих деформаций в обрабатывающих системах 2, которые для соответствующих обрабатываемых изделий имеют следующие величины:
- для изделия N 1 - 2,388 и 2,3 мкм;
- для изделия N 2 - 7,808 и 7,772 мкм;
- для изделия N 3 - 12,614 и 12,519 мкм;
- для изделий N 4 и N 5 - 20,178 и 20,082 мкм.Then, two longitudinal passes of the table 9 are carried out along the X coordinate axis with respect to the
- for product N 1 - 2,388 and 2.3 microns;
- for product N 2 - 7,808 and 7,772 microns;
- for product No. 3 - 12.614 and 12.519 microns;
- for
Далее компьютерными вычислениями в системе 16 числового программного управления станком 1 вычисляют для каждого из пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 величины нижеперечисленных параметров режимов бездефектного размерно-регулируемого микрошлифования режущим инструментом 168, в том числе:
- фактическую постоянную времени T168Фj переходных процессов резания, которая для соответствующей j-ой упругой обрабатывающей системы 2 составляет:
- количество W168j знакопеременных возвратно-поворотных мод пластической деформации при синхронном образовании в результате накопления усталости множества единичных пластически деформированных стружек с линейными размерами каждой 0,05 мкм для соответствующей j-ой упругой обрабатывающей системы 2, которое составляет:
- диаметр d168j пятна контакта режущего инструмента 168 с обрабатываемой поверхностью j-го изделия для соответствующей упругой обрабатывающей системы 2, который составляет:
- наибольшая скорость продольной подачи V168j вдоль координатной оси X станка 1 для каждой j-ой упругой обрабатывающей системы 2, которая составляет:
V168(1) = 1500000 + 352174 · 33,5 = 142,7 мкм/с;
V168(2) = 1500000 + 330031 · 32,4 = 147,3 мкм/с;
V168(3) = 1500000 + 327129 · 32,3 = 148,1 мкм/с;
V168(4,5) = 1500000 + 325665 · 32,2 = 148,3 мкм/с;
- наибольшая скорость врезной макроподачи δ 168j вдоль координатной оси Z станка 1 для каждой j-ой упругой обрабатывающей системы 2, которая составляет:
δ 168(1) = 2,3 + 10,8 = 0,213 мкм/сек;
δ 168(2) = 7,965 + 34,2 = 0,233 мкм/сек;
δ 168(3) = 12,710 + 54,6 = 0,233 мкм/сек;
δ 168(4,5) = 20,215 + 87,2 = 0,233 мкм/сек;
- время τ 168j одного продольного прохода в направлении координатной оси X станка 1 для каждой j-ой упругой обрабатывающей системы 2, которое составляет:
τ 168(1) = 27500 + 142,7 = 192,7 с;
τ 168(2) = 27500 + 147,3 = 186,7 с;
τ 168(3) = 27500 + 148,1 = 185,7 с;
τ 168(4,5) = 27500 + 148,3 = 185,4 с;
- расчетная величина съема припуска за время одного продольного прохода τ 168j для каждого j-го обрабатываемого изделия 11, которое составляет:
для изделия N 1 - 41,045 мкм;
для изделия N 2 - 43,5 мкм;
для изделия N 3 - 43,27 мкм;
для изделий N 4 и N 5 - 43,20 мкм;
- суммарная величина перемещения Σ S168(1) на режущий инструмент 168 вдоль координатной оси Z от привода 14 из исходного "нулевого" положения в положение окончательной обработки в конце первого продольного прохода составит:
Σ S168 = 3,28 ·10000 · 0,05 + 20,275 + 41,045 = 225,32 мкм.Next, computer calculations in the
- the actual time constant T168Fj transients of cutting, which for the corresponding j-th
- the number W168j of alternating reciprocating modes of plastic deformation during synchronous formation as a result of fatigue accumulation of many single plastically deformed chips with linear dimensions of each 0.05 μm for the corresponding j-th
- diameter d168j of the contact spot of the
- the maximum speed of the longitudinal feed V168j along the coordinate axis X of the machine 1 for each j-th
V168 (1) = 1500000 + 352174 · 33.5 = 142.7 μm / s;
V168 (2) = 1500000 + 330031 · 32.4 = 147.3 μm / s;
V168 (3) = 1500000 + 327129 · 32.3 = 148.1 μm / s;
V168 (4.5) = 1500000 + 325665 · 32.2 = 148.3 μm / s;
- the highest mortise macro feed rate δ 168j along the coordinate axis Z of the machine 1 for each j-th
δ 168 (1) = 2.3 + 10.8 = 0.213 μm / s;
δ 168 (2) = 7.965 + 34.2 = 0.233 μm / s;
δ 168 (3) = 12.710 + 54.6 = 0.233 μm / s;
δ 168 (4.5) = 20.215 + 87.2 = 0.233 μm / s;
- time τ 168j of one longitudinal passage in the direction of the coordinate axis X of the machine 1 for each j-th
τ 168 (1) = 27500 + 142.7 = 192.7 s;
τ 168 (2) = 27500 + 147.3 = 186.7 s;
τ 168 (3) = 27500 + 148.1 = 185.7 s;
τ 168 (4.5) = 27500 + 148.3 = 185.4 s;
- the estimated amount of stock removal during one longitudinal pass τ 168j for each j-
for product N 1 - 41.045 microns;
for product N 2 - 43.5 microns;
for product N 3 - 43.27 microns;
for
- the total amount of movement Σ S168 (1) on the
Σ S168 = 3.28 · 10000 · 0.05 + 20.275 + 41.045 = 225.32 μm.
Исходя из указанных расчетных данных, в систему 16 числового программного управления станком 1 задают следующие режимы бездефектного размерно-регулируемого микрошлифования режущим инструментом 168, единые для всех пяти одновременно обрабатываемых изделий 11, в том числе:
- длину продольного перемещения стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X станка 1, равную 27500 мкм;
- наибольшие колебания суппорта 8 со столом 9 по наклонным направляющим 60 станины 3 вдоль координатной оси Y станка 1 от привода 13, равное +16,75 мкм;
- скорость продольного перемещения стола 9 вдоль координатной оси X станка 1 от привода 12, равную 142,7 мкм/сек;
- скорость врезной макроподачи по нормали к плоскости формообразования 6 вдоль координатной оси Z от привода 14, равную 0,213 мкм/сек.Based on the specified calculation data, the following 16 defect-free size-controlled micro grinding grinding
- the length of the longitudinal movement of the table 9 relative to the
- the greatest fluctuations of the
- the speed of the longitudinal movement of the table 9 along the coordinate axis X of the machine 1 from the
- mortise macro feed rate normal to the plane of shaping 6 along the coordinate axis Z from the
Далее осуществляют съем/припуска с каждого j-го обрабатываемого изделия на указанных режимах с идентификацией в реальном масштабе времени параметров бездефектного микрорезания по указанным правилам технологической диагностики, аналогичным при обработке режущим инструментом 5. Next, carry out removal / allowance from each j-th workpiece in these modes with the identification in real time of the parameters of defect-free microcuts according to the indicated rules of technological diagnostics, similar to processing with a
По окончании первого продольного прохода с каждого j-го обрабатываемого изделия будет снят припуск, в том числе:
с изделия N 1 - 41,038 мкм;
с изделия N 2 - 43,791 мкм;
с изделия N 3 - 44,180 мкм;
с изделий N 4 и N 5 - 44,378 мкм.At the end of the first longitudinal pass, the allowance will be removed from each j-th workpiece, including:
with product N 1 - 41.038 microns;
with product N 2 - 43.791 microns;
with the product N 3 - 44.180 microns;
from
Ожидаемая суммарная величина снятого припуска с каждого j-го обрабатываемого изделия режущими инструментами 5, 167 и первым продольным проходом режущим инструментом 168, равна, в том числе:
с изделия N 1 - 181,582 + 41,038 + (2,520 - 2,3) = 222,84 мкм;
с изделия N 2 - 176,135 + 43,791 + (7,965 - 7,772) = 220,119 мкм;
с изделия N 3 - 171,39 + 44,180 + (12,71 - 12,518) = 215,762 мкм;
с изделий N 4 и N 5 - 163,315 + 44,378 + (20,275 - 20,082) = 207,886 мкм.The expected total value of the removed allowance from each j-th workpiece with
from the product N 1 - 181.582 + 41.038 + (2.520 - 2.3) = 222.84 microns;
from product N 2 - 176.135 + 43.791 + (7.965 - 7.772) = 220.119 microns;
from product N 3 - 171.39 + 44.180 + (12.71 - 12.518) = 215.762 μm;
from
Фактическая разноразмерность между наиболее "твердыми" (N 4 и N 5) изделиями и наиболее "мягким" (N 1) изделием составляет 14,954 мкм. The actual size between the most "hard" (
Затем формируют управляющую программу окончательного съема припуска с целью устранения указанной разноразмерности между отдельными изделиями из партии пяти одновременно обрабатываемых изделий 11 (относительно изделия N 1) на втором продольном проходе. При этом в качестве регулирующего воздействия на соответствующую j-ую упругую обрабатывающую систему 2 используют врезную микроподачу от соответствующего датчика 35 многоканального цифрового пьезоэлектрического привода 136 в направлении по нормали к плоскости формообразования 6 режущего инструмента 168 с выключенным приводом 14 дискретных врезных макроподач вдоль координатной оси Z станка 1. Then form the control program for the final removal of the allowance in order to eliminate the specified different sizes between the individual products from the batch of five simultaneously processed products 11 (relative to the product No. 1) in the second longitudinal passage. Moreover, as a regulatory action on the corresponding j-th
Далее исходят из условия сохранения постоянным расположение производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 168 (на всем протяжении второго продольного прохода) относительно исходного "нулевого" его расположения, равного 225,320 мкм, из условия сохранения на всем протяжении второго продольного прохода постоянства величин статической составляющей упругой деформации в каждой j-ой упругой обрабатывающей системе 2, в том числе равных:
на изделии N 1 - 2,3 мкм;
на изделии N 2 - 5,019 = (7,772 - 43,791 + 41,038) мкм;
на изделии N 3 - 9,376 = (12,518 - 44,180 + 41,038) мкм;
на изделиях N 4 и N 5 - 16,742 = (20,082 - 44,378 + 41,038) мкм,
а также исходят из условия, что скорость продольной подачи от привода 12 вдоль координатной оси X равна 142,7 мкм/сек, и условия, что наибольшие колебания суппорта 8 со столом 9 по наклонным направляющим 60 станины 3 вдоль координатной оси Y равна +16,75 мкм, а также вычисляют в компьютере устройства 16 числового программного управления станком 1 общее количество дискретных равномерных приращений линейного размера пьезоэлектрического элемента в каждом датчике 35 многоканального цифрового пьезоэлектрического привода 136 на частоте управляющих импульсов (1500000 1/сек) в каждом J-ом одновременно обрабатываемом изделии 11.Further, based on the condition of maintaining a constant location of the producing
on the product N 1 - 2.3 microns;
on the product N 2 - 5.019 = (7.772 - 43.791 + 41.038) microns;
on the product N 3 - 9.376 = (12.518 - 44.180 + 41.038) microns;
on
and also proceed from the condition that the longitudinal feed rate from the
При этом учитывают сохранение постоянными на всем протяжении второго продольного прохода соответствующего количества W168j знакопеременных возвратно-поворотных мод пластической деформации при синхронном образовании в результате накопления усталости множества единичных пластически деформированных стружек с линейными размерами каждой из них, равной 0,05 мкм, и которые для соответствующих упругих обрабатывающих систем 2 равны:
для изделия N 1 - W168(1) = 352174;
для изделия N 2 - W168(2) = 330031;
для изделия N 3 - W168(3) = 327129;
для изделий N 4 и N 5 - W168(4,5) = 325665.At the same time, the constant number of W168j constant alternating plastic deformation modes with simultaneous formation of a plurality of individual plastically deformed shavings with linear dimensions of each of them equal to 0.05 μm and which for the corresponding
for product N 1 - W168 (1) = 352174;
for product N 2 - W168 (2) = 330031;
for product No. 3 - W168 (3) = 327129;
for
Для съема припуска с каждого j-го обрабатываемого изделия, численно равного величине статической составляющей упругой деформации соответствующей обрабатывающей системы, суммарное количество указанных дискретных равномерных линейных приращений размеров пьезоэлектрических элементов в многоканальном цифровом пьезоэлектрическом приводе 136 для каждого j-го обрабатываемого изделия составит, в том числе:
для изделия N 1 - 2,3 + 0,05 · 352174 = 16200004;
для изделия N 2 - 5,019 + 0,05 · 330031 = 33128511;
для изделия N 3 - 9,376 + 0,05 · 327129 = 61343230;
для изделий N 4 и N 5 - 16,742 + 0,05 · 325665 = 109045668.To remove the allowance from each j-th workpiece, numerically equal to the value of the static component of the elastic deformation of the corresponding processing system, the total number of these discrete uniform linear increments in the size of the piezoelectric elements in the multi-channel digital
for product N 1 - 2.3 + 0.05 · 352174 = 16200004;
for product No. 2, 5.019 + 0.05 · 330031 = 33128511;
for product No. 3 - 9.376 + 0.05 · 327129 = 61343230;
for
На основании этих данных рассчитывают время воздействия многоканального пьезоэлектрического привода 136 на обрабатываемую поверхность каждого j-го изделия, в том числе:
на изделие N 1 - 10,8 сек;
на изделие N 2 - 22,09 сек;
на изделие N 3 - 40,9 сек;
на изделия N 4 и N 5 - 72,7 сек.Based on these data, the exposure time of the multi-channel
on product N 1 - 10.8 sec;
on product N 2 - 22.09 sec;
on product N 3 - 40.9 sec;
for
С указанными расчетными режимами осуществляют обработку режущим инструментом 168 на втором продольном проходе. При этом длина второго продольного прохода стола 9 относительно суппорта 8 равна:
72,7 · 142,7 = 10374,29 мкм.With the specified calculation modes, the
72.7 · 142.7 = 10374.29 μm.
Затем перемещают в исходное "нулевое" положение обрабатываемые изделия 11 от производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 168 по координатной оси Z станка 1 с использованием привода 14 на величину 225,32 мкм (время отвода составляет 4,08 сек). После этого возвращают в прежнее "рабочее" положение обрабатываемые поверхности изделий 11 к производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 167. Время переустановки составляет 2 сек. Затем на скорости 50 мкм/сек и ожидают момент касания через 4,7 секунды, (то есть при перемещении на величину 235,32 мкм) и фиксируют момент такого касания через 4,6 сек, что соответствует указанному фактическому перемещению на величину 230,32 мкм по координатной оси Z от привода 14. Then the processed
Разница между указанными расчетным и фактическим перемещениями, равная 5 мкм, вызвана размерным износом вершин 7 режущих зерен 85 на производящей инструментальной поверхности 6 режущего инструмента 168. The difference between the indicated calculated and actual displacements, equal to 5 μm, is caused by dimensional wear of the tops 7 of the cutting
В связи с этим, фактическая суммарная величина снятого припуска при обработке режущими инструментами 5, 167 и 168 для каждого из пяти одновременно обработанных изделий составляет 220,14 мкм. При этом наибольшая величина разноразмерности не превысит 0,5 мкм. In this regard, the actual total value of the removed allowance during processing with
Суммарное Σ t168 время обработки режущим инструментом 168 одновременно пяти изделий 11 равно:
Σ t168 = 64,4 + 192,7 + 72,7 + 13,96 = 343,76 сек.The total Σ t168 processing time by the
Σ t168 = 64.4 + 192.7 + 72.7 + 13.96 = 343.76 sec.
Суммарное время двух последовательных переустановок стола 9 относительно суппорта 8 вдоль координатной оси X составляет 1,833 · 2 = 3,8 сек. The total time of two successive reinstallations of the table 9 relative to the
Суммарное время обработки одной грани на 15-ти изделиях режущим инструментом 168 составляет:
3,8 + 3 · 343,76 = 1035,08 сек.The total processing time of one face on 15 products with cutting
3.8 + 3 · 343.76 = 1035.08 sec.
Суммарное время обработки одной грани на одном изделии режущим инструментом 168 составляет:
1035,08 + 15 = 69,005 сек.The total processing time of one face on one product with a
1035.08 + 15 = 69.005 seconds
Суммарное время обработки одной грани на одном изделии последовательно режущими инструментами 3, 167 и 168 составляет:
(427,59 + 619,07 + 1035,08) + 15 = 138,8 сек.The total processing time of one face on one product sequentially cutting
(427.59 + 619.07 + 1035.08) + 15 = 138.8 seconds
Наименьшее суммарное количество обработанных изделий с одной гранью, ориентированной только в "твердом" направлении, при полном отсутствии привнесенных в приповерхностный слой технологическим процессом микрошлифования дефектов (изделия из натуральных алмазов для наноэлектроники и медицины) одним оператором в одну смену при одновременном обслуживании 2-х станков с числовым программным управлением составляет 400 изделий в смену. The smallest total number of processed products with one face oriented only in the “solid” direction, with the complete absence of micro grinding of defects (natural diamond products for nanoelectronics and medicine) brought into the surface layer by one operator in one shift while servicing 2 machines with numerical control is 400 products per shift.
Наименьший годовой объем выпуска указанных изделий 3-мя операторами в три смены на 2-х станках с числовым программным управлением составляет 420000 изделий в год. The smallest annual output of these products by 3 operators in three shifts on 2 machines with numerical control is 420,000 products per year.
Таким образом, предлагаемое согласно изобретению комплексное техническое решение предлагаемых способа, устройства и приспособления впервые в мировой практике механической обработки при огранке натуральных алмазов позволяет осуществить бездефектное размерно-регулируемое микрошлифование даже в том случае, если вектор скорости резания совпадает с "твердым" направлением к истиранию кристаллической решетки алмаза. Это впервые дает возможность гибко с воспроизводимыми результатами автоматизировать процесс групповой огранки алмазов в различных видах производств на станках с числовым программным управлением при минимизации весовых потерь каждого отдельного наукоемкого изделия из природных алмазов для нано- и микроэлектроники, медицины и ювелирных изделий на базе компьютерных технологий. Поэтому предлагаемые согласно изобретению способ и устройство дают возможность впервые сформулировать и реализовать технические требования на изготовление соответствующих многокоординатных станочных модулей различных типоразмеров с интеллектуальными системами числового программного управления. Thus, the complex technical solution of the proposed method, device and device according to the invention for the first time in the world practice of machining when cutting natural diamonds allows for defect-free size-controlled micro grinding even if the cutting speed vector coincides with the “hard” direction to abrasion of the crystalline diamond gratings. This makes it possible for the first time to flexibly with reproducible results automate the process of group cutting of diamonds in various types of production on numerically controlled machines while minimizing the weight loss of each individual high-tech product made of natural diamonds for nano- and microelectronics, medicine and jewelry based on computer technologies. Therefore, the method and apparatus proposed according to the invention makes it possible for the first time to formulate and implement technical requirements for the manufacture of corresponding multi-axis machine modules of various sizes with intelligent systems of numerical control.
При этом конструктивные и компановочные решения станочных модулей обеспечивают следующие базовые технологические возможности:
- размерно-регулируемое микрошлифование в упругой обрабатывающей системе со сверхнизкой врезной подачей, с адаптивным выбором режимов интенсивности съема припуска в области пластичного микрошлифования и их технологической диагностики, обеспечивающей стабильный дискретный процесс стружкообразования и получения на обработанной поверхности оптических характеристик чистоты (Rz = 0,05 мкм);
- совмещение технологических операций шлифования и микрошлифования предварительно необработанных заготовок с отсутствием в результате обработки привнесенных технологическим процессом дефектов в приповерхностном слое готового изделия;
- геометрическую точность обработки по отклонениям от плоскостности не более 1,0 мкм на площади 100&100 мм;
- размерную точность обработки по отклонениям от заданных линейных размеров готового изделия не более 1,0 мкм.At the same time, structural and layout solutions of machine modules provide the following basic technological capabilities:
- size-controlled micro grinding in an elastic processing system with ultra-low cut-in feed, with an adaptive selection of stock removal rates in the area of plastic micro grinding and their technological diagnostics, providing a stable discrete chip formation process and obtaining optical cleanliness characteristics on the treated surface (R z = 0.05 μm);
- a combination of technological operations of grinding and micro grinding of previously unprocessed workpieces with the absence of defects in the surface layer of the finished product as a result of processing introduced by the technological process;
- geometric processing accuracy for deviations from flatness not more than 1.0 microns on an area of 100 & 100 mm;
- dimensional accuracy of processing by deviations from the given linear dimensions of the finished product is not more than 1.0 microns.
Технологическое и программное обеспечение интеллектуальных систем числового программного управления многокоординатными станочньми модулями обеспечивают:
- автоматическое определение области режимов интенсивности бездефектного съема припуска в реальных (конкретных) условиях обработки с учетом фактических механических характеристик твердоструктурного и анизотропного обрабатываемого материала и минерала (алмаза);
- технологическое диагностирование и оперативное формирование режимов интенсивности бездефектного съема припуска с учетом фактической режущей способности инструмента, величины исходного припуска на обработку, упругих и температурных деформаций в обрабатывающей системе;
- управление процессом формирования методом "следа" отдельной поверхности в многогранных изделиях произвольно заданной формы в условиях групповой обработки с минимизацией весовых потерь каждого отдельного изделия.The technological and software of intelligent systems for numerical program control of multi-axis machine modules provide:
- automatic determination of the range of intensity regimes of defect-free stock removal under real (specific) processing conditions, taking into account the actual mechanical characteristics of the hard-structural and anisotropic processed material and mineral (diamond);
- technological diagnostics and operational formation of the intensity regimes of defect-free removal of allowance taking into account the actual cutting ability of the tool, the value of the initial allowance for processing, elastic and temperature deformations in the processing system;
- control of the process of forming a separate surface by the "trace" method in polyhedral products of an arbitrarily defined shape under batch processing conditions with minimization of weight losses of each individual product.
Суперпрецизионные многокоординатные станочные модули с числовым программным управлением позволяют обеспечить:
- число одновременно управляемых осей координат - 6;
- число шпинделей для режущего инструмента (револьверная головка) - 3;
- дискретность задания и отработки перемещений по:
осям X, Y, мкм - 0,05;
оси Z, мкм - 0,005;
осям A, B, град - 0,0001;
- максимальные величины перемещений по:
линейной оси X, мм - от 350 до 1000;
линейной оси Y, мм - от 150 до 300;
линейной оси Z, мм - до 10;
круговой оси A, град - 90;
круговой оси B, град - 360 град·N;
- диапазон рабочих подач, мм/мин - 0,06 ... 4500;
- диапазон частоты вращения шпинделей с режущими инструментами, об/мин - 3000 ... 10000;
- число одновременно обрабатываемых изделий, закрепленных в сменной многоместной кассете - 15;
- шероховатость обработанной поверхности Rz, мкм - 0,03 ... 0,05.Super precision multi-axis machine modules with numerical control allow you to provide:
- the number of simultaneously controlled coordinate axes - 6;
- the number of spindles for the cutting tool (turret) - 3;
- discreteness of the task and practicing movements on:
axes X, Y, microns - 0.05;
Z axis, microns - 0.005;
axes A, B, degrees - 0.0001;
- maximum displacement values for:
linear axis X, mm - from 350 to 1000;
linear axis Y, mm - from 150 to 300;
linear axis Z, mm - up to 10;
circular axis A, degree - 90;
circular axis B, degrees - 360 degrees · N;
- range of working feeds, mm / min - 0.06 ... 4500;
- range of spindle speeds with cutting tools, rpm - 3000 ... 10000;
- the number of simultaneously processed products fixed in a replaceable multi-seat cassette - 15;
- the roughness of the treated surface R z , microns - 0.03 ... 0.05.
Технические решения механической, электрической и электронной частей станка и программно-математического обеспечения отвечают требованиям дальнейшего совершенствования его потребительских свойств на базе компьютерных технологий за счет расширения технологических возможностей и концентрации операций. В этой связи возможно дальнейшее совершенствование станка за счет наращивания базовых технологических возможностей (обработка исходной произвольной формы каждого "сырого" алмаза в бриллиант, включая предварительную и окончательную обработку "рундиста", граней "павильона" и граней "короны") дополнительными функциями, обеспечивающими с одного постанова осуществление измерения и сертификации каждого отдельного "сырого" алмаза с составлением технологического маршрута механической обработки и управляющей программы, геометрического формообразования конечного продукта, а также дополнительными функциями, обеспечивающими измерение и сертификацию отдельных внутренних дефектов, не снимая обработанные бриллианты со станка, а также устранение выявленных отдельных дефектов в бриллиантах воздействием на них, например, лазерного луча непосредственно на станке. Technical solutions of the mechanical, electrical and electronic parts of the machine and mathematical software meet the requirements of further improvement of its consumer properties based on computer technology by expanding technological capabilities and concentration of operations. In this regard, it is possible to further improve the machine by increasing the basic technological capabilities (processing the initial arbitrary shape of each "raw" diamond into a diamond, including preliminary and final processing of the "girdle", the edges of the "pavilion" and the edges of the "crown") with additional functions that provide with one resolution, the measurement and certification of each individual "raw" diamond with the preparation of the technological route of machining and control program, geometric shapes formation of the end product, as well as additional functions for measuring and certification of individual internal defects without removing the processed diamonds from the machine, as well as elimination of the detected individual defects in the diamonds influence on them, such as a laser beam directly on the machine.
В результате применения предложенных согласно изобретению способа и устройства возможно обеспечить следующие выходные экономические показатели:
- совместить операции шлифования и микрошлифования при полном устранении микротрещин и достичь оптических классов чистоты на обработанной поверхности;
- достичь с воспроизводимыми результатами высокое качество и размерную стабильность обработанных оптических поверхностей на технологически сложных деталях оператором независимо от уровня его квалификации;
- повысить точность обработки и снизить долю поверхности, подвергшейся при шлифовании хрупкому разрушению с 99% до 5%;
- осуществить автоматический выбор оптимальных режимов резания на более высоких технологических параметрах, чем при ручных операциях полирования и притирке;
- осуществить групповую обработку изделий типа "ювелирная вставка" (диаметр 1 - 25 мм) в 15-местной сменной кассете со стабильным эстетическим качеством, соответствующим бриллиантовой огранке, в условиях мелкосерийного и серийного производства при минимизации весовых потерь на каждом отдельном изделии;
- обеспечить 10-кратное повышение производительности при отказе от использования операторов (огранщиков) высокой квалификации, а также от доводочных операций (притирки, полировки);
- обеспечить годовой объем в количестве 30000 штук в год при огранке "ювелирных вставок" с 57-ю гранями из природных алмазов (объемом 25000 карат) тремя операторами на 2-х станках при 3-сменной работе;
- обеспечить годовой объем в количестве 420000 штук в год при обработке в "твердом" направлении подложек из натуральных алмазов для изделий нано- и микроэлектроники тремя операторами на 2-х станках при 3-сменной работе.As a result of applying the method and device proposed according to the invention, it is possible to provide the following output economic indicators:
- combine grinding and micro grinding operations with the complete elimination of microcracks and achieve optical cleanliness classes on the treated surface;
- to achieve with reproducible results the high quality and dimensional stability of the processed optical surfaces on technologically sophisticated parts by the operator, regardless of his skill level;
- to increase the accuracy of processing and reduce the proportion of surface exposed to brittle fracture during grinding from 99% to 5%;
- carry out automatic selection of optimal cutting conditions at higher technological parameters than with manual polishing and grinding operations;
- carry out batch processing of jewelry insert type items (diameter 1 - 25 mm) in a 15-seat removable cartridge with a stable aesthetic quality corresponding to the diamond cut, in the conditions of small-scale and mass production while minimizing weight losses on each individual product;
- provide a 10-fold increase in productivity in case of refusal to use highly skilled operators (cutters), as well as from finishing operations (grinding, polishing);
- ensure an annual volume of 30,000 pieces per year when cutting jewelry inserts with 57 facets of natural diamonds (25,000 carats) by three operators on 2 machines with 3 shifts;
- to provide an annual volume of 420,000 pieces per year when processing in the "solid" direction of substrates from natural diamonds for products of nano- and microelectronics by three operators on 2 machines with 3-shift operation.
Claims (32)
V = Rz · f,
где Rz - заданная высота микронеровностей на обработанной поверхности готового изделия, мкм;
f - количество точек касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью в одну секунду.5. The method according to any one of claims 3 and 4, characterized in that the longitudinal movement of each touch point is carried out with a speed V, which is determined from the condition
V = R z
where R z - a given height of microroughnesses on the processed surface of the finished product, microns;
f is the number of touch points of the work surface with the producing tool surface in one second.
где δ - глубина врезной подачи в момент выхода обрабатывающей системы станка на управляемый режим шлифования, мкм.6. The method according to claim 1, characterized in that a predetermined law for changing the depth of the mortise feeds from aisle to aisle, a predetermined longitudinal velocity of touch points (V, μm / s) and a given length (L, μm) are introduced into the program of the elastic processing system of the machine ) the calculated trajectory of one pass, and during processing, the static component of the cutting force in the direction normal to the shaping plane is continuously fixed in each pass at each touch point of the work surface with the top of each cutting grain, they follow the law of changing the sum of these components from the passage to the passage, continuously compare this law with the given law of changing the depth of the mortise feeds from the passage to the passage and continuously determine the time interval (T, s) of the beginning of compliance of these laws, after which the value of the static component of elastic deformation is determined ( Δ, μm) of the processing system from the condition
where δ is the depth of the mortise feed at the time the processing system of the machine enters the controlled grinding mode, microns.
где Рд - величина динамической составляющей силы резания, кгс;
Рс - величина статической составляющей силы резания, кгс.7. The method according to claim 1, characterized in that the value of the dynamic component of the elastic deformation (λ, μm) is determined from the ratio
where R d - the value of the dynamic component of the cutting force, kgf;
P with - the value of the static component of the cutting force, kgf.
где f - количество точек касания обрабатываемой поверхности с производящей инструментальной поверхностью в одну секунду.8. The method according to PP.2 and 6, characterized in that in the process of longitudinal movement carry out additional discrete cut-in feeds normal to the plane of shaping with a frequency equal to the frequency of exposure of the cutting grains to the treated surface, and with a step (S, μm), determined from the relation
where f is the number of touch points of the machined surface with the producing tool surface in one second.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000105353/02A RU2165837C1 (en) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | Method for dimension microgrinding of articles, apparatus for method embodiment and attachment for securing ground articles |
PCT/RU2001/000095 WO2001066303A1 (en) | 2000-03-06 | 2001-03-05 | Method for article dimensional micro-polishing, device for carrying out said micro-polishing and workholder for a worked article |
AU2001250698A AU2001250698A1 (en) | 2000-03-06 | 2001-03-05 | Method for article dimensional micro-polishing, device for carrying out said micro-polishing and workholder for worked article |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000105353/02A RU2165837C1 (en) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | Method for dimension microgrinding of articles, apparatus for method embodiment and attachment for securing ground articles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2165837C1 true RU2165837C1 (en) | 2001-04-27 |
Family
ID=20231407
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000105353/02A RU2165837C1 (en) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | Method for dimension microgrinding of articles, apparatus for method embodiment and attachment for securing ground articles |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2001250698A1 (en) |
RU (1) | RU2165837C1 (en) |
WO (1) | WO2001066303A1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202007018587U1 (en) | 2007-10-22 | 2008-11-27 | Dmitriev, Oleg Gennadievich | Device for dimensioned micro-grinding of high-precision products with a complicated shape |
RU2558606C2 (en) * | 2010-09-27 | 2015-08-10 | АйАйЭй ТЕКНОЛОДЖИС ПТЕ. ЛТД. | Production of single-crystal white diamond |
RU2597444C2 (en) * | 2014-10-20 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Rapid method for selection of parameters of processed material grinding through microcutting by single grain in metal binder |
CN110549231A (en) * | 2019-08-02 | 2019-12-10 | 东旭(锦州)精密光电科技有限公司 | Polishing machine |
RU196783U1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-03-16 | ООО "ТехноТерм-Саратов" | Device for processing flat surfaces of parts |
CN111805360A (en) * | 2020-07-24 | 2020-10-23 | 扆亮海 | Improved method for drum brake pad high-precision inner arc grinding machine structure |
RU2739054C1 (en) * | 2020-07-02 | 2020-12-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Политех-Иркут" | Device for impact-shaping and stripping of large-size parts |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102229075B (en) * | 2011-05-16 | 2013-01-09 | 湘潭三峰数控机床有限公司 | Multi-carriage symmetrical numerical control jig grinding machine |
CN109158970A (en) * | 2018-09-29 | 2019-01-08 | 滁州欧博特电子制造有限公司 | Clamping tool is used in a kind of polishing of precise guide rail end face |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3704556A (en) * | 1971-12-22 | 1972-12-05 | Gen Electric | Speed adjusting system for grinding wheel drives and the like |
SU677883A1 (en) * | 1976-06-28 | 1979-08-09 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт | Flat grinding method |
SU770754A1 (en) * | 1978-06-12 | 1980-10-15 | Алтайский Политехнический Институт Им. И.И.Ползунова | Method of cylindrical grinding with adaptive control of part cross-section shape accuracy |
SU906670A2 (en) * | 1980-06-19 | 1982-02-23 | Пермский политехнический институт | Grinding method |
CH666437A5 (en) * | 1984-06-27 | 1988-07-29 | Schaudt Maschinenbau Gmbh | ROUND GRINDING MACHINE. |
RU2035287C1 (en) * | 1991-07-22 | 1995-05-20 | Бобрин Виктор Иванович | Method for microgrinding of flat surfaces |
DE4226347A1 (en) * | 1992-08-08 | 1994-02-10 | Schaudt Maschinenbau Gmbh | External cylindrical grinding machine - has infeed drive motor compactly housed in transverse tunnel passing under table guideways and allowing easy access from operator side of bed |
-
2000
- 2000-03-06 RU RU2000105353/02A patent/RU2165837C1/en not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-03-05 WO PCT/RU2001/000095 patent/WO2001066303A1/en active Application Filing
- 2001-03-05 AU AU2001250698A patent/AU2001250698A1/en not_active Abandoned
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202007018587U1 (en) | 2007-10-22 | 2008-11-27 | Dmitriev, Oleg Gennadievich | Device for dimensioned micro-grinding of high-precision products with a complicated shape |
DE102007050745A1 (en) | 2007-10-22 | 2009-04-23 | Dmitriev, Oleg Gennadievich | Spherical-, helical-, conical-, convex-, concave-, and tooth shaped form micro sharpening device for pinion worm gear, has module exhibiting control outputs, which are coupled with inputs of actuator of grinding machine |
RU2558606C2 (en) * | 2010-09-27 | 2015-08-10 | АйАйЭй ТЕКНОЛОДЖИС ПТЕ. ЛТД. | Production of single-crystal white diamond |
RU2597444C2 (en) * | 2014-10-20 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Rapid method for selection of parameters of processed material grinding through microcutting by single grain in metal binder |
CN110549231A (en) * | 2019-08-02 | 2019-12-10 | 东旭(锦州)精密光电科技有限公司 | Polishing machine |
RU196783U1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-03-16 | ООО "ТехноТерм-Саратов" | Device for processing flat surfaces of parts |
RU2739054C1 (en) * | 2020-07-02 | 2020-12-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Политех-Иркут" | Device for impact-shaping and stripping of large-size parts |
CN111805360A (en) * | 2020-07-24 | 2020-10-23 | 扆亮海 | Improved method for drum brake pad high-precision inner arc grinding machine structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2001250698A1 (en) | 2001-09-17 |
WO2001066303A1 (en) | 2001-09-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tönshoff et al. | Process monitoring in grinding | |
RU2165837C1 (en) | Method for dimension microgrinding of articles, apparatus for method embodiment and attachment for securing ground articles | |
Rowe et al. | Centreless grinding research and its application in advanced manufacturing technology | |
CN101811207A (en) | The method of lathe and processing work | |
Warhanek et al. | Comparative analysis of tangentially laser-processed fluted polycrystalline diamond drilling tools | |
Zhou et al. | Dynamic cutting process modelling and its impact on the generation of surface topography and texture in nano/micro cutting | |
Kovalev et al. | Adaptive optimal control of a heavy lathe operation | |
CN105921823A (en) | Grinding method for numerical-control worm grinding wheel of cycloid gear | |
CN101898325A (en) | Modification processing method of optical element surface and numerical control machine used thereby | |
Luo et al. | Material removal process optimization for milling of flexible workpiece considering machining stability | |
Shapovalov et al. | Optimizing the technology of reconditioning large high precision gear rims | |
Boral et al. | Machining of spur gears using a special milling cutter | |
CN108629120B (en) | Prediction method for machining cutting force of gear shaping of non-cylindrical gear | |
JPH07314249A (en) | Method and device for obtaining cumulative pitch error of gear | |
Staudt et al. | Performance of gears manufactured by 5-Axis milling | |
CN110497037B (en) | Method for grinding a gear workpiece in a numerically controlled machine tool | |
Serizawa et al. | Control of helical blade machining in whirling | |
CN114918736B (en) | Intelligent process system suitable for difficult-to-process materials | |
JP2004074163A (en) | Apparatus and method for rolling gear | |
DE102007050745A1 (en) | Spherical-, helical-, conical-, convex-, concave-, and tooth shaped form micro sharpening device for pinion worm gear, has module exhibiting control outputs, which are coupled with inputs of actuator of grinding machine | |
Bergs et al. | Investigations on five-axis milling and subsequent five-axis grinding of gears | |
Tian et al. | A flexible electronic helical guide controller | |
MAZURU et al. | NEW TECHNOLOGICAL SOLUTION FOR MANUFACTURING PRECESSIONAL GEARS WITH NON-STANDARD PROFILE | |
Lee et al. | New method of tool orientation determination by enveloping element for five-axis machining of spatial cam | |
CN101850498A (en) | Processing method of power senary shunting rotary frame of large-scale vertical mill reducer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050307 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20070420 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20071206 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20080627 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190307 |