Важнейшим этапом разработки технологического процесса обработки деталей на операциях круглого шлифования, выполняемых на станках с ЧПУ, является производственная безопасность при проектировании циклов управления радиальной и осевой подачами при разработке режимов резания для управляющих программ. От качества разработки цикла зависит производительность операции, полнота использования технологических возможностей станка, количество бракованной продукции.

Обработка всей партии деталей на шлифовальном станке с ЧПУ ведется по спроектированным циклам шлифования радиальной и осевой подач в условиях действия различных переменных технологических факторов, связанных с затуплением режущего инструмента, переменным припуском, разным исходным радиальным биением заготовки и др. В результате действия переменных технологических факторов обработка каждой детали при одинаковом цикле ведется при разной динамике сил резания, а, следовательно, и при различных значениях фактической радиальной подачи. Это обуславливает колебания показателей точности размеров и качества обрабатываемой поверхности в партии деталей, что отмечают главные технические инженеры.

Эффективный метод проектирования циклов

Для решения проблемы проектирования оптимальных по быстродействию и устойчивых к переменным условиям обработки циклов круглого шлифования для станков с ЧПУ разработана современная методология. При ее внедрении главный инженер промышленного предприятия использует метод динамического программирования (МДП), так как он не требует заранее построения области допустимых значений управляющих.

Оптимизация цикла с применением МДП проводится по аналогии с оптимизацией транспортной задачи производственного цикла, в которой задана сеть дорог с промежуточными станциями (состояния заготовки в процессе обработки) и требуется найти оптимальный маршрут (оптимальный цикл) между двумя пунктами А (заготовка) и В (готовая деталь). В качестве целевой функции принято минимальное время цикла шлифования, позволяющее увеличить производительность современных станков.

Оптимальный цикл шлифования, спроектированный на основе усредненных условий шлифования, обладает низкой надежностью и устойчивостью к воздействию переменных технологических факторов на точность обработки и обеспечение других параметров качества. Существенным недостатком предложенной методологии проектирования оптимальных циклов является отсутствие учета непредвиденных ситуаций, связанных с нестабильными условиями шлифования, затуплением зерен шлифовального круга, колебанием припуска или исходного радиального биения заготовки и др., что может привести к появлению брака на операции шлифования.

При проектировании оптимального производственного цикла шлифования на устойчивость учитывались следующие основные переменные технологические факторы:

• затупление зерен круга в процессе обработки. В начале обработки заготовки после правки круга зерна острые, в процессе обработки происходит затупление режущих зерен круга. В конце стойкости непосредственно перед правкой круга зерна имеют максимальное затупление;
• колебание припуска на обработку. Из-за рассеивания размеров обрабатываемой поверхности в партии деталей припуск на каждой детали имеет различное значение. Припуск в партии деталей изменяется от минимального до максимального значения;
• колебание исходного радиального биения заготовки находится в зависимости от точности обработки на предыдущей операции. Теоретически может изменяться от нуля до максимального значения;
• размерный износ шлифовального круга и снижение скорости резания. При обработке партии деталей происходит периодическая правка круга, после которой диаметр круга уменьшается, из-за чего снижается скорость резания. Размерный износ изменяется от минимального до максимального значения;
• количество зон с  разными режимами резания. При круглом шлифовании с осевой подачей (внутреннее и наружное шлифование) имеются две реверсные и одна нереверсная зона, в которых в одном и том же цикле шлифования фактические режимы резания разные. В реверсной зоне обработка ведется с использованием разных видов шлифования (врезание с радиальной подачей, выхаживание с радиальной подачей во время реверса, шлифование с осевой подачей). Кроме того, имеются зоны с прерывистыми поверхностями, в которых другая динамика сил резания и возможно получение брака.

Концепция «цифрового двойника»

При проектировании производственных систем предприятия, а именно в процессе диагностики на устойчивость цикла шлифования к совокупному воздействию постоянно меняющихся переменных факторов, возникающих при обработке партии деталей, применена концепция «цифрового двойника» (digital twin, DT). В рамках этой концепции разработана системная модель DT, предназначенная для:

• предотвращения брака и причин его возникновения на операции круглого шлифования;
• повышения надежности и устойчивости цикла шлифования к совокупному воздействию переменных факторов;
• обеспечения полной автоматизации по разработанным чертежам проекта управляющей программы на этапе расчета и программирования режимов резания;
• прогнозирования колебаний точности, шероховатости, твердости обрабатываемой поверхности после обработки партии деталей;
• фиксации массива переменных факторов, при которых возникают условия получения каждого вида брака;
• формирования массива ограничений целевой функции по переменным условиям шлифования для системы оптимизации цикла.

Проектирование и организация производственного процесса с помощью методологии оптимальных циклов шлифования, устойчивых к переменным условиям обработки, позволяет автоматизировать процесс разработки управляющих программ для станков с ЧПУ. Этот подход может стать основой для разработки и внедрения производственных киберфизических систем в рамках концепции Индустрия 4.0.

Главные инженеры по эксплуатации отмечают, что практическим результатом синтеза технологий цифрового двойника и метода динамического программирования является повышение уровня автоматизации проектирования управляющих программ для станков с ЧПУ, обеспечивающей расчет оптимальных значений радиальной подачи на всех ступенях цикла, оптимальное распределение снимаемого припуска по ступеням цикла, при которых обеспечивается минимальное основное время цикла шлифования и снижение рисков по выполнению заданных требований к качеству обрабатываемой детали.

Ознакомиться с полной версией материала и другими публикациями вы можете, оформив подписку на журнал «Главный инженер. Управление промышленным предприятием» ИД «ПАНОРАМА».