Схема проезда
Моделирование и управление процессом резания и изнашивания инструментов
Достигнутые научные результаты:
- основные положения теории и методологии управления режимными параметрами лезвийной обработки, основанного на использовании уравнений скорости изнашивания инструментов;
- методика аппроксимации результатов экспериментальных исследований и разработки многофакторных полиномиальных моделей характеристик резания и скорости изнашивания инструментов;
- методика физического и математического моделирования процессов косоугольного несвободного резания, стружкообразования и изнашивания твердосплавных резцов;
- теоретический анализ параметров фрикционного контакта, числа циклов микрообъемов твердосплавной поверхности до разрушения и скорости изнашивания твердосплавных инструментов;
- многофакторные полиномиальные модели скорости изнашивания твердосплавных резцов, полученные аппроксимацией экспериментальных данных и теоретическим расчетом для условий обработки широкой гаммы конструкционных сталей и сплавов, включая труднообрабатываемые;
- модель процесса сверхточной лезвийной обработки, отражающая связь режимных параметров с погрешностями и характеристиками качества обработанных поверхностей оптического класса, закономерности изнашивания природных монокристаллических алмазных резцов при непрерывном и прерывистом характере обработки;
- математический аппарат, интегральные функционалы качества управления, алгоритмизация, программное обеспечение и результаты управления режимными параметрами на характерных примерах токарной обработки, в том числе алмазного микроточения элементов силовой и информационной металлооптики;
- научный прогноз, перспективы метода и результаты практического применения алмазного точения металлооптических поверхностей, в т.ч. протяженных и асферических.
Практическая ценность проведенных исследований заключается в разработке теоретического, методического и программного комплекса, направленного на повышение эффективности технологий лезвийной обработки, в основе которого находятся:
- научно-методическая база - общая методология; комплекс частных методик по исследованиям, аппроксимации, моделированию; методические рекомендации по оптимизации; методика испытаний резцов и исследований обрабатываемости сталей и сплавов; математический аппарат, банк исходных уравнений и расчетных программ - обеспечивающие реализацию управления режимными параметрамина токарных операциях;
- результаты автоматизированного расчета и варианты управления режимными параметрами на токарных операциях, в том числе для инструментов с твердыми сплавами без и с износостойкими покрытиями, режущей керамики, синтетических алмазов, кубического нитрида бора, заготовок из сталей, серого чугуна, алюминиевого и титанового сплава в условиях одноинструментной, многоинструментной последовательной и многопозиционной параллельной многоинструментной обработки;
- результаты управления режимными параметрами алмазного точения при непрерывном и прерывистом характере обработки протяженных и асферических металлооптических поверхностей;
- проект технологии и варианты управления режимными параметрами алмазного точения крупногабаритных отражателей, входящих в состав оптической схемы резонатора цилиндрического типа перспективного силового химического лазера.
Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 120200 "Станки и инструменты" и 121300 "Инструментальные системы машиностроительных производств".
Результаты проведенных исследований представлены для реализации в виде методического, математического и программного обеспечения как составляющих автоматизированных систем подготовки производства, управления технологическими процессами и CALS- технологий на машиностроительных и приборостроительных предприятиях. Разработанные методические рекомендации по оптимизации, методика испытаний резцов и исследований обрабатываемости сталей и сплавов переданы для практического применения на ряде предприятий.
Проведен комплекс совместных работ с ОАО "НПО Композит", АО "Красный пролетарий", СКТБ ИСМ АН Украины и др. по разработке и освоению специальных сверхточных станков для обработки поверхностей металлооптики методом алмазного микроточения. При непосредственном участии соискателя в НПО "Композит" были смонтированы и освоены сверхточные станки моделей МО1805, САТ1805, САТ1815, МК6516, предназначенные для обработки металлооптических отражателей диаметром до 1500 мм. Создана экспериментально-промышленная база, включая инженерное обеспечение, комплекты технологической оснастки, системы измерений и контроля, лазерные измерители микроперемещений, системы управления от ЭВМ для коррекции погрешностей и возможности обработки асферических поверхностей. Разработаны и внедрены типовые технологические процессы алмазного микроточения поверхностей диаметром до 1000 мм, включая асферические. Внедрение технологических процессов алмазного микроточения обеспечило существенное снижение трудоемкости, повышение производительности и качества обработки металлооптических крупногабаритных и асферических поверхностей. Изготовлены оптические элементы различных типоразмеров и назначения и переданы для контроля во ВНИИМС, фирму TAYLOR HOBSON и для проведения стендовых испытаний в ОАО "НПО Энергомаш". Разработаны технические требования на станки алмазного точения нового поколения в обеспечение изготовления перспективных лазерных зеркал.
Исследования по сверхточной лезвийной обработке выполнялись в МГТУ им. Баумана по планам научно-технических программ: грант Министерства образования РФ в 1998-2000 г.г.; "Научные исследования высшей школы в области производственных технологий" в 2000 г.; "Сотрудничество Министерства образования РФ и Министерства обороны РФ по направлению "Научно-инновационное сотрудничество" в 2001-2003 г.г.
Основные результаты исследований были доложены и одобрены на: Всероссийской научно-методической конференции "Стратегия развития университетского технического образования в России", Москва, 1998 г.; пятой Всероссийской НТК "Состояние и проблемы технических измерений", Москва, 1998 г.; Всероссийской НТК "Машиностроительные технологии", Москва, 1998 г.; научно-практической конференции "Алмазный инструмент" на первой международной выставке "Intertool-98", Москва, 1998 г.; межрегиональной научно-практической конференции "Метрологическое обеспечение испытаний и сертификации (ГОССТАНДАРТ России)", Москва, 1999 г.; семинаре в рамках научной программы второй международной выставки "Intertool-99", Москва, 1999 г.; шестой Всероссийской НТК "Состояние и проблемы измерений", Москва, 1999 г.; научно-технической конференции "Технология производства и обработки оптического стекла и материалов", Москва, 2000 г.; научно-практической конференции "НПО Энергомаш", Химки, 2001 г., Российской НТК "Проблемы определения технологических условий обработки по заданным показателям качества изделий", Рыбинск, 2003 г.; международной НТК "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения", Орел, 2003 г.; международной НТК "Инструментальные системы – прошлое, настоящее, будущее", Тула, 2003 г.; международной НТК "Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение", Брянск, 2003 г.
Перечень научных трудов за последние годы:
1. Грубый С.В. Развитие метода алмазного микроточения на сверхточных станках для обработки отражающих поверхностей металлооптики// Технология металлов. - 1999, №5. - С. 26-30.
2. Грубый С.В. Контроль качества кристаллов природных алмазов и повышение износостойкости специальных резцов// Состояние и проблемы измерений: Тез. докладов шестой Всероссийской НТК. – М.: МГТУ, 1999. – С. 355-356.
3. Разработка научных основ сверхпрецизионной лезвийной обработки отражающих поверхностей металлооптики, в том числе крупногабаритных и асферических: Отчет по теме Гр3.3/ МГТУ. Руководитель темы С.В. Грубый. ГР№ 01.2.00106923, инв.№ 02.2.00104080. – М., 2000. – 204 с.
4. Разработка теории и технологии прецизионной обработки протяженных металлооптических поверхностей СТМ- материалами: Отчет по теме 001.04.0135/ МГТУ. Руководитель темы С.В. Грубый. ГР№ 01.2.00104540, инв.№ 02.2.00103258. – М., 2000. – 102 с.
5. Грубый С.В. Сверхточная токарная обработка крупногабаритных поверхностей// Технология металлов. - 2000, №3. - С. 13-18.
6. Грубый С.В. Многофакторная аппроксимация полиномиальными моделями экспериментальных зависимостей резания металлов// Вестник машиностроения. -2000, №9. - С. 29-35.
7. Грубый С.В. Теоретические основы операционной технологии сверхточной лезвийной обработки протяженных металлооптических поверхностей// Вестник машиностроения. - 2000, №10. - С. 27-33.
8. Грубый С.В. Технологические особенности и перспективы сверхточной токарной обработки// Проблемы и пути реализации научно-технического потенциала военно-промышленного комплекса.: Тезисы докладов.- Киев, 2000. - С. 43-44.
9. Грубый С.В., Скорына Д.М. Оценка предельной точности обработки протяженных металлооптических поверхностей// Труды XIII научно-практической конференции. – Юрга: ТПУ, 2000, С. 76-77.
10. Грубый С.В. Повышение эффективности аппроксимации многофакторных зависимостей резания металлов// Вестник МГТУ. Машиностроение. - 2000, №3. – С. 55-66.
11. Грубый С.В. Разработка теории и технологии сверхточной токарной обработки// Резание и инструмент / Под ред. А.Е. Древаля. - М.: МГТУ, 2000. - С. 112-122.
12. Петрушин С.И., Грубый С.В. Обработка чугунов и сталей сборными резцами со сменными многогранными пластинами. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 156 с.
13. Перспективные научные направления и их отражение в учебном процессе специальностей "Технология машиностроения", "Металлорежущие станки и инструменты": Методические рекомендации/ Г.Н. Васильев, С.В. Грубый, А.М. Дальский и др.; Под ред. А.С. Проникова. – М.: МГТУ, 2001. – 32 с.
14. Грубый С.В. Уточнение модели стружкообразования при несвободном косоугольном резании: Труды XIY научной конференции. – Юрга: ТПУ, 2001. - С. 70-71.
15. Грубый С.В. Обоснование критерия эффективности операционных технологий: Сборник научных работ МЭЛИ. – М.: НОУ МЭЛИ, вып. 1, 2001. – С. 30-37.
16. Грубый С.В. Рациональный выбор режимных параметров на токарных операциях// Технология металлов. – 2001, №8. – С. 25-32.
17. Грубый С.В. Оптимальное управление скоростью резания при одноинструментной токарной обработке// Технология металлов. – 2002, №1. – С. 17-24.
18. Грубый С.В. Физическое моделирование процесса изнашивания твердосплавных резцов// Справочник. Инженерный журнал. – 2002, №2. - С. 37-43.
19. Грубый С.В. Оптимизация режимных параметров на операциях механической обработки// Технология металлов. – 2002, №11. – С. 33-37.
20. Грубый С.В. Обеспечение качества поверхностного слоя с учетом особенностей изнашивания инструмента// Материалы Росс. НТК. – Рыбинск: РГАТА, 2003. – С. 174-176.
21. Грубый С.В. Методика расчета скорости изнашивания лезвийных инструментов// Материалы международной НТК. – Орел: ОрелГТУ, 2003. – С. 168-171.
22. Грубый С.В. Повышение эффективности точения на основе управления процессом изнашивания инструмента// Известия ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып. 2. Инструментальные системы – прошлое, настоящее, будущее: Труды международной НТК. – Тула: ТулГУ, 2003. – С. 170-174.
23. Грубый С.В. Моделирование процесса изнашивания твердосплавных резцов// Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение.: Сб. трудов междунар. НТК/ Под общ. ред. А.Г. Суслова. – Брянск: БГТУ, 2003. – С. 53-56.
24. Грубый С.В. Расчетная методика по исследованиям обрабатываемости конструкционных сталей и сплавов// Технология металлов. – 2003, №8. – С. 22-28.
25. Грубый С.В. Моделирование процесса изнашивания резцов из нитрида бора при обработке закаленных сталей// Технология металлов. – 2003, №11. – С.11-16.
Руководитель направления - доц., д.т.н. Грубый С.В. (E-mail: grusv_16@bmstu.ru)