KONCEPCJA INTELIGENTNEGO SYSTEMU OBRÓBKI SKŁADANYMI NARZĘDZIAMI ŚCIERNYMI

Transkrypt

1 KOMISJA BUDOWY MASZYN PAN ODDZIAŁ W POZNANIU Vol. 28 nr 2 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2008 KRZYSZTOF NADOLNY, JAROSŁAW PLICHTA KONCEPCJA INTELIGENTNEGO SYSTEMU OBRÓBKI SKŁADANYMI NARZĘDZIAMI ŚCIERNYMI W artykule przedstawiono koncepcję inteligentnego systemu obróbki składanymi narzędziami ściernymi przeznaczonego do jednoprzejściowego szlifowania otworów. W założeniu system ten umożliwiłby elastyczny dobór budowy ściernicy warstwowej, parametrów i warunków szlifowania, a także odpowiednie ukształtowanie makro- i mikrogeometrii czynnej powierzchni w zależności od konkretnego zadania obróbkowego. Doborem warunków obróbki miałby sterować moduł sztucznej inteligencji wykorzystujący symulację komputerową oraz system ekspercki. Słowa kluczowe: szlifowanie jednoprzejściowe, ściernice warstwowe, mikronieciągłości ściernicy, symulacja komputerowa, system ekspercki 1. WPROWADZENIE Szlifowanie jednoprzejściowe (rys. 1) stanowi alternatywę dla procesów szlifowania prostoliniowo-zwrotnego, najczęściej stosowanych w obróbce wykończeniowej otworów. Niewątpliwą zaletą tego procesu jest możliwość uzyskania żądanej jakości warstwy wierzchniej przedmiotu obrobionego w krótszym czasie, czyli znaczące zwiększenie wydajności ubytkowej szlifowania [1, 2, 5, 7, 8]. Szlifowanie jednoprzejściowe charakteryzuje się jednak małą trwałością ściernicy, wynikającą ze znacznego obciążenia jej czynnej powierzchni (rys. 1a). Jest to szczególnie widoczne w przypadku zastosowania ściernic z tańszych materiałów ściernych, takich jak elektrokorund czy korund spiekany SG. W procesie tym muszą być również spełnione wysokie wymagania co do sztywności układu obróbkowego [3]. W Katedrze Inżynierii Produkcji Politechniki Koszalińskiej od kilku lat prowadzone są badania nad jednoprzejściowym szlifowaniem otworów ściernicami o strefowo zróżnicowanej budowie, tworzonymi z użyciem ziaren elektrokorundu szlachetnego 99A, mikrokrystalicznego korundu spiekanego SG (rys. 2) oraz regularnego azotku boru CBN. Dr inż. Dr hab. inż. Katedra Inżynierii Produkcji Politechniki Koszalińskiej.

2 38 K. Nadolny, J. Plichta Rys. 1. Schemat strefy obróbki w procesie jednoprzejściowego szlifowania otworów (a) oraz widoki wiórów powstających w strefie szlifowania zgrubnego (b) i wykończeniowego (c) Fig. 1. Scheme of machining zone in single-pass internal cylindrical grinding (a) and view of chips formed in rough grinding (b) and finish grinding zone (c) Rys. 2. Przykład ściernicy o strefowo zróżnicowanej budowie z ziarnami korundu spiekanego SG i spoiwem szklano-krystalicznym: a) strefa szlifowania zgrubnego, b) schemat budowy, c) strefa szlifowania wykończeniowego Fig. 2. Example of grinding wheel whose structure is zonally diversified with sintered corundum grains SG and glass-crystalline bond: a) rough grinding zone, b) structure, c) finish grinding zone

3 Koncepcja inteligentnego systemu obróbki składanymi narzędziami ściernymi 39 Dzięki odpowiednio dobranej budowie strefy szlifowania zgrubnego i wykończeniowego, właściwej proporcji stref T 1 /T 2 oraz precyzyjnie ukształtowanemu nakrojowi stożkowemu takich narzędzi można uzyskać wartości wydajności ubytkowej szlifowania na poziomie Q w = 24 mm 3 /s. Wiąże się to jednak z koniecznością obciągania ściernicy po każdym przejściu roboczym [3]. Kolejne prace skupiają się zatem na wydłużeniu okresu trwałości opracowanych ściernic oraz na dalszym zwiększeniu wydajności ubytkowej badanego procesu. 2. INTELIGENTNY SYSTEM OBRÓBKI SKŁADANYMI NARZĘDZIAMI ŚCIERNYMI Jedną z możliwości zwiększenia trwałości ściernicy, a także wydajności ubytkowej jednoprzejściowego szlifowania otworów jest zintegrowanie różnych modyfikacji narzędzia ściernego, takich jak: strefowo zróżnicowana budowa, ukształtowanie nakroju stożkowego i mikronieciągłości na CPS oraz doprowadzenie cieczy chłodząco-smarującej (CCS) od wewnątrz narzędzia, bezpośrednio do strefy obróbki. Doborem budowy poszczególnych stref funkcjonalnych narzędzia ściernego, a także metody i warunków kształtowania makro- i mikrogeometrii ściernicy oraz parametrów i warunków szlifowania w zależności od zadania obróbkowego powinien sterować system wyposażony w moduł sztucznej inteligencji. W takim systemie (rys. 3) możliwe byłoby stworzenie ściernicy o strefowo zróżnicowanej budowie jako narzędzia składanego z dostępnego zbioru ściernic elementarnych, różniących się wysokością T, rodzajem i wielkością ziaren ściernych, strukturą itp. W zależności od wymaganego naddatku obróbkowego i wysokości strefy szlifowania zgrubnego ściernicy byłby kształtowany odpowiedni nakrój stożkowy oraz mikronieciągłości w strefie szlifowania zgrubnego ściernicy. Zastosowanie mikronieciągłości czynnej powierzchni ściernicy wpływa korzystnie na rozkłady energii cieplno-mechanicznej w strefie skrawania, pozwala na lepsze odprowadzenie z niej ciepła i wiórów oraz doprowadzenie cieczy chłodząco- -smarującej [6]. W trakcie kształtowania makro- i mikrogeometrii czynnej powierzchni ściernicy możliwe byłoby zróżnicowanie struktury jej poszczególnych stref funkcjonalnych. Jak pokazują badania [4], dostosowanie stanu czynnej powierzchni ściernicy do danego rodzaju obróbki (zgrubna lub wykończeniowa) umożliwia zmniejszenie mocy szlifowania oraz chropowatości przeszlifowanej powierzchni.

4 40 K. Nadolny, J. Plichta ZADANIE OBRÓBKOWE Strefa szlifowania zgrubnego ELEMENTY ŚCIERNICY SKŁADANEJ Przekładka z kanałami doprowadzającymi CCS Strefa szlifowania wykończeniowego MODUŁ SZTUCZNEJ INTELIGENCJI Baza wiedzy System ekspertowy ekspercki Symulacja komputerowa KSZTAŁTOWANIE MAKRO- I MIKROGEOMETRII (MIKRONIECIĄGŁOŚCI) CZYNNEJ POWIERZCHNI ŚCIERNICY Metoda kształtowania mikronieciągłości Warunki obciągania JRDNOPRZEJŚCIOWE SZLIFOWANIE OTWORÓW ŚCIERNICAMI SKŁADANYMI Warunki obróbki Szlifierka Materiał obrabiany Stan warstwy wierzchniej (R a, σ) Doprowadzenie cieczy chłodząco-smarującej (CCS) od wewnątrz ściernicy, bezpośrednio do strefy obróbki Przebieg obróbki (P, EA) Makro-i mikrozużycie ściernicy Rys. 3. Koncepcja inteligentnego systemu obróbki składanymi narzędziami ściernymi Fig. 3. The central idea of the intelligent machining system with sandwich grinding tools Opisywany system zakłada możliwość doprowadzenia cieczy chłodząco- -smarującej od wewnątrz narzędzia, bezpośrednio do strefy kontaktu ściernicy

5 Koncepcja inteligentnego systemu obróbki składanymi narzędziami ściernymi 41 z materiałem obrabianym, przez zastosowanie przekładki między ściernicami elementarnymi. Przekładka taka charakteryzowałaby się kanałami doprowadzającymi CCS, które mogłyby mieć różny kształt, konfigurację i wielkość. Rozwiązanie takie pozwoliłoby na ograniczenie zjawiska zalepiania czynnej powierzchni ściernicy występującego na skutek dużej wydajności ubytkowej szlifowania [3]. Konwencjonalne chłodzenie zalewowe, ze względu na długą strefę styku ściernicy z materiałem obrabianym w procesie szlifowania otworów, nie zapewnia odpowiedniego usuwania wiórów ze strefy obróbki i prawidłowego jej chłodzenia. Moduł sztucznej inteligencji tworzyłby bazę wiedzy na podstawie wyników symulacji komputerowych danego zadania obróbkowego i uzupełniałby dane o wartości zmierzone w trakcie procesu i o wyniki obróbki. Zaimplementowany system ekspercki umożliwiałby szybkie znalezienie cech budowy ściernicy oraz parametrów szlifowania dla przypadków zbliżonych do wcześniej prowadzonych procesów. Natomiast w sytuacji braku odpowiedzi ze strony systemu eksperckiego konieczne byłoby przeprowadzenie symulacji komputerowej dla danego przypadku i na podstawie jej wyników zadecydowanie o doborze warunków obróbki. System zapewniałby nieustanne samodoskonalenie przez gromadzenie kolejnych wyników z modułu symulacyjnego oraz wartości zmierzonych na stanowisku obróbkowym. 3. PODSUMOWANIE Należy przypuszczać, że stworzenie opisywanego inteligentnego systemu obróbkowego pozwoli na rozszerzenie zastosowań metody jednoprzejściowego szlifowania otworów ściernicami o strefowo zróżnicowanej budowie. Przyczyni się również do zwiększenia trwałości narzędzi oraz spowoduje dalszy wzrost wydajności ubytkowej tego procesu obróbki. Moduł sztucznej inteligencji pozwoli sterować zarówno wydajnością szlifowania, jak i jakością powierzchni obrobionej przez odpowiedni dobór ściernic elementarnych, przekładek z kanałami doprowadzającymi CCS, parametrów i warunków szlifowania oraz makroi mikrogeometrii CPS. W efekcie będzie można uzyskać kompleksową informację o najkorzystniejszych warunkach realizacji żądanego zadania obróbkowego obejmującą zarówno narzędzie ścierne, jak i parametry obróbki. LITERATURA [1] Klocke F., Hegener G., Schnell, gut und flexibel: Hochleistungs-Aussenrund-Formschleifen, IDR, 1999, 33, 2, s [2] Klocke F., Hegener G., Deacu L., Hochleistungs-Aussenrund-Formschleifen. Innovatives Fertigungsverfahren vereint hohe Flexibilität und Produktivität, ZWF, 1996, 91, 4, s

6 42 K. Nadolny, J. Plichta [3] Nadolny K., Badania efektywności procesu jednoprzejściowego szlifowania otworów ściernicami o strefowo zróżnicowanej budowie, rozprawa doktorska, Politechnika Koszalińska [4] Nadolny K., Kształtowanie właściwości skrawnych ściernic o strefowo zróżnicowanej budowie do jednoprzejściowego szlifowania otworów, Mechanik, 2007, 80, 2, s [5] Oczoś K.E., Doskonalenie techniki szlifowania. Część 2, Mechanik, 2005, 78, 10, s [6] Plichta, J., Plichta, S., Wpływ mikronieciągłości czynnych powierzchni ściernic na ich właściwości eksploatacyjne, w: Materiały XV Naukowej Szkoły Obróbki Ściernej, Rzeszów 1992, s [7] Webster J., Tricard M., Innovations in Abrasive Products for Precision Grinding, Annals of the CIRP, 2004, 53, 2, s [8] Weinert K., Finke M., Kötter D., Wirtschaftliche Alternative zum Hartdrehen. Innenrund- -Schälschleifen steigert Flexibilität beim Schleifen von Futterteilen, Maschinenmarkt, 2003, 109, 48, s Praca wpłynęła do Redakcji Recenzent: prof. dr hab. inż. Hubert Latoś THE IDEA OF THE INTELLIGENT MACHINING SYSTEM WITH SANDWICH GRINDING TOOLS S u m m a r y The paper presents the idea of the intelligent machining system with sandwich grinding tools for single-pass internal cylindrical grinding. An assumption was made that this system would enable flexible selection of sandwich grinding wheel structure, parameters and conditions of grinding and adequate shape of macro- and micro-geometry of grinding wheel active surface, depending on specific machining job. Machining conditions should be selected by artificial intelligence module using computer simulation and expert system. Key words: single-pass grinding, sandwich grinding wheels, microdiscontinuities of grinding wheel, computer simulation, expert system