ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Согласно проведенных авторами исследований в широком диапазоне условий резания металлов, существует прямая связь между случайной составляющей шероховатости обработанной поверхности (ШОП) и спектром ЭДС резания как интегральными характеристиками системы резания. Например, при точении резцом происходит измерение именно случайной составляющей ШОП, получаемой вдоль следа инструмента, через параметры спектра ЭДС резания, так как все процессы схватывания и износа у токопроводящих инструментального и обрабатываемого материалов скоррелированно отражаются в спектре ЭДС резания и в спектре ШОП. Одинаковость систематической составляющей ШОП обеспечивается обязательным постоянством геометрии инструмента (углов и радиуса при вершине) и подачи.

В основу алгоритма прогнозирования ШОП в процессе обработки деталей (например, на операциях чистового точения металлов) положено сравнение изменения формы спектра ЭДС резания с эталонным изменением формы спектра шероховатости, получаемым для конкретных условий эксплуатации трущейся пары.

Основные принципы методики получения меры изменения формы спектра шероховатости заключаются в следующем.

Поверхности хорошо приработанной в нормальных условиях трения со смазкой пары, например вал-втулка, после разборки подвергают измерению спектральных характеристик шероховатости, поскольку они отражают энергетическую природу эксплуатационных свойств деталей. Измерение спектра шероховатости производится вдоль следа резца на станке или приспособлении, обеспечивающими число оборотов не более 0,03 об/с для получения окружной скорости не более 0,01 м/с, необходимой для нормального трассирования иглы стандартного измерительного прибора типа «Калибр-283». Прибор, кроме измерения традиционного параметра шероховатости - среднеарифметического отклонения профиляrа - специально модернизирован с целью измерения спектра шероховатости.

Сигнал о профиле с ощупывающего узла прибора после усилителя, минуя интегратор, поступает на вход специального (можно использовать универсальный треть-октавный анализатор спектра параллельного действия типа Ф4337) блока фильтров-анализаторов, состоящего из шести параллельно работающих каналов опорных частот на 125, 250, 500, 1000, 2000 и 4000 Гц, являющимися базовыми для подавляющегося большинства деталей трущихся пар. Дополнительно усиленные и выпрямленные сигналы с каждого канала через коммутатор аналоговых сигналов и аналого-цифровой преобразователь поступают на вход микро-ЭВМ, где по специальной программе производится их регистрация для получения спектра шероховатости. При этом делается 10-12 повторений записи сигнала в различных участках поверхности вала или втулки.

Затем вычисляются исходные общие вектора (признак первого уровня) спектра шероховатости, построенные в шестикоординатном пространстве на интенсивностях указанных выше его частотных полос как на координатных осях, равным образом для вала и для втулки, а также эталонный угол (признак второго уровня) между этими векторами.

Аналогичным образом производится измерение спектра щероховатости и вычисление предельных общих векторов и угла между ними для изношенных (можно на форсированных режимах и без смазки) вала и втулки. Разница между исходным и предельным углами есть мера, со значением которой будет сравниваться величина изменения угла между векторами спектра ЭДС резания, заранее полученного для вала, и непрерывно вычисляемым непосредственно в процессе обработки для втулки или, наоборот, сначала полученного для втулки.

Из теории распознавания образов следует, что мера близости формы спектров может определяться одним из критериев:

- расстоянием Бхаттачария (В-расстояние),

-d-мерой (d-расстояние), основанной на определении усредненного минимального расстояния от средних векторов признаков двух спектров до оптимальной разделяющей гиперповерхности с использованием Байесовских решающих правил,

- эвклидовым расстоянием (Е-расстояние), выражающим среднеквадратическую величину отклонения углов наклона векторов спектров ЭДС резания изготавливаемой трущейся пары от заданной (эталонной) среднеквадратической величины отклонения углов наклона векторов спектров шероховатости поверхностей хорошо приработанных деталей из материалов того же состава,

- вариационным расстоянием Колмогорова (К-расстояние),

- расстоянием Махаланобиса (М-расстояние), выражающим отношение расстояния между математическими ожиданиями векторов двух различных спектров к дисперсии величины проекции векторов каждого спектра на направляющий вектор разделяющей гиперплоскости,

- обобщенным расстоянием Себастьяна (С-расстояние) или метод максимизации расстояния между совокупностями признаков, разделяющих объекты разных спектров, при сохранении неизменным расстояния между признаками, объединяющими объекты одного спектра,

- кластерным методом Тоу и Хейдорна (ТХ-расстояние), основаным на минимизации математического ожидания расстояния между объектами одного спектра, чем достигается значительное понижение размерности пространства признаков.

Для принятия решения об окончательном выборе меры близости спектров было проведено четыре серии испытаний при продольном точении металлов твердосплавным инструментом: Сталь40Х - твердый сплав Т5К10, Сталь ОХ18Н10Т - твердый сплав Т5К10, Сталь ОХ18Н10Т - твердый сплав ВК8, Титановый сплав ВТ14 - твердый сплав ВК8.

Сопоставление мер близости, полученных для одних и тех же условий резания, показало, что алгоритм прогнозирования шероховатости обработанной поверхности должен базироваться на признаках второго уровня, а оптимальной мерой близости спектров следует считать Эвклидово расстояние (Е - расстояние).