СУПЕРФИНИШНЫЕ СТАНКИ
ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Одна из современных тенденций мирового развития техники заключается в постоянном ужесточении требований к точности и качеству поверхностей деталей машин и механизмов. В первую очередь это относится к подвижным деталям автомобильного двигателя, подшипников качения и авиакосмической техники.
Заключительные этапы технологического процесса традиционно связаны с использованием абразивной обработки. Очевидно, что и в дальнейшем абразивная обработка будет занимать важное место в финишной технологии. Суперфиниширование служит окончательной операцией, на которой стремятся уменьшить отклонения формы, волнистость и шероховатость поверхности. Метод суперфиниширования получил широкое применение при изготовлении тел вращения благодаря высокой производительности и возможности полной автоматизации. Именно поэтому данный метод наиболее эффективно используется в массовом производстве деталей автомобильной техники.
Вместе с тем бесцентровое суперфиниширование имеют ряд особенностей, затрудняющих дальнейшее повышение точности обработки. Во-первых, осуществляется силовое замыкание контакта, и съем припуска зависит как от траектории перемещения заготовок, так и от стабильности их вращения и скорости продольной подачи. Во-вторых, характерно наследование геометрии заготовок с предшествующих операций. В-третьих, на детерминированные факторы процесса формообразования накладываются стохастические, которые при образовании отклонений формы заготовок проявляются наиболее значимо.
Известны фундаментальные труды в области обеспечения качества деталей машин [1-4] и работы, заложившие физические основы процессов абразивной обработки [5-10]. Значительное число монографий посвящено технологии абразивной обработки и отдельным ее аспектам [11-23]. Конструкции и особенности проектирования технологического оборудования, в том числе суперфинишных станков, рассмотрены в работах [24-27]. За последние годы в отечественной промышленности получены новые результаты в исследовании динамики станков, проектировании абразивного инструмента, создании систем автоматизированного управления [28-33]. Однако до сих пор мало внимания уделено созданию комплексного подхода к обеспечению точности на этапах проектирования и эксплуатации технологического оборудования на основе детерминированных моделей, описывающих геометрические, кинематические и силовые параметры формообразования. Применение единого методологического подхода требует создания системы критериальных оценок качества процесса формообразования и обоснования в использовании формализованных методов оптимизации. Кроме того, детерминированные модели лишь в первом приближении отражают реальные процессы, а одно из направлений повышения степени их адекватности связано с учетом стохастических факторов.
Результативность решения приведенных задач на практике существенным образом зависит от технических возможностей того или иного предприятия и квалификации специалистов, занимающихся данными вопросами. В современных российских условиях опыт, накопленный на предприятиях космического или оборонно-промышленного комплекса, не всегда находит применение в других отраслях промышленности. Зарубежные производители не публикуют подробную информацию об особенностях технологии суперфиниширования и наладке станков. Указанные трудности в настоящее время сдерживают повышение точности суперфиниширования и ограничивают область обработки только достаточно простыми поверхностями.
Исторически процесс суперфиниширования возник в связи с повышением требований к точности формы и снижению шероховатости тел качения подшипников. В 1935 г. в США было установлено, что при транспортировании по железной дороге новых автомобилей за счет толчков и тряски на недостаточно точно обработанных дорожках подшипников качения возникали
вмятины или углубления [34]. Причиной их появления были сами тела качения. Фирма «Крайслер» (США) первой правильно распознала причину этих дефектов и устранила их путем введения суперфинишной обработки. Слово «суперфиниш», которое было использовано для названия этого метода, буквально означает «самая последняя» ступень обработки. В 1940 г. в своих первых публикациях Уаллис сообщил о данном методе обработки. Фирма «Крайслер» уже тогда для удовлетворения собственных потребностей изготовила суперфинишные станки по современному принципу движений. Позднее разработками в этой области занялись и в других странах.
Теоретические основы бесцентрового суперфиниширования были заложены отечественными исследованиями в 60-70-е гг. ХХ в. Однако сложность физических и геометро-кинематических аспектов бесцентрового суперфиниширования не позволяет говорить о достаточной изученности этого процесса даже в настоящее время. За последние десятилетия благодаря гибкости процесса суперфиниширования значительно расширился диапазон обработки деталей различных форм и размеров. Кроме того, изменились представления о возможностях исправления погрешностей формы обрабатываемых поверхностей. Все это дает основания утверждать о необходимости дальнейших исследований, как фундаментального характера, так и в интересах отдельных отраслей техники, например автомобильной промышленности, чему и посвящена настоящая монография.