3.2. Структура технической системы процесса шлифования

Между процессом действия и процессом преобразования существует причинная связь, а именно, изменение операнда в процессе преобразования (E) вызывается действиями (W) технической системы как причины.

Внутреннюю организацию, порядок и построение любой системы характеризует структура (Str) объекта. Если E = e1, e2, ..., en есть множество элементов системы, а R = r1, r2, ..., rn - множество их отношений, то структура представляет собой множество, состоящее из E и R, т.е. это совокупность свойств элементов и отношений между ними, поэтому запишем: Str = E, R.

Один и тот же объект может быть определен несколькими системами, следовательно, несколькими структурами. Структура, наряду с функционированием, является наиболее важным свойством системы. Но это абстрактная модель процесса. Одному из уровней абстрагирования технической системы соответствует функциональная структура, которая определяется как упорядоченная совокупность функций и отношений между ними /52/.

Описание состояния элементов и соотношения между ними в АРП. Процесс абразивного шлифования связанным зерном является большой и сложной технической системой, состоящей из нескольких подсистем. Совокупность подсистем составляют систему ДИС. Совокупность ДИС с S , En и J даст АРП. Каждую из этих систем можно представить в виде нескольких иерархических уровней, что упростит анализ их функционирования и позволит целенаправленно проводить поиск рациональных условий управления процессом обработки.

Всю информацию о структуре TS АРП выразим через множество E(I) элементов (e1, e2...em) и множество R(J) отношений (r1, r2...rn), где I и J = 1, N. Структуру процесса абразивного шлифования запишем в виде множества

Strшл = EI, RJ. (56)

Создание информационного описания объектов и взаимосвязей подсистем процесса абразивного шлифования (с учетом всех элементов и отношений между ними) трудоемкая процедура. Это проявляется уже при разработке классификационной схемы АРП и выделении основных информационных объектов. Поэтому работу следует проводить в несколько этапов. При проведении систематизации объектов АРП подсистемы целесообразно разделить на иерархически связанные укрупненные группы элементов (уровни). Для нашего примера можно воспользоваться идеей многоуровневого представления данных с распределением функций организации данных, соответствующих различным критериям /21/.

Рассмотрим один из вариантов комплектования элементов по группам, построения многоуровневой структуры процесса абразивной обработки и систематизации состояний элементов с их взаимосвязями. В основе классификации и систематизации объектов АРП лежат обобщенные знания в виде теории резания, физики твердого тела, строения материи, а также физико-химические, электрические и другие явления и подпроцессы, совокупность которых составляет суть процесса абразивного шлифования. Исходя из этого, весь массив материальных S, энергетических En и информационных I потоков, определяющих процесс дискретного резания, нами разделен на четыре базовых уровня. Они таковы.

Первый уровень I УАРП отражает общее содержание способа обработки, состав оборудования, конструкцию станка и т.п. Он представляет собой совокупность укрупненных подсистем. Это метауровень TS АРП с наименьшей детализацией протекающих в системе процессов, но с описанием их.

Второй уровень II УАРП связывает между собой воедино материальные объекты (элементы) и взаимосвязи, которые необходимы для проведения, например, процесса дискретного шлифования. На базе уровня можно варьировать входными параметрами процесса обработки. Это как бы технологическая сторона процесса обработки.

К третьему уровню III УАРП относятся свойства и отношения элементов, проявляющиеся через физико-химические, электрофизические и другие явления и факторы, определяющие подсистемы процесса резания. Эти объекты представляют собой микроуровень TS АРП. В совокупности с элементами и отношениями четвертого макроуровня IV УАРП они обеспечивают заданные выходные показатели параметров процесса обработки.

Поэтому к четвертому IV УАРП мы отнесли первоопределяющие причины классического представления о механизме резания (имеется в виду деформациz, трение, диффузия, электрическая поляризация и т.д.).

В работе, относящейся к созданию информационного обеспечения специализированной базы данных, ориентированной на локальную область механической обработки связанным зерном, есть немало особенностей, которые необходимо учитывать. Одна из них - выбор определенной грамматики описания информационного обеспечения процесса и необходимых для этого правил.

Обозначим адресно: множествj элементов - Е1, Е2...,Еn, а множество их отношений - R1, R2...,Rn. Все вместе они характеризуют внутреннюю организацию TS АРП. Примем следующие обозначения, уточняющие принадлежность элементов и отношений к иерархическим уровням АРП: уровни – римские цифры с символами. Например, множество отношений адреса R4 третьего уровня III УАРП можно записать в виде R4 ( III -У АРП ) или кратко R4IIIУ. Средством описания элементов структуры и полиструктуры является формализованный язык функций и видов структуры. Механизм порождения функций основан на правиле "помещения рядом".

Рассмотрим пример анализа информации и записи свойств, которыми обладают абразивные зерна шлифовального инструмента, т.е. объекты второго уровня. Известно 37, что каждое абразивное зерно обладает геометрическими размерами, измеряемыми в микронах, и соответственно для трех координат зерно обозначают как l×b×h. Присвоим этим элементам следующие символы: e1, е2, е3. Далее. Зерно бывает искусственное (обозначим это свойство е4) или природное (е5). На зерно наносят дополнительное покрытие, например, при металлизации - это е6. Если покрытия нет – имеем е7. Когда зерна с покрытиями агрегатируют е8, отсутствие агрегатирования – е9.

Продолжая подобным образом описание свойств зерна (и зерен), получим набор свойств, который обозначим согласно принятой грамматики через Е11IIУ = е1, е2, е9, еf .

По такой методике необходимо проанализировать все информационные объекты, составляющие основу классификационной и концептуальной схем АРП. Особую сложность вызывает наполнение иерархических уровней и создание списка приоритетной информации. В табл.4 показан разработанный автором вариант многоуровневого представления информационных данных процесса абразивного шлифования с указанием основных свойств, состояний и отношений, определяющих взаимодействия объектов (элементов) в TS АРП. Объекты систематизированы по четырем иерархическим уровням и отражают обобщенный процесс абразивной обработки. В этом варианте есть информационное описание всех основных объектов, подсистем с совокупностью нескольких объектов и систем объектов с их сложными взаимосвязями.

Затронем еще один вопрос, а именно, установим минимально необходимое число групп объектов для информационного обеспечения процесса прерывистого шлифования. Для этого рассмотрим основные объекты ДИС. Во-первых, это деталь Дм (с предпочтительно однородной структурой материала). Во-вторых, это инструмент Ин (с необходимым набором характеристик: зернистость абразива, вид связки, формой рабочей поверхности РП (сплошная, прерывистая ) и т. д.). Для реализации кинематики способа обработки системы Дм-Ин требуется оборудование - станок (Ст). При шлифовании применяем функционально - технологические жидкости, являющиеся основой среды (ФТС). Энергия приводов оборудования обеспечивает движение детали и инструменту. Придадим через эти существующие функции, например для детали, функцию подачи, а инструменту функции глубины и скорости резания. Получим некое описание в виде технической системы деталь – инструмент - среда, т.е. ТS ДИС.

Система ДИС является сердцевиной технической системы активного рабочего пространства процесса дискретного шлифования. Системы ДИС и рабочее пространство процесса шлифования рефлексивны, но они имеют большую степень функциональной верификации. Причем рабочее пространство всегда содержит большее число объектов и их состояний, чем ТS ДИС. ДИС может фактически приблизиться к рабочему пространству, если понижать активность АРП и увеличивать активность ДИС. Управляют этим по-разному (в зависимости от поставленных задач), например, применяя внешние энергетические воздействия или вводя в систему электрические потенциалы, или активизируя СОТЖ при ее подаче в зону обработки. Но всегда система ТS ДИС - это основная часть системы активного рабочего пространства.

Структура TS АРП ПШ. По аналогии с АРП абразивной обработки система ДИС (как основа АРП ПШ) имеет несколько состояний. Установившееся среднее, стандартное активное состояние - САС. Нижний уровень активности - это СН, верхний - СВ. Варьируя этими состояниями по своему усмотрению, можно управлять входными объектами процесса ПШ. Например, при характеристике инструмента с зернистостью алмазов dЗ для стандартного уровня имеем САС (100/80). Повышенной активности соответствует dЗ В (200/160 мкм). Состояния уровня активности присущи всем объектам и взаимосвязям в ДИС ПШ.

Для АРП ПШ и ее ДИС будет справедливо деление всех объектов с их взаимосвязями на четыре иерархических уровня (табл. 5), т.к. ПШ является согласно классификационной схеме частью общей АРП. Поэтому первый уровень системы I УАРППШ занимают объекты, близкие по содержанию к метауровню. Они отражают содержание способа прерывистого шлифования и содержат элементы с наименьшей детализацией свойств объектов процесса обработки. Следующий уровень связывает между собой воедино материальные элементы, необходимые для проведения дискретного шлифования 3 УДР, и их состояния, позволяющие варьировать входными параметрами. Третий и четвертый уровни - это соответственно микро- и макроуровни, обеспечивающие качественную и, частично, количественную сторону выходных параметров. Все уровни представляют собой единое целое и связаны между собой процессом контактного взаимодействия в ДИС ПШ.

Таблица 5

Состояния элементов на иерархических уровнях и отношений между ними в АРП дискретного шлифования

Символ	Содержание состояния элемента или отношения между ними (иерархические уровни объектов)
	I УАРП
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11	Способ обработки Кинематическая схема станка Обработка с постоянной подачей или силой прижима Одно-или многопроходное шлифование Угол наклона оси круга к детали Жесткость системы СПИД Вибрации, автоколебания, биения Одно-или двусторонняя обработка Врезное шлифование Активность рабочего пространства (пассивное, переходное) Активное состояние рабочего пространства
	II УАРП
R1 R2 R3 R4 R5 R6	Уровень дискретности рабочей поверхности инструмента Характер рабочей поверхности (прерывистый, сплошной) Взаимосвязи рабочих контуров в комбинированном инструменте Упругие основания - системы абразивных элементов Закон функционирования упругих оснований при съеме припусков Геометрические параметры и конструкции ПРП

Продолжение табл. 5

R7 R8 E9 E10 E11 E12 Е13 Е14 R15 R16 E17 E18 R19 R20 R21

Вид установившейся (заданной) макротопологии выступов ПРП Создание макротопологии выступа (естественное, искусственное) Характеристики алмазоносного слоя, как совокупность свойств Дифференциальные характеристики инструмента, описывающие состояние зерна, связки, их совокупные закономерности Абразивное зерно с его свойствами: твердость (микротвердость), механическая прочность, абразивная способность и другие физико-механические свойства; происхождение абразивного материала (естественное, искусственное); размер и геометрические соотношения параметров зерна; степень однородности зернового состава (содержание фракций по числу зерен); наличие или отсутствие искусственного покрытия на абразиве; способ нанесения покрытия; вид, толщина, состав покрытия; агрегатирование зерен; металлизация зерен с одновременным агрегатированием и другие свойства Связка с её свойствами: основа (металлическая, органическая, керамическая) наполнители; работоспособность (удержание зерен и износостойкость); теплофизические, адгезионные и другие свойства Концентрация абразивов в инструменте Закономерности распределения абразива по РП инструмента Конструкция инструмента по виду и форме рабочего абразивного слоя, его размеры и отличительные конструктивные особенности Блоки абразивных элементов, состоящие из разнородных абразивов или разных связок, или имеющие ориентацию зерен Элементы режимов резания (Vкр, Sпр, Sпоп, t, vдет и др.) Форма поверхности обрабатываемой детали Площадь контакта детали с инструментом Соотношение Sпдет/Sпинстр в процессе обработки Положение детали относительно инструмента

Продолжение табл. 5

R22 R23 R24 Е25 Е26 Е27 Е28 R29 R30 R31 R32 R33 R34 E35 Е36 Е1 R2

Взаимосвязи факторов с позиции целесообразности их варьирования, например характеристик инструмента (dз) режимами резания (t) Величины и последовательность съема припуска при обработке Схема управления съемом припуска Объем (геометрические размеры) алмазоносного слоя Свойство рабочей поверхности ПРП, являющейся сочетанием Свойства алмазоносного слоя и макротопологии инструмента Вид ФТС (жидкость, твердая смазка, аэрозоль), ее свойства Способ подачи ФТС: в зону обработки, внезонно, комбинированно Последовательность применения ФТС в цикле обработки (однородный и разнородный составы), их подача на разных этапах Способ подачи СОТС как чередование средств, например, так: ТЖ+ абразив; масло + электролит; жидкость + газ и т.д. Конструктивные особенности средств подачи ФТС в АРП Активация среды или отсутствие таковой Высоконапорный подвод ФТС, подача ТЖ при обычном давлении (скорость истечения и законы ее изменения при обработке) Гидродинамичное воздействие технологической жидкости Технологическая наследственность процесса как результат накопленных дефектов от предыдущей обработки с учетом применяемого способа разрушения материала детали III УАРП Физико-механические свойства материала детали Конфигурация детали

Продолжение табл. 5

R3 E4 E5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 Е19 R20

Единство состава и структуры, фаз материала детали или наличие бинарных свойств материалов Специфичные свойства материала детали, их изменения в процессе обработки (доменная структура ферромагнетиков, коэрцитивная сила, ,  ферритов). Особенности характера разрушения обрабатываемого материала (пластичное, хрупкое) при различных условиях обработки Обеспечение возможности управлять разрушением материала детали (только хрупкое преобладание пластического деформирования) Тепловые источники поля, законы изменения их интенсивности Динамика процесса (составляющие силы резания) Температуры шлифования (средняя, относительная) Физические параметры процесса, критерии: производительность обработки, скорость съема, коэффициент шлифования Энергетические показатели процесса (мощность, КПД) Показатель контактной обрабатываемости материала шлифованием Внешнее давление среды в зоне контактного взаимодействия Размерный износ рабочей поверхности инструмента Наличие в зоне контакта явлений, порождаемых абразивным разрушением (плазма, выделение тепла, света) Комплексный показатель, являющийся результатом суммарного воздействия нескольких физических явлений в зоне контакта, например формирования и перестройки наростообразования на выступе ПРП Всасывающее действие на ФТС щелей зон выступа РП и детали Условия образования подвижной системы в ДИС Формы стружек материала и состав шлама Разрушающее воздействие подвижной системы в микрообъемах основных объектов ДИС и на формирование качества обработки

Продолжение табл. 5

R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 R29 R30	Электрофизические явления, сопровождающие контактные взаимо­действия, классифицируемые как электропотенциалы контактного взаимодействия структурно-чувствительных материалов Электрофизические явления абразивной обработки, относящиеся к статическому электричеству, ультразвуковым колебаниям и т.п. Низкочастотные колебательные и резонансные процессы Кавитационные явления при абразивном контактировании в ДИС ЭДС гальванических пар Объединяющие действия ФТС как функция технологической среды с моющими, охлаждающими, проникающими, смачивающими, смазывающими и другими свойствами Создание макротопологии инструмента с ПРП в самоформирующейся системе, подвергающейся внешним воздействиям по границам Создание поверхностной структуры в материале детали Усталостно-адгезионное и диффузионное изнашивание в ДИС Механическое разрушение РП инструмента (выступов ПРП).
	IVАРП
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7	Основные подсистемы механизма резания, а именно: протекание в зоне контакта инструмента и детали процессов всех видов деформации, трения, изнашивания, разрушения и т.п. Адсорбция физическая и химическая (хемосорбция) Режущее и пластифицирующее действие ТЖ Электрокапиллярный и капиллярный эффекты, поверхностная диффузия и другие близкие явления, протекающие при участии ФТС Работа диспергирования Адгезионные воздействия вследствие химических связей и межмолекулярные физические связки Диффузионные механизмы

Окончание табл. 5

R8 R9 R10 R11 R12

Силы сопротивления сдвигу при пластической деформации выступающих микронеровностей на поверхности тела (дислокационный и диффузионный механизмы) и пластической деформации поверхностного слоя; а также силы сопротивления скалыванию микронеровностей для материалов, склонных к хрупкому разрушению Действие ФТС, исходящее из способностей к моющему, смазывающему, проникающему действиям и свойствам, которые обеспечивают следующие эффекты: граничные смазки; пассивация ювенильных поверхностей; гидродинамическая смазка; смазка за счет противоизносных присадок Cl, F, P Pb; реологические эффекты; эффекты Ребиндера и Коновалова; двумерное давление адсорбционных слоев и т. д. Электрическое заряжение (поляризация) поверхностей Экзотермическая эмиссия, явления Пельтье и т.п. Образование поверхностных соединений за счет обменных и окислительно-восстановительных низкоэнергетических реакций