Повышение эффективности токарной обработки на базе системы управления точением по энергетическому критерию процесса резания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Кордюков, Антон Владимирович

• Кордюков, Антон Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кордюков, Антон Владимирович

Введение.

1. Современные тенденции и перспективы управления процессом обработки.

1.1 Управление процессом обработки с целью обеспечения заданных параметров качества поверхностного слоя и эксплуатационных свойств деталей.

1.2 Перспективы развития систем управления процессом обработки.

1.3. Классификация существующих систем управления процессом обработки. Анализ их достоинств и недостатков.

1.4. Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования.

2. Теоретическое исследование системы управления лезвийной обработкой по энергетическому критерию процесса резания.

2.1 Обоснование выбора функциональной связи между параметрами качества поверхностного слоя и эксплуатационными свойствами изделий.

2.2. Теоретическое определение производительности при обработке с поддержанием постоянства энергетического критерия процесса резания.

2.3 Определение производительности при обработке на режимах максимальной производительности и минимальной себестоимости.

Выводы по главе 2.

3. Обоснование и подтверждение возможности практической реализации системы управления процессом обработки по энергетическому критерию процесса резания.

3.1 Реализация системы управления механообработкой на основе энергетического критерия резания.

3.2 Обоснование выбора оборудования (станок, ЭВМ, устройство согласования).^

3.3. Обоснование выбора устройств для замера сил резания и температуры в зоне резания. Их конструктивное оформление для исследовательского и производственного вариантов.

3.4 Выбор и конструктивное оформление устройства для удаления стружки.

3.5 Система управления процессом обработки и включение ее в производство.

Выводы по главе 3.

4 Экспериментальное исследование возможностей разработанной системы управления процессом обработки.

4.1 Обработка с обеспечением постоянства параметров качества поверхностного слоя и усталостной прочности.

4.2 Исследование постоянства износостойкости обработанной поверхности образцов из жаропрочных сплавов при неизменном значении критерия А.

4.3 Расчет коррозионной стойкости деталей после механической обработки с применением системы адаптивного управления.

Выводы по главе 4.

Глава 5. Экономическое обоснование применения системы управления обработкой по энергетическому критерию резания А.

5.1 Описание алгоритма определения оптимальных режимов резания для достижения шероховатости поверхности с учетом себестоимости обработки.

5.2. Описание программы определения режимов резания.

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности токарной обработки на базе системы управления точением по энергетическому критерию процесса резания»

Развитие и укрепление позиций на мировой арене государства зависит не только от наличия тех или иных ресурсов, а главным образом от того насколько высок уровень развития производства. Высокие уровни производства необходимо и возможно поддерживать только с помощью развития научного потенциала страны в целом. Необходимы исследования в различных областях промышленности, осознанный научный подход к конкретному производству, формирование мировоззрения и ориентации руководителей предприятий на осознанный выбор поддержки научных исследований и внедрение их в производство. Если говорить о машиностроении то здесь на первое место выходят вопросы выпуска качественных, конкурентно-способных изделий. Соответственно необходимо на этапе изготовления продукции обеспечивать заданные эксплуатационные свойства деталей машин. Решение данной задачи может быть только комплексным и учитывать все стадии жизненного цикла создания изделий: от научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок до обеспечения надежной эксплуатации техники. В связи с этим существует необходимость в разработке новых подходов к поиску эффективных способов механической обработки деталей машин и проектирования технологических процессов их изготовления.

Таким подходом является внедрение автоматизации исследовательских, научно-конструкторских работ и технологической подготовки производства на базе систем автоматизированного проектирования (САПР), применение автоматических систем управления (АСУ) процессом обработки, а также возможность создания единого цикла подготовки, производства и контроля качественных изделий.

Создание и применение автоматических систем управления процессом обработки формирует новое мировоззрение на механическую обработку детали в целом и дает новый толчок к исследованиям в данной области.

Использование таких адаптивных систем позволяет влиять на процесс обработки, обеспечивая качество каждой детали, а системе управления осуществлять самоорганизацию и корректировку текущего состояния системы СПИЗ. Все это позволяет говорить о большей эффективности использования металлорежущего оборудования, исключении человека из процесса контроля за обработкой и расширении существующих возможностей производства.

Настоящая работа посвящена исследованию таких систем управления с точки зрения обеспечения постоянства качества поверхности при обработке. В работе рассмотрено развитие систем управления обработкой, выполнен их анализ и сравнение. Предложено направление развития систем управления обработкой и объединение их с системами подготовки производства в единую производственную систему, целью которой является обеспечение качества деталей, начиная с этапа их проектирования.

Выполнение работы было бы невозможно без грамотного и внимательного научного руководства со стороны д-ра техн. наук, профессора Вячеслава Феоктистовича Безъязычного, который проявил безграничное терпение к автору.

Искреннее уважение и благодарность за техническую помощь в ходе выполнения работы и обсуждение результатов работы - канд. техн. наук Волкову Сергею Александровичу.

Невозможно также не сказать о тех, кто помогал выполнять экспериментальные исследования - Сухой Дмитрий Станиславович, Клюкина Елена Валерьевна, Татаринов Андрей Юрьевич.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Кордюков, Антон Владимирович

Общие выводы по работе

1. В ходе рассмотрения литературы было выявлено что, применение систем управления механической обработкой деталей играет важную роль в повышении качества изделий. Это позволяет эффективнее использовать металлорежущее оборудование, инструмент и оснастку, что позволяет значительно снижать уровень затрат на изготовление и последующую эксплуатацию изделий.

2. Обзор существующих систем управления позволил сделать вывод о том, что перспективными для исследования и развития являются системы управления обработкой основанные на поддержании и обеспечении обобщенного критерия процесса резания, который в свою очередь соответствует целому ряду показателей качества обработки и процесса резания. Одной из таких систем - является система адаптивного управления обработкой по энергетическому критерию резания А.

3. Анализ литературных источников позволил выбрать зависимости объединяющие параметры качества поверхностного слоя детали с ее эксплуатационными свойствами. Данные зависимости в дальнейшем использованы для расчетов и обоснования эффективности применения адаптивной системы управления обработкой по энергетическому критерию процесса резания А.

4. Выполненные расчеты производительности обработки при поддержании оптимальных значений режимов резания, а также значений производительности обработки при поддержании режима максимальной производительности или режима обработки обеспечивающего минимальную себестоимость обработки позволили сделать вывод о том, что обработка на оптимальных режимах резания позволяет не только поддерживать постоянство качества поверхностного слоя детали, но и близка к режиму обеспечения минимальной себестоимости обработки, что позволяет достигать заданного качества поверхности с минимальными затратами на обработку.

5. Уточнено и дано обоснование по выбору оборудования для обработки, системы ЧПУ, устройство для их согласования. Рассмотрены возможные способы измерения температуры и силы резания и даны конкретные рекомендации по их выбору.

6. В качестве решения проблемы дробления сливной стружки выбрано применение накладного порога стружколома. Установлена зависимость для определения оптимальной величины расстояния между задней поверхностью стружколома и режущей кромкой инструмента, что позволит обоснованно применять при обработке стружколом и достигать оптимального результата при стружколомании.

7. В соответствии с требованиями современного производства разработана схема включения системы управления процессом обработки в производственный процесс, что позволило более органично вписать систему в производство и, как следствие, улучшить взаимодействие на всех уровнях изготовления продукции.

8. В ходе выполнения исследования системы адаптивного управления обработкой был проведен ряд расчетов и экспериментов, которые позволили говорить о том факте, что при использовании системы управления достигается постоянство качества поверхностного слоя на протяжении всей обработки детали.

9. Управление обработкой при помощи системы по определенному критерию, соответствующему заданному эксплуатационному свойству детали, позволяет достигать заданного свойства и обеспечивать стабильность свойств детали в ходе эксплуатации.

10. Разработанная программа для расчетов шероховатости и себестоимости обработки, позволяет экономически обосновано осуществлять выбор режимов резания для обработки при использовании системы управления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кордюков, Антон Владимирович, 2006 год

1. Ямников, А. С. Управление точностью при многопроходном резьбонарезании. Текст. / А. С. Ямников, Е. И. Федин, М. А. Попов // СТИН,- 1999.-№10.-С.11-12.

2. Юркевич, В. В. Прогнозирование точности детали в процессе ее изготовления. Текст. / В. В. Юркевич, Д. А. Чигинов, Д. Е. Искра [и др.] // Машиностроитель, информатика-машиностроение 2001- №3- С. 34-40.

3. Балакшин, Б. С. Адаптивное управление станками. Текст. / Б. С. Балакшин.-М: Машиностроение, 1973. 688 с.

4. Соломенцев, Ю. М. Адаптивное управление технологическими процессами. Текст. / Ю. М. Соломенцев, В. Г. Митрофанов, С. П. Протопопов [и др.]. -М.: Машиностроение, 1980. 536 е., ил.

5. Силин, С. С. Автоматическое управление процессом резания. Текст. / С. С. Силин, В. В. Трусов, В. В. Яхонтов, С. А. Жогин. // Станки и инструмент 1971- №1- С. 13-14.

6. Закураев, В. В. Многокритериальная оптимизация и управление механической обработкой на токарных станках с ЧПУ. Текст. / В. В. Закураев, А. А. Швырев // Вестник машиностроения 2001 - №4- С.44-49.

7. Суслов, А. Г. Формирование качества поверхностного слоя. Текст. / А. Г. Суслов // Справочник. Инженерный журнал 2003 - №3, - С. 23.

8. Зориктуев, В.Ц., Системы управления технологическими процессами в мехатронных станочных комплексах. Текст. / В.Ц Зориктуев // Вестник УГАТУ Уфа: УГАТУ, - 2002. - Т.З, - №1 - С. 113-119

9. Кабалдин, Ю. Г. Управление технологическим оборудованием на основе искусственного интеллекта. Текст. / Ю. Г. Кабалдин, В. А. Соловьев, Н. Е. Дерюжкова, [и др.] // Вестник машиностроения 2001 - №11 - С. 52-57.

10. Суслов, А. Г. Влияние состояния металлорежущих станков на качество обрабатываемых поверхностей и система адаптивного управления. Текст. / А. Г. Суслов, В. В. Агафонов, А. И. Демиденко, [и др.] // Обработка металлов. -№1 -2001. -С. 26,31

11. Якоб, Г. Ю. Оптимизация резания. Параметризация способов обработки резанием с использованием технологической оптимизации. Текст. / Г. Ю. Якоб, Э Якоб, Д Кохан, Пер. с нем канд. техн. наук В. Ф. Колонтенков М.: Машиностроение - 1981 -279 с.

12. Старков, В.К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. Текст. / В. К. Старков М.: Машиностроение - 1989 -296 е.: ил.

13. Рубашкин, И. Б. Микропроцессорное управление режимом металлообработки Текст. / И. Б. Рубашкин, А. А. Алекшин Л.: Машиностроение Ленинградское отделение - 1989. -160 е.: ил.

14. Палк, К. И. Системы управления механической обработкой на станках Текст. / К. И. Палк Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение - 1984 -215 с.: ил.п

15. Патент 1399074 Российская федерация, МНК . Способ автоматического управления процессом обработки Текст. / В. Ф. Безъязычный, Т. Д. Кожина, Д. А. Туманов.

16. Суслов, А. Г. Научные основы технологии машиностроения. Текст. / А. Г. Суслов, А. М. Дальский М.: Машиностроение, - 2002. -684 с.

17. Сулима, А. М. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. Текст. / А. М. Сулима, В. А. Шумов, Ю. Д Ягодкин. М.: Машиностроение, - 1988 - 240 с.

18. Демкин, Н. Б. Качество поверхности и контакт деталей машин. Текст. / Н. Б. Демкин, Э. В. Рыжов М.: Машиностроение, - 1981 - 244 с.

19. Маталин, А. А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин. Текст. / А. А. Маталин. М. - Л.: Машгиз. - 1956 - 300 с.

20. Безъязычный, В. Ф. Технологическое обеспечение эксплуатационных показателей деталей машин. Текст. / В. Ф. Безъязычный, Ю. К. Чарковский, В. Н. Крылов. М.: Машиностроение. - 2001 г. - 217 с.

21. Мухин, В. С. Качество поверхностного слоя при механической обработке жаропрочных сплавов и влияние его на эксплуатационные свойства материалов и деталей авиационных двигателей. Текст. / В. С. Мухин.: автореф. . д-ра техн. наук. -Уфа: УАИ, 1974. 40 с.

22. Рыжов, Э. В. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. Текст. / Э. В. Рыжов, А. Г. Суслов, В. П. Федоров. -М.: Машиностроение. 1979. -175 с.

23. Сулима, А. М. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов. Текст. / А. М. Сулима, И. И. Евстигнеев. М. - Машиностроение. - 1974. -254 с.

24. Безъязычный, В. Ф. Оптимизация технологических условий механической обработки деталей авиационных двигателей. Текст. / В. Ф. Безъязычный, Т. Д. Кожина, А. В. Константинов, [и др.]. М.: МАИ. - 1993. -184 с.

25. Водолагин, A. JL Определение предела выносливости материала высоконагруженных деталей двигателей после обработки лезвийным инструментом. Текст. / A. JI. Водолагин Диссертация . канд. техн. наук. -Рыбинск 2002. - 182 с.

26. Крагельский, И. В. Узлы трения машин. Текст. / И. В. Крагельский, Н. М. Михин М.: Машиностроение, - 1984. - 280 с.

27. Рыжов, Э. В. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин. Текст. / Э. В. Рыжов Киев: Наукова думка, - 1984. - 272 с.

28. Безъязычный, В. Ф. Разработка теоретических основ технологического обеспечения качества и эффективности механической обработки деталей авиационных двигателей. Текст. / В. Ф. Безъязычный -Диссертация . докт. техн. наук. 580 с.

29. Демкин, Н. Б. Качество поверхности и контакт деталей машин. Текст. / Н. Б. Демкин, Э. В. Рыжов. М.: Машиностроение. - 1981. - 244 с.

30. Кожина, Т. Д. Технологические основы управления и контроля эксплуатационными показателями деталей машин. Текст. / Т. Д. Кожина. -Рыбинск: РГАТА, ООО «Формат». 2001. - 519 с.

31. Суслов, А. Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. Текст. / А. Г. Суслов. М.: Машиностроение. - 1987.-208 с.

32. Суслов, А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. Текст. / А. Г. Суслов М. Машиностроение, - 2000. - 320 е., ил.

33. Молчанов, Г. Н. Повышение эффективности обработки на станках с ЧПУ. Текст. / Г.Н. Молчанов М.: Машиностроение, - 1979. - 204с., ил.

34. Силин, С. С. Метод подобия при резании материалов. Текст. / С. С. Силин М.: Машгиз, - 1979. - 152с.

35. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.2 Текст. / Под ред. А.Г. Косиловой Р. К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 496 е., ил.

36. Системы ЧПУ компании «Балт-Систем» Электронный ресурс. / ООО «Элмис», 2001-2006 Режим доступа: http://www.elmis.by/prod.03.00.php -Загл. с экрана.

37. Системы ЧПУ производства Simens Электронный ресурс. / Сименс, Россия Режим доступа: http://www.automation-drives.ru/mc/products - Загл. с экрана.

38. Системы управления, учета и регулирования Электронный ресурс. / Техно-сервис вятка Режим доступа: www.ts.kirov.ru - Загл. с экрана.

39. Вульф, А. М. Резание металлов Текст. / А. М. Вульф М.: Машиностроение, - 1973 - 457 с.

40. Резников, А. Н. Теплофизика резания Текст. / А. Н. Резников М.: Машиностроение, - 1969 - 412 с.

41. Грановский, Г. И. Резание металлов Текст. / Г. И. Грановский М.: Высшая школа, - 1985

42. Макаров, P.A. Тензометрия в машиностроении. Текст. / Под. ред. канд. техн. наук Р. А. Макарова. М.: Машиностроение, - 1975.

43. Власов, А.Ф. Удаление пыли и стружки от режущих инструментов Текст. / А. Ф. Власов, издание третье, переработанное - М.: Машиностроение, - 1978.

44. Булыкин, А.П. Расчет эффективности перспективной технологии на предприятиях. Текст. / А. П. Булыкин -М.: Экономика, 1972. - 150 с.

45. Великанов, К. М. Экономичные режимы резания металлов. Текст. / К. М. Великанов, В. И. Новожилов М.: Машиностроение, - 1972. - 120 с.

46. Безъязычный, В. Ф. Обеспечение показателей качества поверхностного слоя деталей ГТД и их влияние на эксплуатационные свойства. Текст. / В. Ф. Безъязычный, Рыбинск, ОАО "НПО Сатурн". -2003-232 с.

47. Стружестрах, Е. И. Справочник нормировщика-машиностроителя Текст./ под. редакцией Е. И. Стружестраха, Т.2. - М.: МАШГИЗ, - 1961. -892 с.

48. Великанова К. М. Расчеты экономической эффективности новой техники Текст. / Под общ. ред. К. М. Великанова. 2-е изд., перераб. и доп. - JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, - 1990. - 448 с.

49. Ольхов, В. Е. О завивании стружки и критерии выбора рациональной геометрии инструмента. Текст. / В. Е. Ольхов // Физико-химическое контакотное взаимодействие в процессе резания металлов: Сборник научн. Трудов / ЧТУ. Чебоксары, - 1984. - С.57-60.

50. Оптимизация технологических условий обработки корпусных деталей с обеспечением стабильного стружкодробления Текст. / Отчет о НИР М., ВИМИ. - № г.р. 19393- 19833 - 129 с.

51. Мохамад, А. Ц. Экспериментальное исследование процесса стружколомания. Текст. / А. Ц. Мохамад Автореферат . канд. техн. наук. - УДН. -М. - 1983. - 16 с.

52. Михайлов, С. В. Прогнозирование и управление формой стружки с целью повышения эффективности автоматизированных токарных операций. Текст. / С. В. Михайлов Диссертация . канд. техн. наук - Рыбинск - 1991 г. - 186 с.

53. Соломенцев, Ю. М. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении Текст. /, В. Г. Митрофанов, А. Ф. Прохоров [и др.] Под общ. ред. Ю. М. Соломенцева, М.: Машиностроение, - 1986. -256 с.

54. Банд и, Б. Методы оптимизации. Вводный курс. Текст. / Б. Банди -Пер. с англ. М.; Радио и связь, - 1988, - 128 е.; ил.

55. Дегтярев, Ю. И. Методы оптимизации. Текст. / Ю. И. Дегтярев -Учеб. пособие для вузов. М.: Сов. радио, - 1980. - 272 с.

56. Реклейтис, Г. Оптимизация в технике. Текст. / Г. Реклейтис А. Рейвидран, К. Рэксдел В 2-х кн. Кн. 1 Пер. с англ. - М.: Мир, - 1986 - 350 е., ил.

57. Татаркин, А. В. Оптимизация режимов обработки по критерию себестоимости обработки. Текст. / А. В. Татаркин, А. А. Черепанов, А. В Балашов // Вестник машиностроения. 2000 г. - С.44-46.

58. Рыжов, Э. В. Оптимизация технологических процессов механической обработки. . Текст. / Э. В. Рыжов, В. И. Аверченков, отв. ред. А. П. Гавриш, АН УССР. Институт сверхтвердых сплавов. - Киев: Наукова думка, - 1989 г,-192 с.

59. Чистяков, А. В. Оптимизация эксплуатационно-технологических процессов в машиностроении Текст. / А. В. Чистяков, В. И. Бутенко, А. Я. Гоголев, Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, - 1997. - 228 с.

60. Макаров, А. Д. Экспериментальные методы решения задач оптимизации процесса резания металлов. Текст. / А. Д. Макаров, Уфа, -1983.- 89 с.

61. Лоладзе, Т. Н. Стружкообразование при резании металлов. Текст. / Т. Н. Лоладзе, Машгиз, - 1950. - 245 с.

62. Кол ев, К. С. Точность обработки и режимы резания. Текст. / К. С. Колев М.: Машиностроение, - 1968. - 130 с.

63. Бобров, В. Ф. Основы теории резания металлов. Текст. / В. Ф. Бобров, М., «Машиностроение», - 1975. - 344 с.

64. Гильман, А. М. Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках. Текст. / А. М. Гильман. [и др.] М.: Машиностроение, - 1972. -188 с.

65. Дальский, А. М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин. Текст. / А. М. Дальский, М.: Машиностроение, - 1975. - 319 с.

66. Дальский, А. М. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве. Текст. /А. М. Дальский, Б. М. Базров., А. С. Васильев [и др.] Под ред. А. М. Дальского. М.: Изд-во МАИ, 2000. -364 с.

67. Макаров, А. Д. Оптимизация процессов резания. Текст. / А. Д. Макаров М.: Машиностроение, - 1976, - 278 с.

68. Рыбакова, JI. М. Структура и износостойкость металла. Текст. / Л. М. Рыбакова, Л. И. Куксенова М.: Машиностроение, - 1982. - 212 с.

69. Люболинский, С. П. Технологические остаточные напряжения и управление ими при механической обработке резанием с целью повышения износостойкости высокоточных деталей. Текст. / С. П. Люболинский, -Диссертация . канд. техн. наук.

70. Демкин, Н. Б. Контактирование шероховатых поверхностей. Текст. / Н. Б. Демкин М.: Наука, - 1970. - 227 с.

71. Федонин, О. Н. Технологическое обеспечение коррозионной стойкости деталей из конструкционных сталей в условиях электрохимической коррозии. Текст. / О. Н. Федонин, Диссертация . докт. техн. наук. - 2004 г. - 320с.