Повышение производительности сверления глубоких отверстий на основе синергетического подхода к анализу и управлению тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Туркин Илья Андреевич

• Туркин Илья Андреевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Туркин Илья Андреевич

Введение

Глава 1. Пути повышения производительности сверления глубоких отверстий. Цель и задачи исследований

1.2. Особенности сверления глубоких отверстий малого диаметра спиральными сверлами

1.3. Методы повышения производительности сверления глубоких отверстий на основе увеличения величины единичного заглубления

1.3.1. Инструментальный подход

1.3.2. Технологический подход

1.3.1. Подход к синтезу управления

1.3. Цель и задачи исследования

Глава 2. Определение базовой математической модели системы резания

2.1. Постановка задачи

2.2. Обоснование математической модели. Основные допущения

2.3. Динамическая характеристика процесса сверления глубоких отверстий

2.4. Обобщенные математические модели динамической системы сверления глубоких отверстий спиральными сверлами

2.5. Выводы

Глава 3. Изучение динамических свойств системы резания

3.1. Постановка задачи

3.2. Анализ равновесия процесса сверления глубоких отверстий

3.3. Изучение областей притяжения асимптотически устойчивой точки равновесия и стационарных многообразий, формируемых в окрестностях равновесий

3.4. Изменения динамических свойств системы в зависимости от накопления

стружки в стружкоотводящих канавках инструмента

3.5. Выводы

Глава 4. Синтез управляемого процесса сверления глубоких отверстий

4.1. Выбор параметров системы

4.2. Синтез системы управления на основе синергетической концепции

4.2.1. Обоснование технологических инвариант системы управления

4.2.2. Синергетический синтез системы управления процессом сверления глубоких отверстий

4.3. Определение координат переключения циклов рабочих заглублений ... 148 Заключение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение производительности сверления глубоких отверстий на основе синергетического подхода к анализу и управлению»

Введение

Проблемы современного экономического состояния Российской Федерации и глобальный экономический кризис потребовали принятия мер и решений по выходу из сложившейся обстановки. Некоторые из таких мер - это повышение эффективности машиностроительной промышленности за счет рационального использования существующих ресурсов предприятий и модернизации на современной научной основе существующего оборудования. Одной из затратных операций в машиностроении является сверление отверстий малого диаметра спиральными сверлами. Необходимо отметить, что в последние годы в области обработки глубоких отверстий достигнуты значительные успехи. Разработаны и применяются новые технологии: вибрационного, лазерного, ультразвукового, электроискрового и других видов сверления, однако технология сверления спиральными сверлами является наиболее эффективной и хорошо изученной, это связано с тем, что она обеспечивает высокие показатели производительности, точности и простоту реализации. Технология обработки спиральными сверлами имеет и свои недостатки, процесс обработки является нестационарным, и, следовательно, он обладает низкой надежностью. В связи с этим для повышения надежности процесса необходимо создавать системы управления, обеспечивающие обработку без поломок инструмента при обеспечении заданного качества формирования отверстия. Именно этим вопросам посвящены исследования Д.В. Назаренко, А.Д. Лукьянова, В.Л. Заковоротного, М.Л. Яншахова, А.В. Чубукина, В.В. Христофоровой, Фам Динь Тунга, С.Л. Мурашкина, Л.Ю Лищинского., А.А. Самосудова, В.И. Закамалдина, В.Ф. Григорьева, М.М. Тверского и др., [64-66,84-87,100,101,102]. Перечисленными авторами рассмотрены различные подходы к решению проблем эффективности процесса глубокого сверления. При формулировании задач управления процессом сверления поставлена, и во многих случаях решена задача синтеза управления по критериям точности изготовления отверстия при обеспечении обра-

ботки без поломок инструмента. В большинстве цитированных выше работ используется системный подход. Однако, в этой системе главное внимание уделено совершенствованию механической части управляемых силовых сверлильных головок, и законам их управления. Важной частью этой системы являются серводвигатели вращения шпинделей и приводов подачи. Во всех известных работах параметры двигателей считались заданными и неизменными. На необходимость выяснения влияния параметров двигателей на динамические свойства системы резания указано в еще работах В.А. Кудинова. Однако до настоящего времени реальных исследований в этой области практически нет. Если следовать современному представлению о синтезе систем управления сложными нелинейными многосвязными объектами, то наиболее перспективным направлением синтеза является использование для этого синергетической парадигмы [17-33, 37-45]. Изучение влияния на динамику процесса сверления параметров серводвигателей, рациональный их выбор, а также использование си-нергетической концепции для синтеза управляемого процесса резания, является естественным развитием исследований и разработок в направлении совершенствования систем управления процессом сверления глубоких отверстий спиральными сверлами. В этом, соответствие по актуальности диссертационного исследования требованиям ВАК РФ.

Научная новизна диссертационного исследования, прежде всего, заключается в системном подходе к управлению глубоким сверлением, учитывающим влияние параметров управляющих сервоприводов на динамику процесса резания и согласовании динамических особенностей процесса резания с закономерностями представления управления в координатах состояния системы. Кроме этого необходимо отметить следующие новые научные результаты:

1. Представлено математическое моделирование динамической системы сверления, как системы, обеспечивающей взаимодействие управляемых приводов вращения шпинделя, в котором установлен инструмент, и подачи пиноли.

Эти подсистемы объединяются в единую управляемую динамическую систему с помощью динамической связи, формируемой процессом обработки.

2. Предложены нелинейные математические модели и выполнена их параметрическая идентификация для определения сил резания в координатах состояния системы, то есть динамическая модель процесса сверления. Модель также учитывает изменения сил за счет накопления стружки в стружкоотводя-щих канавках инструмента.

3. Выполнено исследование изменения свойств системы сверления за счет вариаций параметров серводвигателей. Предложен эффективный прием изменения параметров серводвигателей за счет введения различных обратных связей.

4. Изучено влияние параметров серводвигателей на величину единичного заглубления сверла до точки потери устойчивости, характеризующей момент заклинивания инструмента.

5. Синтезирован закон управления сверлением, основанный на согласовании изменяющихся свойств процесса с внешним управлением, осуществляющим изменение траекторий движения исполнительных элементов станка (вращения шпинделя и изменения скорости подачи). Для этого определено желаемое многообразие траекторий и дана методика выбора на этом многообразии оптимального.

6. Доказаны условия оптимальности по производительности переключения рабочих заглублений инструмента и на этой основе предложен алгоритм определения оптимальных координат переключений, используемый при синтезе системы.

7. На основе выполненных исследований создана эффективная по производительности силовая сверлильная головка с синергетическим законом управления, прошедшая промышленную апробацию и внедрение в условиях ОАО «Роствертол». Управляемая силовая сверлильная головка позволяет уве-

личить производительность обработки по машинному времени по сравнению с существующими системами, по крайней мере, в два раза.

Значение работы для науки, заключается в следующем.

1. На основе математического моделирования выполнены исследования свойств системы сверления, позволившие выявить новые, не рассматриваемые ранее динамические свойства. В частности, показано, что область притяжения асимптотически устойчивой точки равновесия имеет ограниченную область притяжения. Причем, эта область зависит, как от управления, так и от изменяющегося момента сопротивления, связанного с накоплением стружки в струж-коотводящих канавках инструмента. Поэтому область притяжения по мере заглубления уменьшается и вырождается полностью. Физически вырождение области притяжения проявляется в заклинивании инструмента.

2. Исследование динамики системы, выполненное на цифровых моделях, позволило на основе выбора рациональных параметров серводвигателей существенно расширить область притяжения точки равновесия, тем самым - увеличить величину единичного заглубления инструмента. Это один из эффектов, позволивший увеличить производительность управляемой силовой сверлильной головки по машинному времени за счет сокращения числа заглублений при сверлении на одинаковую глубину.

3. Доказанные условия оптимальности переключений циклов заглубления позволили достаточно просто физически реализовать оптимальные переключения в системе управления силовой сверлильной головке.

4. Синтезированный на основе синергетической теории управления закон согласования внешнего управления с внутренним законом, определяемым зависимостью сил от координат состояния системы, дополненный традиционной системой с обратной связью по моменту, позволил существенно увеличить производительность силовой головки, и он является примером использования синергетической концепции для управления процессами обработки на станках.

5. Разработанные в диссертации научные подходы и методы системного анализа и синтеза на основе синергетической парадигмы характеризуют пример, который можно распространить на анализ и синтез систем управления процессами обработки на токарных, фрезерных и др. станках.

Значение работы для практики, заключается в том, что разработки были апробированы и внедрены в условиях ОАО «Роствертол». Практическое значение работы и в том, что разработанные методы могут быть применены для других нестационарных условий обработки на металлорежущих станках. Она также позволяют выбрать рациональные параметры серводвигателей для конструирования станочных систем для конкретных процессов.

Диссертация, выполненная на кафедре «Автоматизация производственных процессов» ДГТУ и в условиях ОАО «Роствертол», затрагивает проблемы, сформулированные в гранте РФФИ № 107.04-013.19 и в задании на НИР Минобразования № 2964.

Глава 1. Пути повышения производительности сверления глубоких отверстий. Цель и задачи исследований.

1.2. Особенности сверления глубоких отверстий малого диаметра

спиральными сверлами

Сложность процесса сверления глубоких отверстий спиральными сверлами связана с обеспечением условий для выполнения сверления без поломок инструмента и получения требуемого качества отверстий. Особенностями процесса глубокого сверления является нестационарное изменение сил, прежде всего крутящего момента. Это связано с накоплением стружки в стружкоотво-дящих канавках сверла, вариацией температуры в зоне резания, изменением состояния режущих кромок инструмента в связи с развитием его износа и пр. Существует некоторая область оптимальных условий, при которых процесс сверления наиболее эффективен. Прежде всего, эта область ограничена пределом прочностных характеристик сверла, выход за пределы этой области связан

с риском поломки, а также уводом инструмента от оси сверления. Основным условием для стабильности процесса сверления является баланс между скоростью подачи и вращения сверла при эффективном отводе стружки из зоны резания.

В процессе сверления металлов имеет место значительное трение между передней гранью инструмента и поверхностью резания. Это трение возникает при высоких давлениях между трущимися поверхностями. При высоких скоростях температура в зоне резания может превышать 1000 градусов. В таких условиях инструмент нагревается до очень высоких температур, при которых твердость режущего инструмента значительно уменьшается, износ увеличивается, это приводит к эффектам плавления, возникновению наростов и сколам режущих кромок сверла рис. 1.1. Это приводит к несимметричному изменению площадей срезаемых слоев каждым режущим лезвием сверла, что способствует формированию радиальной неуравновешенной составляющей силы, и, как следствие, - к отклонению от оси сверления, чрезмерным упругим деформациям и поломке инструмента. Стойкость режущего инструмента к действию высоких температур, прежде всего, зависит от материала, из которого изготовлен инструмент, такими свойствами обладают быстрорежущая сталь, металлокера-мические твердые сплавы и др.

Рис. 1.1. Виды износа режущих кромок сверла: а) Сильный износ задней поверхности. Причины: высокая скорость резания, низкая (высокая) подача; б) Выкашивание. Причины: низкая скорость резания, большая подача, вибрации; в) Пластическая деформация. Причины: низкое качество инструмента, высокая скорость резания; г) Наростообразование. Причины: низкая скорость подачи, плохое качество инструмента

В процессе сверления имеется три источника выделения тепла, нагревающего заготовку, стружку и инструмент. Первый источник расположен в плоскости деформации стружки, тепловая энергия этого источника зависит от скорости резания и величины подачи и равна энергии затраченной на деформацию стружки. Наибольшие значения температуры по данным расчетов, выполненных в [11,50], достигают именно в этой области рис. 1.2. Второй источник расположен в зоне трения стружки о переднюю грань и заднюю грань инструмента. Здесь выделяется энергия чистого трения. Нагрев детали связан не только с трением о поверхность, он так же связан с переносом части тепла от плоскости сдвига стружки. На основе данных полученных в [50] график зависимости температур передней и задней граней сверла от скорости резания можно увидеть на рис 1.3.

Рис. 1.2. График зависимости температуры стружки от скорости резания. Условия сверления: сталь 45, твердосплавное сверло Р30а) подача 0.16 мм/об; б) подача 0.25 мм/об; в) подача 1.0 мм/об

Рис. 1.3. График зависимости температуры на передней и задней поверхности сверла от скорости резания. Условия сверления: сталь 45, твердосплавное сверло Р30: а) температура передней поверхности; б) температура задней поверхности

Третий источник, это трение стружки, движущейся по стружкоотводя-щим канавкам инструмента, здесь она задерживается и активно контактирует со стенками отверстия. Энергия этого источника связанна с количеством и плотностью стружки, так как стружка распределяется по относительно боль-

шой площади, большая часть энергии в этом месте тратится на сопротивление вращению, нагреву инструмента и заготовки. Согласно данным проведенным в исследованиях [50], закономерность изменения суммарной температуры, выделенной в зоне резания за единицу времени, коррелирует с величиной крутящего момента.

Накапливаясь в стружкоотводящих канавках, стружка способствует росту момента сопротивления сверлению, происходит дисбаланс между усилием в различных областях режущего инструмента, увод и недопустимое нарушение гладкости стенок получаемых отверстий. Значительное влияние на увод оказывает кинематика движения заготовки и сверла [89]. На рис 1.4 приведены данные по уводу оси для трех схем сверления:

Отклонение

Рис. 1.4. Зависимость увода оси от применения различных схем сверления:

1 - заготовка неподвижна, сверло вращается;

2 - заготовка вращается, сверло неподвижно;

3 - заготовка и сверло вращаются в противоположных направлениях;

Известно, что с ростом глубины сверления проблема накопления стружки становится острее, так как замкнутая область и трение способствуют задержке стружки в канавках, и повышает риск поломки инструмента. В связи с этим, в настоящее время, задачей для повышения производительности обработки глубоких отверстий является минимизация влияния, либо полное устранение фактора накопления стружи. Для решения этой задачи применяют различные методы повышения величины единичного заглубления.

1.3. Методы повышения производительности сверления глубоких отверстий на основе увеличения величины единичного заглубления

1.3.1. Инструментальный подход

Производительность процесса сверления глубоких отверстий в условиях многократных повторов ввода вывода инструмента из заготовки напрямую зависит от величины единичного заглубления. Необходимо отметить, что глубина единичного заглубления определяет не только время обработки заготовки сверлением, но и определяет качество обработанной поверхности, то есть с увеличением глубины единичного заглубления, количество вводов-выводов инструмента уменьшается. С нашей точки зрения, наиболее важным фактором увеличения глубины, является повышение быстродействия процесса сверления и уменьшение числа вводов и выводов инструмента, что в условиях крупносерийного производства приводит к существенному удешевлению процесса производства.

Широко распространенным методом увеличения величины единичного заглубления является рациональный выбор типа инструмента (сверла), обеспечивающий максимальное единичное заглубление при приемлемых материальных затратах на инструмент и оборудование. В связи с этим современные сверла существенно различаются, как с точки зрения применения технологии сверления, так и по своим основным характеристикам, таким как угол заточки, крутизна винтовых канавок отвода стружки, подвод СОЖ и т.д.

Технология сверления, получившая распространение в последнее время - это сверление отверстий с подводом охлаждающей жидкости под высоким давлением в зону резания, способствующей выталкиванию стружки, а также с периодическими выводами инструмента из зоны резания, до достижения критического значения момента резания, при котором возможна поломка инструмента. Для повышения производительности сверления и удаления стружки применяются различные типы сверл, следует отметить сверла со спиральными канавками для внутреннего подвода СОЖ рис 1.5.

Рис 1.5. Сверло со спиралевидными канавками внутреннего подвода СОЖ

Сверла, имеющие внутренний подвод СОЖ, позволяют значительно улучшить отвод стружки и снизить температуру в зоне резания, применение данного типа сверл позволяет увеличить величину единичного заглубления по сравнению с обычными спиральными сверлами.

Стойкость спиральных сверл с внутренним подводом СОЖ, за счет снижения температуры в зоне резания до 8 раз превышает стойкость обычных сверл, а глубина единичного заглубления достигает 5-8 диаметров сверла [98].

Рис. 1.6. Сравнительная характеристика сил резания. 1 - обычное спиральное сверло. 2 - сверло с внутренним подводом СОЖ

Однако при всех достоинствах эти сверла имеют и недостатки. Стоимость таких сверл существенно выше обычных, а их применение для обработки глубоких отверстий малого диаметра (меньше 3мм.) становится затруднительно, так как сверла такого диаметра выпускаются весьма ограниченным числом производителей. Вместе с тем, применение сверл с внутренним подводом СОЖ требует использования сложного оборудования, при этом, используемая в конструкции такого оборудования гидромуфта требует частого технического обслуживания. Поэтому, в российском промышленном производстве применение данного типа сверл при обработке отверстий малого диаметра (менее 3мм.), не нашло широкого распространения.

Применение шнекового типа сверл позволяет увеличить величину единичного заглубления при сверлении в хрупких и высокоуглеродистых сталях, смазка и охлаждение инструмента происходит простым поливом СОЖ. Благодаря особой форме заточки и увеличенному углу наклона винтовых канавок 45° - 60° и их профиля, удаление мелкой пылеобразной стружки производится значительно легче.

Рис. 1.7. Шнековое сверло

Проведенные исследования [102] показали, что при применении сверл шнекового типа, глубина единичного заглубления может увеличиться до трех раз по сравнению с обычными сверлами рис. 1.8.

Рис. 1.8. Сравнительная характеристика величины единичного заглубления.

Материал чугун, диаметр сверла 10мм.

1 - Шнековое сверло (величина единичного заглубления 70мм.)

2 - Обычное сверло (величина единичного заглубления 25мм.)

Однако, при применении шнековых сверл для обработки вязких металлов, показатель величины единичного заглубления значительно уменьшается, из-за большого угла наклона винтовых канавок образовавшаяся сливная стружка закупоривается, возрастает риск увода инструмента и его поломки. В связи с существованием указанных недостатков, область применения шнековых сверл ограничена [89].

Существует несколько видов сверл, специально сконструированных для сверления глубоких отверстий, где глубина превышает 70 диаметров сверла, например, ружейные сверла, они представляют собой трубку с продольным прямолинейным пазом. Через отверстие в трубку подводится к режущей части сверла смазывающе-охлаждающая жидкость, которая выходит по продольному пазу наружу, увлекая при этом и стружку. Для облегчения резания и лучшего направления, вершина сверла смещена относительно его оси на 0,25 диаметра сверла. Сверло имеет одну режущую кромку, состоящую из наружной и внутренней частей рис. 1.9. Основными преимуществами ружейных сверл являются жесткость стержня, и легкий отвод стружки, благодаря этому, они превосходят другие типы сверл по качеству обработки, уровню отклонения оси и точности, которая достигает 6 - 7 класса.

Рис. 1.9. Ружейное сверло

Ружейные сверла имеют и существенные недостатки, малую производительность за счет применения только одной режущей кромки, требуют обеспечение вращения заготовки при неподвижном инструменте, и требуют применение кондукторной втулки с несколькими дополнительными направляющими. Однако главным недостатком этих сверл является необходимость использования специального оборудования, снабженного насосной станцией, и системами подвода СОЖ высокого давления.

Эжекторные сверла в данной работе рассматриваться не будут, в виду их применения исключительно для диаметров более 20мм.

Несмотря на то, что внедрение различных типов сверл в технологический процесс обработки металлов сверлением позволяет решить некоторые частные задачи, этот подход имеет границы повышения эффективности, так как единая система СПИД определяет качество процесса не только как функцию от свойств сверла. Справедлив подход к сверлению как к единой взаимодействующей взаимосвязанной системе, свойства которой не являются суммой свойств элементов этой системы, а зависят от сложной нелинейной динамики процесса сверления [19-33]. Исходя из этого обеспечить высокое качество обработки металлов сверлением и высокую производительность только за счет выбора инструмента невозможно.

1.3.2. Технологический подход

Самостоятельное значение имеют различные технологические подходы к обработке глубоких отверстий. Кроме традиционного, следует отметить наибо-

лее перспективные направления, например, метод вибрационного сверления. Существует несколько видов вибрационного сверления, их можно разделить по частотному диапазону на низкочастотные (до 100 Гц.) и высокочастотные (до 20,0 КГц). Метод низкочастотного вибрационного сверления подробно рассмотрен в работах А.С. Гуськова [4, 15]. Этот метод сверления, основан на создании автоколебательных систем, способных к самонастройке. При вибрационном сверлении суппорту сверла сообщаются осевые вибрации требуемой частоты и амплитуды, которые вызывают периодическое прерывание контакта инструмента с заготовкой, что вызывает дробление стружки. Сверление глубоких отверстий данным методом, позволяет достичь, требуемой сегментации стружи для облегчения ее выноса из зоны резания. Ограниченностью применения данного подхода является сложность его реализации, требуется создание сложных само регулируемых резонансных систем, кроме того, за счет применения крутильных колебаний ухудшаются условия применения свел малого диаметра.

Метод ультразвукового сверления, заключается в приложении ультразвуковых крутильных и продольных колебаний к инструменту, способствующих снижению сопротивления на трение и улучшенному движению стружки в стружкоотводящих канавках сверла. Исследования в этом направлении подробно рассмотрены в работах В.Л. Заковоротного и О.С. Перлина [22-26, 68].

На сегодняшний день методы вибрационного сверления не нашли широкого распространения, это связано со сложной настройкой и поддержанием процесса авторезонанса, стабильность процесса авторезонанса зависит от многих параметров, которые эволюционируют в процессе резания. Учет влияния этих параметров крайне важен для получения устойчивого автоколебательного процесса и соответственно равномерного дробления стружки. Не решенной задачей остается учет влияния состояния инструмента в процессе резания, износ которого значительно влияет на устойчивость процесса автоколебаний, который сложно учесть в динамике.

Ультразвуковой метод сверления глубоких отверстий, в отличии от авторезонансного, позволяет снизить коэффициент трения стружки в стружкоот-водящих канавках, что положительно влияет на отвод стружки. Однако, метод не позволяет получить устойчивого процесса дробления стружки, по этой причине эффективность метода нивелирует при обработке вязких сталей, где формируется сливной тип стружки.

1.3.1. Подход к синтезу управления

Вопросам управления технологическими режимами посвящено множество работ отечественных специалистов, это работы В.Л. Заковоротного [1733], М.М. Тверского [84-88], Л.Ю. Лищинского [54-62], Е. Ю. Панова [67], Д.В. Назаренко [64-66], В.Н. Подураева [69-72], А.В. Чубукина [102], Ю.М. Соломенцева [78-81], С.Л. Проскурякова [76], В.В. Христофоровой [100,101], А.М. Гуськова [15]. В этих работах основное внимание уделяется различным методам автоматизации процесса глубокого сверления. В работах приведены математические модели, учитывающие влияние процесса стружко-образования, закономерности деформаций, температурных процессов, сил, возникающих в зоне резания и др.

Направление и распределение сил, возникающих в процессе резания при сверлении, существенно отличается от сил, возникающих в процессе резания при точении, или же фрезеровании. В основном это связано с различием геометрии режущего инструмента, наличием препятствующей вращению стружки, и переменным крутящим моментом. Формирование силы, действующей на инструмент определяется на основе суммирования сил на отдельных участках области резания, это силы, формируемые на каждой режущей кромке сверла, в области перемычки, и по всей площади контакта стружки со стенками отверстия. Отсюда можно выделить три направления сил, действующих на инструмент.

1) Крутящий момент - определяется векторной величиной, суммой всех сил сопротивления, помноженных на произведение радиус-вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы в направлении оси вращения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Туркин Илья Андреевич, 2016 год

Список литературы

1. Армарего И. Дж.А. Обработка металлов резанием/ И. Дж.А. Арма-рего, Р.Х. Браун - М.: Машиностроение, 1977. -325 с.

2. Аршинов В.А. Резание металлов и режущий инструмент/В.А. Ар-шинов, Г.А. Алексеев - Изд. 3-е, перераб. и доп. Учебник для машиностр. техникумов. - М.: Машиностроение, 1975. - 440с.

3. Ахромеева Т.С. «Нестационарные структуры и диффузионный хаос» /Т. С. Ахромеева, С.П. Курдюмов, Г.Г. Малинецкий, А.А.Самарский -М.: Наука, 1992

4. Балакин С.В. Численный анализ Параметрического поддержания вибраций инструмента для глубокого сверления/С.В. Балакин, А.М. Гуськов //Вестник МГТУ им. Н.э. Баумана. Сер. "Машиностроение". 2012

5. Беллман Р. Динамическое программирование/ Р. Беллман- М.: Наука, 1960

6. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. /В.Ф. Бобров-М.: Машиностроение. 1975. - 344 с.

7. Быкадор В.С. Влияние динамики процесса сверления на формирование погрешностей глубоких отверстий / В.С. Быкадор. //Вестник ДГТУ, 2010. Т.10. №8(51)

8. Быкадор В.С. Повышение точности обработки глубоких отверстий спиральными сверлами на основе раскрытия нелинейных эффектов динамики процесса/ В.С. Быкадор //Ростов н/Д, 2011

9. Быкадор В.С. Влияние колебаний сверла в радиальном направлении на точность оси. / В.С. Быкадор, И.А. Туркин// Труды X международного научно-технического форума "Инновация экология и ресурсосберегающие технологии.". - ДГТУ, Ростов н/Д, 2012

10. Солоненко В.Г., Рыжкин А.А. Резание металлов и режущие инструменты/ В.Г. Солоненко, А. А. Рыжкин. - Высшая школа, 2008

11. Васин С.А. Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: учеб. Для техн. вузов / А.С. Верещака, B.C. Кушнер. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. - 448 с.

12. Вульф А.М. Резание металлов /А.М.Вульф. -Л.: Машиностроение, 1973. - 496 с.

13. Гленсдорф П. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций / П. Гленсдорф, И. Пригожин.- М.:Мир,1973

14. Грановский Г.И. Резание металлов: учебник для машиностр. и при-боростр. спец.вузов/ Г.И.Грановский, В.Г.Грановский- М.: Высш. шк., 1985. -304с.

15. Гуськов А.М. Разработка метода построения и анализа динамических моделей технологических процессов при механической обработке: авто-реф. дис. ...д-ра техн. наук /А.М.Гуськов, М. МГТУ им. Баумана, 1997. -341с.

16. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом / Жарков И.Г. -Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986. - 186 с.

17. Заковоротный В.Л. Алгоритмы диагностирования параметров геометрического качества при обработке отверстий малого многолезвийными инструментами. / В.Л. Заковоротный, В.С. Быкадор, И.А.Туркин //Труды X международного научно-технического форума "Инновация экология и ресурсосберегающие технологии." - ДГТУ - Ростов н/Д, 2012

18. Заковоротный В.Л. Влияние параметров серводвигателей на динамические свойства системы сверления глубоких отверстий спиральными сверлами /В.Л. Заковоротный, В.С. Быкадор, И.А. Туркин //"Вестник ДГТУ". -Ростов н/Д 2014, 2 ном. с.26-55

19. Заковоротный В.Л. Зависимость перестройки динамической системы сверления глубоких отверстий спиральными сверлами от параметров серводвигателей /В.Л. Заковоротный, В.П. Лапшин, И.А. Туркин //Известия высш. учеб. заведений Северо-Кавказский регион (Технические науки). - 2014, №1.

20. Заковоротный В.Л. Определение оптимальных координат переключения циклов обработки в эволюционной динамической системе резания/В.Л. Заковоротный, В.П. Лапшин, И.А. Туркин //Известия высш. учеб. заведений Северо-Кавказский регион (Технические науки). - 2014, - №4 (179)

21. Заковоротный В.Л. Синергетический системный синтез управляемой динамики металлорежущих станков с учетом эволюции связей/ В.Л. Заковоротный, В.Л. Заковоротный, А.Д. Лукьянов, Нгуен Донг Ань, Фам Динь Тунг // Ростов н/Д. - ДГТУ, 2008. - 324 с.

22. Заковоротный В.Л. Устройство для управления процессом глубокого сверления отверстий малого диаметра. /В.Л. Заковоротный, О.С.Перлин, Г.К.Термолаев, М.Л. Яншахов. // Авторское свидетельство СССР №522913. С приоритетом от 16 декабря 1974

23. Заковоротный В.Л. Станок для сверления глубоких отверстий с оптимальным циклом обработки / В.Л. Заковоротный, О.С.Перлин, В.И. Турчин, А.В.Калюжный // Электронная техника. Сер. 7. Технология, организация производства и оборудование. - 1980

24. Заковоротный В.Л. Исследование и разработка систем оптимального управления сверлением глубоких отверстий/ В.Л. Заковоротный, О.С.Перлин, В.И. Турчин, М.Л. Яншахов//Электронная техника. Сер.7 Технология, организация производства и оборудование. 1980.-Вып. 4. с.4-8.

25. Заковоротный В.Л. Оптимальное управление процессом глубокого сверления /В.Л. Заковоротный, О.С.Перлин, А.В. Чубукин // В сб. "Труды III областной конференции молодых ученых", Ростов н/Д, 1973.с. 137-139.

26. Заковоротный В.Л. Стабилизация и управление процессов глубокого сверления. / В.Л. Заковоротный, О.С.Перлин, А.В. Чубукин // В сб. "Применение ультразвука в машиностроении", Ростов н/Д, 1971.с.153-164.

27. Заковоротный В.Л. Система оптимального управления процессом глубокого сверления отверстий малого диаметра /В.Л. Заковоротный, Т.С. Сан-кар, Е.В. Бордачев // СТИН.- 1994г.- №12. С.22-25.

28. Заковоротный В.Л. Система оптимального управления процессом глубокого сверления отверстий малого диаметра. /В.Л. Заковоротный, Т.С. Санкар, Е.В. Бордачев // СТИН.- 1995г.- №1. С.11-14.

29. Заковоротный В.Л. Динамика процесса резания. Синергетический подход /В.Л. Заковоротный, М.Б. Флек // Ростов н/Д: Терра.2006. 876 с.

30. Заковоротный В.Л. Динамическая модель процесса глубокого сверления. "Исследования в области автоматизации машиностроения" / В.Л. Заковоротный, Р.М. Ханбеков // Ташкент 1970.с.197-200.

31. Заковоротный В.Л. Автоматическая стабилизация процесса глубокого сверления. /В.Л. Заковоротный, А.В. Чубукин, Д.В. Кислик // Автоматизация производственных процессов в сельхозмашиностроении. сб. науч. тр., вып 1, Ростов-на-Дону, РИСХМ, 1972.- с.58-68.

32. Заковоротный В.Л. Сверление глубоких отверстий малого диаметра с наложением ультразвуковых колебаний. "Прочность и пластичность материалов в ультразвуковом поле" / В.Л. Заковоротный, М.Л. Яншахов ^б. тез.докл. весоюзн. научн. - техн. конф. Сент. Алма-Ата, 1980.с.71-72.

33. Заковоротный В.Л. Исследование и разработка систем оптимального управления сверлением глубоких отверстий. / В.Л. Заковоротный, М.Л. Яншахов, В.В. Кравченко //Электронная техника. - Сер.7.-Вып.4.-1980г.-с.4-7.

34. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов / Н.Н. Зо-рев. - М.:Машгиз, 1956. - 367 с.

35. Климов М.М. Физические основы обработки материалов резанием: учеб. пособие /М.М.Климов.- Ростов н/Д: ДГТУ, 1996. - 354 с.

36. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. «Законы эволюции и самоорганизации сложных систем» / Е.Н. Князева, С.П. Курдюмов. - М.: Наука, 1994. — 238с.

37. Колесников А.А. Аналитическое конструирование нелинейных агрегированных регуляторов по заданной совокупности инвариантных многооб-

разий. I. Скалярное управление /А.А. Колесников // Известия вузов Электромеханика. - 1987. №3.

38. Колесников А.А. Аналитическое конструирование нелинейных агрегированных регуляторов по заданной совокупности инвариантных многообразий. II. Скалярное управление/А.А. Колесников // Известия вузов Электромеханика. - 1987. №5.

39. Колесников А.А. Аналитическое конструирование нелинейных агрегированных регуляторов по заданной совокупности инвариантных многообразий. III. Скалярное управление / А.А. Колесников// Известия вузов Электромеханика. - 1989. №12.

40. Колесников А.А. Аналитическое конструирование нелинейных агрегированных регуляторов по заданной совокупности инвариантных многообразий. IV. Скалярное управление/ А.А. Колесников // Известия вузов Электромеханика. - 1990. №1.

41. Колесников А.А. Синергетическая концепция системного синтеза: единство процессов самоорганизации и управления /А.А. Колесников //Известия ЮФУ. Технические науки. - 2006. Т. 61. № 6. С. 10-38.

42. Колесников А.А. Синергетическая теория управления / А.А. Колесников // M.: Энергоатомиздат,1994.

43. Колесников А.А. Синергетическая теория управления: концепции, методы, тенденции развития. / А.А. Колесников //Известия ЮФУ. Технические науки. 2001. Т. 23. № 5. С. 7-27.

44. Колесников А.А. Синергетические методы управления сложными системами: теория системного синтеза / А.А. Колесников// М.: Едиториал УРСС/КомКнига, 2006, 240с.

45. Колесников А.А.Аналитическое конструирование нелинейных агрегированных регуляторов по заданной совокупности инвариантных многообразий. V. Скалярное управление / А.А. Колесников, Ю.Г. Сотников // Известия вузов Электромеханика. 1990. №2.

46. Котельников В.И. Теоретическое обоснование, исследования и разработка технологии резания с нагревом и пластическим деформированием обрабатываемого металла: дис. ...канд. техн. наук. / Котельников В.И. - М., 2009 - 323 с.

47. Крагельский И.В. Трение и износ. / И.В. Крагельский. - М.: Машиностроение. 1968г, с.256.

48. Красовский А.А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование/А.А. Красовский. - М.:Наука, 1973. - 240 с.

49. Кудинов В.А. Динамика станков. / В.А. Кудинов. - М.: Машиностроение. 1967.с.360.

50. Кушнер В.С. Программа для расчета температуры на задней поверхности режущего инструмента / В.С. Кушнер, А.В. Боярников // Динамика систем, механизмов и машин: тез. докл. III международ. науч.-техн. конф.-Омск, 1999 .-С. 84-85

51. Летов A.M. Аналитическое конструирование регуляторов / A.M. Летов // Автомат, и телемех. -1960,- № 4 С.436-441.

52. Летов A.M. Аналитическое конструирование регуляторов / A.M. Летов // Автомат, и телемех. -1960.- № 6 С.661-665.

53. Летов А.М. Аналитическое конструирование регуляторов / А.М. Летов // Автомат, и телемех. -1960.- № 5 С.561-568.

54. Лищинский Л.Ю. Выбор оптимальных скоростей вспомогательных перемещений в станках для глубокого сверления /Л.Ю. Лищинский, Е.А. Мош-ков // «Вестник машиностроения» - 1972, №5.

55. Лищинский Л.Ю. Структуры автоматических систем управления процессами обработки на станке /Л.Ю. Лещинский // СТИН 1972.- №5.

56. Лищинский Л.Ю. Автоматизация операции глубокого сверления отверстий малого диаметра. "Механизация и автоматизация производства" // Л.Ю. Лищинский, Г.В. Ермолаев / 1972г №1. с.1-4.

57. Лищинский Л.Ю. Автоматизация операции глубокого сверления отверстий малого диаметра. "Механизация и автоматизация производства"// Л.Ю. Лищинский, Г.В. Ермолаев /1972г №2.

58. Лищинский Л.Ю. Автоматизация операции глубокого сверления. (Обзор по межотраслевой технике) // Л.Ю. Лищинский, Г.В. Ермолаев /ГОСИНТИ, М. 1969г.

59. Лищинский Л.Ю. Выбор оптимальных скоростей вспомогательных перемещений в станках для глубокого сверления. / Л.Ю. Лищинский, Е.А. Мошков // Вестник машиностроения, №5 1972г.

60. Лищинский Л.Ю. Основы построения поисковых адаптивных систем для оптимизации металлообработки. / Л.Ю.Лищинский, Е.А.Мошков // СТИН, 1975г, №11, с.4-6.

61. Лищинский Л.Ю. Оптимизация операции глубокого сверления / Л.Ю.Лищинский, Е.А.Мошков, В.И.Рабинович // СТИН. 1971г №10.

62. Лищинский Л.Ю. Оптимальное управление режимом резания в станках для глубокого сверления. / Л.Ю. Лищинский, В.И. Рабинович // СТИН 1973, №3.

63. Ляпунов А.М. Собрание сочинений. /А.М. Ляпунов. - зд-во АН СССР, 1954—1959

64. Назаренко Д.В. Оптимальное управление процессом сверления глубоких отверстий малого диаметра / Д.В. Назаренко //тез.докл. 5-й Международной научной конференции по динамике технологических систем. Ростов н/Д. 1997.Том 2, 102-104с.

65. Назаренко Д.В. Система управления процессом сверления глубоких отверстий малого диаметра. / Д.В. Назаренко //тез.докл. Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, микроэлектроника, системы связи и управления. Таганрог. 1997.Том 2, 102-104с.

66. Назаренко Д.В. Экспериментальное исследование зависимости механического момента сверла от координаты при глубоком сверлении / Д.В.

Назаренко, А. Эльхамрауи, О.В. Зимовнов // Сборник научных статей "Диагностика и управление в технических системах" Ростов н/Д. 1998.122-124с.

67. Панов Е.Ю. Повышение производительности и надежности процесса сверления глубоких отверстий малого диаметра спиральными сверлами за счет диагностики состояния и векторного управления его координатами / Е.Ю. Панов //Ростов н/Д, 2003

68. Перлин О.С. Система управления процессом глубокого сверления. / О.С.Перлин, А.К. Чубукин, В.Л. Заковоротный и др. - Авторское свидетельство СССР.

69. Подураев В.Н. Автоматически регулируемые и комбинированные процессы резания /В.Н. Подураев. - М.: Машиностроение. 1977г, - 303с.

70. Подураев В.Н. Обработка резанием жаропрочных и нержавеющих материалов/В.Н. Подураев. -М.: Машиностроение, 1965

71. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями/В.Н.Подураев. -М.: Машиностроение. 1970г.

72. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов /В.Н. Подураев. - М.: Машиностроение.

73. Понтрягин Л.С. Математическая теория оптимальных процессов / Л.С. Понтрягин. - М.: Наука, 1976.

74. Потравко О.О. Повышение качества изготовления деталей и точности диагностирования на основе раскрытия нелинейных эффектов динамики процесса резания / О.О. Потравко — 05.03.01 — Ростов н/Д, 2000

75. Пригожин И.Р. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой / И.Р.Пригожин, И. Стенгерс. -М.: Прогресс, 1986

76. Проскуряков С.Л. Модель зоны резания с учетом цикличности процессов трения в зоне стружкообразования / С.Л. Проскуряков, А.Н. Рыкунов //Научно-технический вестник Поволжья. 2013. № 3. С. 229-232.

77. Пушкарный А.В. Анализ физических явлений в зоне резания металлов с учетом теории дислокаций/ А.В. Пушкарный //Известия Южного федерального университета. Технические науки. 1999. № 2 (12). С. 200.

78. Соломенцев Ю.М. Оптимизация процесса обработки с помощью адаптивного управления износом инструмента /Ю.М. Соломенцев, А.М. Басин// СТИН, 1974г №8. с.20-21.

79. Соломенцев Ю.М. Оптимизация операций механической обработки деталей /Ю.М. Соломенцев, Р.Ф.Карлов //Вестник машиностроения. - 1968г, №9.

80. Соломенцев Ю.М. Оптимизация процесса обработки деталей на станках с использованием многомерных АСУ/Ю.М. Соломенцев /СТИН, 1974г, №3

81. Соломенцев Ю.М. Адаптивное управление технологическими процессами на металлорежущих станках. / Ю.М. Соломенцев, В.Г.Митрофанов, С.П.Протопопов и др. // М.: Машиностроение. 1980.- 537с.

82. Старков В.К. Физика и оптимизация резания металлов/В.К.Старков.- М.: Машиностроение, 2009

83. Старков В.К. Физика и оптимизация резания материалов /В.К.Старков. -М.:Машиностроение, 2009

84. Тверской М.М. Автоматическое управление режимами обработки деталей на станках. / М.М. Тверской. - М.: Машиностроение, 1982. - 208с.

85. Тверской М.М. Алгоритмы оптимального автоматического управления процессом глубокого сверления / М.М. Тверской // СТИН, 1977г, №10, с.8-10

86. Тверской М.М. Автоматизированный агрегатный станок для сверления глубоких отверстий малого диаметра с адаптивной системой автоматического управления. / М.М. Тверской, В.И. Закамалдин //сб.автоматические системы управления металлорежущими станками. М.: НИИМАШ 1971.

87. Тверской М.М. Станок для глубокого сверления отверстий малого диаметра со стабилизацией крутящего момента / М.М. Тверской, В.И. Закамал-дин // СТИН, 1972г №1.

88. Тверской М.М.Автоматическая стабилизация крутящего момента при сверлении глубоких отверстий малого диаметра/М.М. Тверской, В.А. Полетаев // СТИН. - 1968г №8.

89. Технологическая информация [Электронный ресурс]. URL: http://texinfo.inf.ua/ (дата обращения: 07.11.2015).

90. Троицкий Н.Д. Глубокое сверление /Н.Д. Троицкий // Л.: Машиностроение. 1971.240с.

91. Туркин И.А. Методика расчета параметров деформационного состояния поверхностного слоя / И.А. Туркин, И.Л. Вяликов // "В мире научных открытий", Красноярск, апрель 2010

92. Туркин И.А. Диагностика износа инструмента по анализу спектра его деформаций / И.А. Туркин, И.Л. Вяликов // "В мире научных открытий", Красноярск, апрель 2010

93. Туркин И.А. Повышение точности позиционирования ротора турбины за счет учета свойств фрикционного контакта / И.А. Туркин // "Вестник ДГТУ", 8 номер. часть 2, 2011

94. Туркин И.А. Влияние свойств сервопривода шпинделя на динамику сверления глубоких отверстий малого диаметра / И.А. Туркин, В.П. Лапшин // Вестник ДГТУ. - 2013, - №5/6 (74)

95. Туркин И.А. Моделирование динамики формообразующих движений при сверлении глубоких отверстий малого диаметра / И.А. Туркин, В.П. Лапшин // Вестник Адыгейского государственного университета, Майкоп, №1, 2013г.

96. Туркин И.А. Повышение эффективности привода вращения шпинделя, учитывающего функциональную зависимость момента от скорости, на основе синергетической концепции. Инновационные технологии в машино-

строении и металлургии [Электронный ресурс] / И.А. Туркин, В.П. Лапшин // Междунар. науч. конф. - Ростов н /Д, 2014.

97. Туркин И.А. Самоорганизация динамической системы резания на примере сверления глубоких отверстий. / И.А. Туркин, В.П. Лапшин // Междунар. науч. конф. «Системный синтез и прикладная синергетика»: сб. науч. тр. / СКФУ. Пятигорск - 2013г.

98. Филиппов Г.В.Сверление глубоких отверстий спиральными сверлами с внутренним подводом СОЖ / Г.В.Филиппов, А.К.Синельщиков// Л.: ЛДНТП, 1974. 66 с.

99. Хакен Г. Синергетика / Г. Хакен. // М.: Мир, 1980. — 406 с.

100. Христофорова В.В. Экспериментальное и компьютерное исследование алгоритмов управления специальными системами сверления /В.В. Хри-стофорова//Междунар. науч. конф. - г. Воронеж: «Научная книга» 2008 г.

101. Христофорова В.В. Следящая система на основе дискретного асинхронного привода / В.В. Христофорова, И.А. Семко // Сборник материалов: Высокие информационные технологии в науке и производстве. - г.Ростов н/Д, РГУ, 2006.

102. Чубукин А.В. Исследование и разработка оптимального управления глубоким сверления отверстий малого диаметра: автореф. дис. канд. техн. наук. / Чубукин А.В. Ростов н/Д., 1972.-151с.

103. Ящерицын П.И. Основы резания материалов и режущий инструменту. для машиностр. спец. вузов./П.И. Ящерицын, М.Л. Еременко, Н.И. Жигалко. -Минск: Выш. школа. -1981.-580с.

Приложение

¿gfHHP и ИД ДГТУ

Утверждаю

« »

И.В. Богуславский

2012 г.

Гла

АКТ

Утверждаю юлог ОАО «Роствертол»

«^Г» 2012 г.

В.Ю. Банкожитенко

опытно-промышленной апробации специализированного станка для сверления глубоких отверстий

Данный акт составлен в том, что в период с 1 мая по 15 октябр« 2012 г. представителями федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) совместно с представителями отдела главного технолога ОАО «Роствертол» и цеха № 27 отработан и внедрен производственный процесс по сверлению отверстий в ниппелях гидросистем вертолетов на специализированном сверлильном станке для автоматизированного сверления глуооких отверстий в условиях лаборатории «Динамика и диагностика технических систем» ДГТУ.

Спецстанок оснащен разработанными сверлильной головкой и приводом продольной подачи, а также адаптивной системой диагностики и управления процессом обработки.

Процесс сверления осуществлялся при обработке заготовок из стали 45 твердостью HRC 17-i-20 единиц^ изготовленных цехом №27 согласно документам 4614а4 и 4614а6 по ТУ60м29-09.

Сверление осуществлялось на режимах п=1500 об/мин и S=0,03 мм/об сверлами из Р6М5 и п=2000 об/мин и S=0,04 мм/об цельнотвердосплавными сверлами диаметром 4 мм и 6 мм фирмы DORMER. Сверление производилось через кондукторную втулку без предварительной зацентровки заготовок при свободном поливе СОЖ (МС40).

При длине заготовок 65-68 мм сверление твердосплавными сверлами осуществлялось за 1,5*2 минуты машинного времени (2*3 цикла вывода сверла) и 3,5*4 минуты сверлами из Р6М5 (5*6 циклов вывода).

Разбивка отверстий на входе не превышает 0,08 мм при допуске 0,15 мм, шероховатость не более Rz=l,25.

Аспир (укаев М.М.

У

K.T.H., :гун В.Г.

Аспир »кии И.А.

Начальник цеха №27

Инженер-технолог

От ОАО «Роствертол»

огт

jV А.В. Шкуро ^ГР. Щербатый

2012 г.

Листинг файла main.m в программе MatLab.

dw1=0;di1=0;dw2=0;di2=0;K1=30;K11=0.1;Ce1=0.89;Cm1=1.08;

R1=0.6;L1=0.11184;J1=0.06;U1=60;Te1=L1/R1;

Tem1=(R1*J1 )/(Ce 1 * Cm 1 );Tm 1=(R1*K1 )/(Ce 1 * Cm 1 );K21 =2 ;K22=0.1;

Ce2=0.89;Cm2=0.603;R2=0.77;L2=0.0616;J2=0.08;U2=60;Te2=L2/R2;

i10=100;w10=500;M01=21.1;di2=0;

scrsz = get(0,'ScreenSize');

h1=figure('Position' ,[100 100 800 600])

for dw2=-8:2:8

for di2=-20:5:10

for dw1=-20:10:30

for di1=-20:10:20

set_param('model/U1,,,Value,,num2str(j));

sim('model',[0,10],[],[]);

holdon

plot(x1,y1);

holdoff

end;

end;

ylim([-800 600]); ylim([-400 300]); xlim([-20 25]);

set(gcf,'PaperPositionMode,,,auto'); print-dpng-r100'C:/1/20v/k2.1 p/K2.png';

Модель динамической системы сверления в программном пакете Ма1ЬаЬ 81шиНпк (Общий

вид)

ПодсистемаМо1;ог1. Модель двигателя постоянного тока (общий вид) Подсистема Е1есШса1шо1;ог1. Модель двигателя постоянного тока (электрическая часть)

Подсистема МесЬашса1то1:ог1. Модель двигателя постоянного тока (механическая часть)

Подсистема М1. Момент сопротивления (двигателе вращения)

Подсистема М2. Момент сопротивления (двигателе подачи)