Повышение производительности точения деталей из труднообрабатываемых сплавов путем управления процессом резания по параметру шероховатости обработанной поверхности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат технических наук Завгородний, Владимир Иванович

• Завгородний, Владимир Иванович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Завгородний, Владимир Иванович

Введение

Глава 1. Состояние вопроса.

1.1. Исследования процессов резания труднообрабатываемых сплавов.

1.2. Исследования в области управления качеством обрабатываемых деталей.

1.3. Выводы, цель и задачи исследования.

Глава 2. Методика исследования.

2.1. Оборудование, обрабатываемые материалы и инструмент.

2.2. Аппаратура для регистрации виброакустических сигналов.

Глава 3. Исследование взаимосвязей факторов процесса торцового точения труднообрабатываемых сплавов с параметрами шероховатости обработанных поверхностей.

3.1. Зависимости параметров шероховатости от основных факторов процесса резания.

3.2. Исследование влияния износа режущей части на шероховатость обработанных поверхностей.

3.3. Выводы по главе.

Глава 4. Исследование виброакустических сигналов в процессе торцового точения труднообрабатываемых сплавов.

4.1. Влияние динамических характеристик станка, инструмента и обрабатываемой заготовки на виброакустические сигналы из зоны резания.

4.2. Исследование виброакустических сигналов из зоны резания. .„

4.3. Выводы по главе.

Глава 5. Исследование взаимосвязей амплитуды виброакустических сигналов с параметрами шероховатости обработанных поверхностей.

5.1. Анализ результатов экспериментов.

5.2. Параметрическая идентификация математических моделей.

5.3. Выводы по главе.

Глава 6. Разработка рекомендаций по управлению процессом точения по параметру шероховатости поверхности деталей при торцовом точении.

6.1. Разработка алгоритма управления процессом торцового точения.

6.2. Разработка рекомендаций по повышению производительности торцового точения труднообрабатываемых сплавов.

6.3. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение производительности точения деталей из труднообрабатываемых сплавов путем управления процессом резания по параметру шероховатости обработанной поверхности»

У деталей из труднообрабатываемых сплавов, которые в настоящее время изготавливаются на станках с ЧПУ, торцовые поверхности составляют примерно 37% общей площади обрабатываемых поверхностей. В 43,8% случаев точения торцов одновременно изменяются несколько факторов процесса резания, например, диаметр обрабатываемой поверхности и скорость резания.

Из-за сложности прогнозирования результатов обработки торцовых поверхностей деталей из труднообрабатываемых сплавов при заданных требованиях к производительности, шероховатость этих поверхностей часто выходит за установленные пределы. Частые остановки оборудования и необходимость повторного запуска для компенсации бракованных деталей снижают производительность точения на токарных станках с ЧПУ.

Поэтому актуальным является повысить производительность точения ч торцовых поверхностей деталей из труднообрабатываемых сплавов путем управления процессом резания по параметру шероховатости обработанной поверхности. Актуальность темы диссертации подтверждается включением ее результатов в отчет по госконтракту №941 Г.1003702.05.011, выполняемому МГТУ «Станкин» по заказу Минпромторга РФ

Цель работы. Повышение производительности точения деталей из труднообрабатываемых сплавов путем управления процессом резания по параметру шероховатости обработанной поверхности на основе виброакустического диагностирования и реализации алгоритма контроля состояния и прогнозирования результатов обработки торцовых поверхностей.

Научная новизна работы состоит:

- в установленных экспериментальных зависимостях амплитудно-частотных характеристик виброакустических (ВА) сигналов от подачи, скорости, глубины и пути резания при торцовом точении деталей из труднообрабатываемых сплавов;

- в установленной корреляционной связи параметра шероховатости обработанных торцовых поверхностей с величиной отношения среднеквадратических значений амплитуд ВА-сигналов при торцовом точении деталей из труднообрабатываемых сплавов;

- в установленной аналитической зависимости величины отношения амплитуд ВА-сигналов от длины пути резания при торцовом точении деталей из труднообрабатываемых сплавов;

- в алгоритме для контроля состояния торцовых поверхностей в процессе торцового точения деталей из труднообрабатываемых сплавов и прогнозирования количества деталей, которые могут быть обработаны до параметрического отказа технологической системы по критерию заданного параметра шероховатости обрабатываемых торцовых поверхностей деталей.

Практическая ценность работы заключается в рекомендациях по практическому использованию диагностирования шероховатости обработанных поверхностей на основе измерения ВА-сигналов в токарных станках с ЧПУ для серийного производства зубчатых колес с целью повышения производительности точения на 10 - 12 процентов;

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.

В теоретических исследованиях применены основные положения теории резания материалов и динамики станков. Для получения математических моделей зависимостей параметров шероховатости обработанных поверхностей и амплитуд виброакустических сигналов от управляющих факторов процесса торцового точения проводилось планирование экспериментов. Достоверность и обоснованность теоретических результатов диссертационной работы подтверждается их воспроизводимостью в экспериментальных исследованиях, их корреляцией с данными других авторов и апробацией полученных результатов в производственных условиях.

Положения, выносимые на защиту: 1. Установленные зависимости параметров шероховатости обработанных торцовых поверхностей и амплитуд виброакустических сигналов от управляющих факторов процесса торцового точения деталей из труднообрабатываемых сплавов.

2. Установленная корреляционная связь параметра шероховатости обработанных торцовых поверхностей с величиной отношения среднеквадратиче-ских значений амплитуд виброакустических сигналов при торцовом точении деталей из труднообрабатываемых сплавов;

3. Установленная аналитическая зависимость величины отношения амплитуд виброакустических сигналов от длины пути резания при торцовом точении деталей из труднообрабатываемых сплавов.

4. Разработанный алгоритм диагностирования и контроля шероховатости торцовых поверхностей при точении деталей из труднообрабатываемых сплавов.

Реализация работы.

Результаты работы использованы ОАО «КП» (Красный Пролетарий) при усовершенствовании технологического оборудования для изготовления сателлитов бортовых редукторов тяжелых гусеничных машин.

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены на Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» в ВГТУ (г. Воронеж) в 2006 году, на Международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств» в ТулГУ в 2008 году и на кафедре «Высокоэффективные технологии обработки» МГТУ «Станкин» в 2010 году.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ, в том числе 4 работы - в журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, библиографического списка из 82 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 22 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация в машиностроении», Завгородний, Владимир Иванович

10. Результаты работы использованы при создании виртуальной лабораторной работы «Диагностирование процесса точения по параметру шероховатости обработанной поверхности на основе измерения виброакустических сигналов» для выполнения студентами в ходе изучения курса «Надежность и диагностика технологических систем».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Завгородний, Владимир Иванович, 2010 год

1. Адаптивное управление станками. / Под ред. Б.С. Балакшина. М.: Машиностроение, 1973.-213 с.

2. Адлер Ю.П., Марков Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 279 с.

3. Алешин C.B., Турин В.Д., Геранюшкин A.B. Комплекс научных исследований обработки резанием. // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab VIEW и технологии National Instruments. Сборник трудов конференции. Москва: РУДН, 2003. С. 170.

4. Активный контроль в машиностроении. / Под ред. Б.Й. Педь. М.: Машиностроение, 1978. - 352 с.

5. Алешин C.B., Турин В.Д. и др. Диагностика состояния концевых фрез при обработке резанием титановых сплавов. // ПРОТЭК-2003: Труды межд. на-учно-практ. конф., Т.З. Москва: МГТУ «СТАНКИН», 2003. С. 403-407.

6. Аршанский М.М., Щербаков В.П. Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках. М.: Машиностроение, 1980. - 136 с.

7. Балицкий Ф.Я., Иванова М.А., Соколова А.Г., Хомяков Е.И. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов. М.: Наука, 1984. 120 с.

8. Барзов A.A. Анализ влияния волн напряжений на процесс резания материалов. // Известия ВУЗов. Машиностроение, 1980. № 3. - С. 147-149.

9. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. 239 с.

10. Бендат Д., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989.-540 с.

11. Бржозовский Б.М. Контроль и диагностирование автоматизированных металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1982. 282 с.

12. Васин С.А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. (Библиотека инструментальщика). 2006. 383 е., тв. пер., 60x88 1/16.

13. Васин С.А. Повышение виброустойчивости процесса точения: монография / С.А. Васин, JI.A. Васин, A.A. Кошелева. М.: Машиностроение, 2008 196 с.

14. Васильев В.И. Распознающие системы. Киев: Наукова думка, 1969.

15. Верещака A.C., Козочкин М.П., Сулейманов М.У. К вопросу о диагностике состояния твердосплавных инструментов в условиях ГПС. // Вестник машиностроения, 1988. № 9. - с. 40-44.

16. Вибрации в технике. Справочник, Т. 5. Глава XVII. Виброакустическая диагностика машин и механизмов (Генкин М.Д., Дедученко Ф.М., Попков В.И. и др.), М.: Машиностроение, 1983. 541 е.: ил.

17. Власов В.И., Шарипов O.A. Управление физическими процессами обработки. Учебное пособие. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», 2005. 100 с.

18. Геранюшкин A.B. диагностика состояния концевых фрез при обработке титановых сплавов.// Ресурсосберегающие технологии в машиностроении. 3-я Всероссийская научно-практическая конференция. Бийск 2003. с. 15-19.

19. Геранюшкин A.B. Разработка алгоритма управления процессом фрезерования титановых сплавов путем автоматизированной оценки текущего состояния инструмента. Дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. по спец. 05.13.06. М.: МГТУ «СТАНКИН», 2004. 142 е.: ил.

20. Гильфандбейн Я.А. Методы кибернетической диагностики динамических систем. Рига: Зинатне, 1967. 542 с.

21. Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания. М.: Высшая школа, 1977.

22. Горелов В.А. Разработка методов и средств эффективного выбора режимов резания труднообрабатываемых материалов на основе термосиловых характеристик процессов. Дисс. на соиск. учен, степени д-ра техн. наук. М.: МГТУ «Станкин», 2007. 387 е.: ил.

23. Горелов В.А., Яковлев М.Г. Выбор оптимальных режимов резания акусти-ко-эмиссионным методом. // Актуальные проблемы Российской космонавтики. Материалы ХХХ1(31) академических чтений по космонавтике. Москва: МГТУ им. Н.Э, Баумана, 2007. С. 473-474.

24. Грачев Л.Н., Сахаров М.Г., Антипов В.И. Автоматическое управление точностью обработки на токарных станках с ЧПУ. М.: НИИМАШ, 1982. 42 с.

25. Гречишников В.А. и др. Инструментальные системы автоматизированного производства: учебник для ВУЗов. // Гжиров Р.И., Гречишников В.А., JIo-гашев В.Г. и др. СПб.: Политехника, 1993. 399 е.: ил.

26. Грешников В.А., Дробот Ю.Б. Акустическая эмиссия. М.: Изд-во стандартов, 1976.-272 с.

27. Гурин В.Д., Геранюшкин A.B., Мышанский А.Е. Создание системы автоматизированного контроля состояния процесса резания и инструмента. // ПРОТЭК 2002: Труды межд. Научно-практ. конф., Т. 1. Москва: МГТУ «Станкин», 2002. - С. 192-194.

28. Григорьев С.Н., Маслов А.Р., Синопальников В.А. Резание металлов в автоматизированном производстве. М.: Издательский центр МГТУ «Станкин», 2008. — 372 е.: ил.

29. Диагностика автотракторных двигателей. / Н.С. Ждановский, В.А. Аллилуев, A.B. Николаенко, Б.А. Улитовский. Л.: Колос, 1977. — 264 с.

30. Диагностирование и контроль технологических систем в машиностроении: сб. материалов. / Сост. и ред. А.Р. Маслов. М.: Издательство «ИТО», 2008. -240 е.: ил.

31. Диагностика режущего инструмента на станках с ЧПУ по акустическому сигналу. Методические рекомендации. / Сост. Козочкин М.П., Сулейманов И.У. М.: ЭНИМС, 1984. - 28 с.

32. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. Л.: Машиностроение, 1986. 184 с.

33. Завгородний В.И., Маслов А.Р. Сравнение виброустойчивости технологической системы при различных способах закрепления фрез. «Инструменты. Технология. Оборудование», №10, 2009, с. 46.

34. Загоруйко Н.Г. Методы распознавания и их применение. М.: Советское радио, 1972.-206 с.

35. Завгородний В.И., Козочкин М.П., Маслов А.Р., Сабиров Ф.С. Влияние динамических характеристик инструмента и заготовки на результаты виброакустического контроля процесса резания. «Справочник. Инженерный журнал», № 2, 2010. С. 54-56.

36. Зорев H.H., Фетисова З.М. Обработка резанием тугоплавких сплавов. М.: Машиностроение, 1966. 227 с.

37. Инженерия поверхности деталей. / Колл. авт. под ред. А.Г. Суслова. М.: Машиностроение, 2008. 320 е.: ил.

38. Исаев А.И. Процесс образования поверхностного слоя при обработке металлов резанием. М.: Машгиз, 1980. 328 с.

39. Использование акустической эмиссии для совершенствования технологии изделий атомного машиностроения. / И.А. Тутнов, A.A. Барзов, А.Ю. Кулагин и др. М.:ИАЭ, 1981.-20 с.

40. Кабалдин Ю.Г., Медведева О.И. Повышение качества обработанной поверхности при точении. // Вестник машиностроения. 1989. — № 5. С. 37-41.

41. Кабалдин Ю.Г., Шпилев A.M., Молоканов Б.И., Дунаевский Ю.В., Сарилов М.Ю. Физические основы диагностики износа инструмента в автоматизированном производстве. // Вестник машиностроения. 1991.- № 4. С. 48-51.

42. Киселев С.А., Григорьев A.C., Геранюшкин A.B., Пушков P.JI. Прогнозирование стойкости инструмента при чистовой обработке. Вестник МГТУ «Станкин». 2008. № 4. - 23 с.

43. Киселев С.А., Пушков P.JL, Григорьев A.C. Разработка подсистемы прогнозирования остаточной стойкости инструмента в процессе обработки. // Информационные, телекоммуникационные системы и технологии, № 6 (МИКМУС 2008), ИМАШ РАН. - С. 89.

44. Кожевников Ю.В. Теория вероятностей и математическая статистика: учебное пособие для вузов. 2002. 416 е., тв. пер., 60x88 1/16.

45. Козочкин М.П. Виброакустическая диагностика технологических процессов. М.: ИКФ «Каталог», 2005. 196 с.

46. Козочкин М.П., Сабиров Ф.С., Попиков А.Н. Виброакустическая диагностика при твердом точении. // Вестник МГТУ «Станкин». М., 2009 № 1(5). - С. 23-29.

47. Козочкин М.П., Смирнов В.В., Сулейманов И.У. Виброакустическая система диагностики состояния режущего инструмента. (В кн. Диагностирование оборудования комплексно-автоматизированного производства. М.: Наука, 1984.-230 е.).

48. Козочкин М.П., Сабиров Ф.С. Виброакустический контроль процесса резания в рабочем пространстве. «Комплект: ИТО», № 9/2009. С 44-46.

49. Кочинев H.A., Сабиров Ф.С. Оценка динамического качества станка по характеристикам в рабочем пространстве. // Станки и инструмент. 1982-№ 8. -С 12-14.

50. Кошелева A.A. Повышение эффективности процесса точения на основе учета динамических параметров подсистемы «заготовка-инструмент». Дисс. на соиск. уч. Степени канд. техн. наук по спец. 05.03.01. Тула, ТулГУ, 2009. -290 е.: ил.

51. Кривоухов В.А. Обработка резанием титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1970. 183 с.

52. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967. - 357 с.

53. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976. -278 с.

54. Мирошников Л.В., Болдин А.П., Пал В.И. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотракторных предприятиях. М.: Трактор, 1977.-263 с.

55. Мозгалевский A.B., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. М.: Высшая школа, 1975.-207 с.

56. Неразрушающий контроль. Том 7. Справочник. Под общ. ред. В.В. Клюева. 2-е изд. М.: Машиностроение, 2006. 829 с. (Кн. 1. Иванов В.И., Власов И.Э. Метод акустической эмиссии. Кн. 2: Балицкий Ф.Я., Барков A.B., Баркова H.A. и др. Вибродиагностика).

57. Оптимизация режимов механической обработки на основе анализа энергоемкости волн напряжений. / В.Н. Подураев и др. Известия ВУЗов. Машиностроение, 1980.-№ 12.-С. 120-124.

58. Опознавание образцов. / Под ред. И.Т. Турбовича. М.: Наука, 1968. 228 с.

59. Осипова С.С., Щрайбман И.С. Устройства контроля состояния режущего инструмента в процессе резания. // Станки и инструмент. 1987. № 8. - С. 22-25.

60. Основы технической диагностики. / Под ред. П.П. Пархоменко. М.: Энергия, 1976.

61. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов. М.: Машиностроение, 1971.

62. Палей С.М., Сахаров М.Г. Автоматизация контроля состояния режущего инструмента и точности обрабатываемых деталей на токарных станках с ЧПУ. В сб. «Разработка и создание автоматизированного металлорежущего оборудования». М.: ЭНИМС, 1983. - С. 111-116.

63. Палей С.М., Решетов Д.Н. Автоматизированный контроль состояния режущего инструмента в токарных производственных модулях. // Станки и инструмент. 1987. -№ И.-С. 15-18.

64. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Высшая школа, 1974. 590 е.: ил.

65. Подураев В.Н., Барзов A.A. Технологическая диагностика резания методом акустической эмиссии. М.: Машиностроение, 1988. -200 с.

66. Попиков А.Н. Повышение качества обрабатываемой поверхности при твердом точении за счет улучшения демпфирующих свойств узла крепления режущей пластины. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук по спец. 05.03.01. М.: РУДН, 2009. 143 е.: ил.

67. Решетов Д.Н., Портман В.Т. Точность металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1986. - 336 е.: ил.

68. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства. М.: Энергия, 1975. 375 с.

69. Рогов В.А., Козочкин М.П., Попиков А.Н. Исследование виброакустического излучения при твердом точении. // Технология машиностроения. М., 2009.-№4.-С. 18-21.

70. Сарилов М.Ю. Повышение надежности режущего инструмента в автоматизированном производстве путем его диагностики и упрочнения. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук по спец. 05.03.01. Комсомольск-на-Амуре, КНАПИ, 1994. 148 е.: ил.

71. Себестиан Г. Процессы принятия решений при распознавании образов. Киев: Техника, 1965.— 151 с.

72. Силин С.С. Методы подобия при резании металлов. М.: Машиностроение, 1979.- 152 с.

73. Справочник по технологии резания материалов. В 2-х кн., кн. 2 / Под ред. Г. Шпура, Т. Штеферле; Пер. с нем. под ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1985. -688 е.: ил.

74. Старков В.К. Технологические методы повышения надежности обработки на станках с ЧПУ. М.: Машиностроение. 1984. 119 с.

75. Старков В.К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение, 1989. — 296 с.

76. Старков В.К. Физика и оптимизация резания материалов. М.: Машиностроение, 2009. 640 с.

77. Степнов М.Н., Шаврин A.B. Статистические методы обработки результатов испытаний: Справочник. 2-е изд., испр. и доп. М.: Машиностроение, 2005. -400 е.: ил.

78. Технологическая диагностика резания методом акустической эмиссии. В.Н. Подураев, A.A. Барзов, В.А. Горелов. М.: Машиностроение, 1988 56 е.: ил.

79. Тимирязев В.Г. Управление точностью гибких систем. М.: НИИМАШ, 1983.-64 с.

80. Хортман К., Лецкий Э., Шеффер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977. 147 с.

81. Хейзель У. Методы контроля инструмента и обрабатываемой детали в гибком автоматизированном производстве. Пер. с нем. // Станки и инструмент. 1985.-№9.-С. 19-20.

82. Шереметьев К.В., Хомяков B.C., Судариков О.И., Кирик А.П. Влияние сложной дополнительной оснастки на уровень колебаний станка. Промышленный журнал «Техномир». № 2 (32), 2007. - С. 80-82.

83. Шифрин А.Ш. Обработка резанием коррозионностойких, жаропрочных и титановых сталей и сплавов. Л.: Машиностроение, 1964. — 447 с.

84. Явленский К.Н., Явленский А.К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. Л.: Машиностроение, 1983. — 239 с.

85. Яковлев М.Г. Исследование влияния динамики процесса резания на эффективность токарной обработки маложестких деталей из жаропрочных сплавов. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук по спец. 05.03.01. М.: МГТУ «Станкин», 2009. 136 е.: ил.