Разработка автоматизированной системы диагностики процесса фрезерования ответственных деталей типа моноколес тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Семенов, Владимир Александрович

• Семенов, Владимир Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Семенов, Владимир Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ, 7 ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Разработка ключевых технологий для создания нового по- 7 коления газотурбинных двигателей

1.2. Особенности обработки резанием титановых сплавов

1.3. Технология изготовления блисков

1.4. Диагностика - способ повышение надежности и качества 16 ответственных технологических операций

1.5. Параметры процесса резания и параметров диагностики

1.6. Постановка цели и задач исследований

2. РАСЧЕТ ФОРМЫ И СПЕКТРА МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕ- 27 НИЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ СИЛЫ РЕЗАНИЯ

2.1. Методика расчета силовых параметров при фрезеровании

2.2. Построение математических моделей влияния факторов 34 процесса на составляющие силы резания

2.3. Анализ составляющих силы резания 40*

3. МНОГОПАРАМЕТРОВЫЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ 48 СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ

3.1. Измерительная аппаратура

3.1.1. Функциональная схема стенда

3.1.2. Измеритель сигналов акустической эмиссии ^

3.1.3. Измеритель силовых параметров

3.1.4. Трехканальный измеритель вибраций

3.1.5. Универсальный модуль сбора данных 5 у

3.2. Программное обеспечение для приема и предварительной ^ обработки данных

3.2.1. Структура программного обеспечения

3.2.2. Программа подготовки и проведения эксперимента (In

3.2.3. Программа просмотра и предварительной обработки 70 данных (ViewDat)

3.2.4. Использование Lab VIEW при работе с УМСД

4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕ- 82 НИЯ ПРОЦЕССОМ ФРЕЗЕРОВАНИЯ

4.1. Экспериментальные исследования формы и спектра сиг- 82 налов на операции фрезерования

4.2. Алгоритм контроля образования волнистости и управле- 94 ния процессом фрезерования с целью недопущения дефектов в виде зарезов

4.3. Технические требования на специализированную систему 96 диагностики получистового и чистового фрезерования профиля лопаток блисков

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПЕРА 99 ЛОПАТКИ

5.1. Условия проведения экспериментов

5.2. Определение собственных частот элементов упругой сис- 100 темы станка

5.3. Исследования вибраций, возникающих в процессе обра- 108 ботки детали

5.4. Снижение вибраций при обработке лопаток блиска

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка автоматизированной системы диагностики процесса фрезерования ответственных деталей типа моноколес»

Тенденции развития современного газотурбинного двигателестроения определяются созданием высоконапорных широкохордных ступеней компрессоров. Использование таких ступеней позволяет значительно сократить суммарное число ступеней компрессора при сохранении заданной степени сжатия и требуемого КПД.

Вместе с тем, создание широкохордных колес компрессора связано с необходимостью решения целого ряда проблем прочностного характера и, в первую очередь, это касается задачи соединения лопатки с диском. В большинстве случаев использование традиционных решений замковых соединений в виде ласточкина хвоста или елочного замка для широкохордных лопаток бывает крайне затруднительно. В этом случае наиболее выгодным является создание рабочих колес компрессора, получивших название «блисков» и представляющих собой осевое моноколесо в котором диск и лопатки изготовлены как одно целое. Сегодня формообразование сложнопрофильных поверхностей блисков с длиной пера лопатки более 100 мм является одной из наиболее сложных и актуальных проблем современного двигателестроения.

В настоящее время одним из наиболее эффективных способов обеспечения качества и сокращения времени изготовления дорогих и ответственных деталей типа блиск, является использование систем диагностики, предназначенных для получения достоверной информации о текущем состоянии процесса резания и принятия на ее основе необходимых управляющих решений.

На основании вышеизложенного была сформулирована основная цель работы, которая заключается в разработке автоматизированной системы многопараметрической диагностики процесса фрезерования профиля лопаток для обеспечения заданного качества ответственных деталей типа блиск.

Для решения поставленной цели, в работе были решены следующие задачи:

• проанализирован технологический процесс изготовления блисков из титанового сплава и определены области эффективного применения системы диагностики;

• разработаны технические требования к системе диагностики получистового и чистового фрезерования лопаток блисков;

• разработана автоматизированная система измерения физических параметров процесса фрезерования блисков;

• разработана методика контроля образования дефектов в виде волнистости в процессе фрезерования блисков;

• разработан алгоритм управления процессом фрезерования лопаток блисков с целью предотвращения появления дефектов в виде заре-зов.

• разработаны рекомендации по выбору числа оборотов фрезы в зависимости от резонансных характеристик инструмента и детали.

При решении перечисленных задач были получены следующие научные и практические результаты.

Научная новизна работы заключается в:

• разработке математической модели зависимости формы и спектра мгновенных значений силы резания от условий операции фрезерования профиля лопаток из титановых сплавов;

• предложении нового диагностического признака (длительность мгновенных значений силы резания) для оценки состояния процесса фрезерования нежестких деталей;

• разработке алгоритма управления процессом фрезерования нежестких деталей, предотвращающего появление различных дефектов при их обработке.

Практическая ценность работы состоит в:

• разработке специализированной измерительной аппаратуры и программное обеспечение многопараметрической диагностики процессов резания;

• разработке рекомендаций по выбору режимов фрезерования лопаток блисков с целью уменьшения уровня вибраций в процессе резания;

• разработке методики контроля образования дефектов в виде волнистости в процессе фрезерования лопаток блисков.

Результаты работы были доложены на заседаниях кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» МГТУ «СТАНКИН».

Результаты работы использованы при разработке и внедрении специализированной системы мониторинга технологических операций обработки резанием в ОАО «НИАТ», в техническом задании на систему сбора технологической информации для ММПП «Салют».

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Автор выражает благодарность научному руководителю работы зав. кафедрой «Высокоэффективные технологии обработки» профессору, д.т.н. С.Н. Григорьеву, заместителю главного технолога, начальнику ЦТО ММПП «Салют» профессору, к.т.н В.А. Горелову, а также преподавателям и сотрудникам кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» за помощь, оказанную при выполнении работы.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Семенов, Владимир Александрович

6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате выполнения комплекса научно-исследовательских работ, разработана автоматизированная система диагностики, обеспечивающая получение оперативной и достоверной информации о процессе фрезерования блисков из титановых сплавов.

2. На основе проведенных исследований разработана математическая модель зависимости формы и спектра мгновенных значений силы резания от условий фрезерования, позволяющая рассчитывать мгновенные значения составляющих силы резания при фрезеровании деталей из титановых сплавов.

3. Экспериментально установлено, что длительность мгновенного значения составляющих силы при образовании дефектов типа волнистость и зарез увеличивается от 3 до 10 раз. Ее изменение является информативным косвенным признаком развития указанных дефектов при обработке нежестких деталей из титановых сплавов.

4. На основе изучения динамики мгновенных силовых параметров при фрезеровании, предложен способ контроля развития дефектов типа волнистость и зарез путем измерения временных характеристик импульсов акустической эмиссии.

5. Разработанный алгоритм управления процессом фрезерования, основанный на оценке длительности мгновенных значений составляющих силы, позволяет обеспечивать заданное качество процесса фрезерования лопаток блисков за счет предотвращения дефектов типа зарез.

6. Разработанные рекомендации по выбору числа оборотов фрезы в зависимости от резонансных характеристик инструмента и детали, позволяют снизить уровень вибраций при фрезеровании.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Семенов, Владимир Александрович, 2004 год

1. Stricken J.M., Norden СМ. Advanced Turbine Engine Concepts and Their Impact on the Next Millenium. ISABE97-7174. 8p.

2. Koop W. The Integrated High Performance Turbine Engine Technology (IHPTET) Program. ISABE 97-7175. 5p.

3. Terazono H., Tanaka K., Kubo T and etal Development of Fabrication Process for Ceramic Gas Turbine Components// Proc. of the Int. Gas Turbine Congress, 1999. Kobe, pp.81-86.

4. Dceda Y., Mizuta Y., Orda K. Nondestructive Testing for Ceramic Gas Turbine Project// Proc. of the Int. Gas Turbine Congress. 1999. Kobe, p.87-92.

5. Резников Н.И., Жарков И.Г., Зайцев B.M. и др. Производительная обработка нержавеющих и жаропрочных материалов. М., Машгиз, 1960

6. Даниелян A.M., Бобрик П.И., Гуревич Я.Л. и др. Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких материалов. М., «Машиностроение», 1965

7. Богуслаев В.А., Муравченко Ф.М., Жеманюк П.Д. и др. Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик деталей ГТД. Лопатки компрессора и вентилятора, часть 1. Монография, г. Запорожье, изд. ОАО «Мотор Сич», 2003г.- 396 с.

8. Богуслаев А.В., Качан А.Я., Карась В.П. Высокоскоростное финишное фрезерование лопаток моноколес // Вестник двигателе-строения, 2002 г.-№1.-С. 110-111.

9. Жеманюк П.Д., Мозговой В.Ф., Качан А .Я., Карась В.П. Формообразование сложно-профильных поверхностей моноколес высокоскоростным фрезерованием // Газотурбинные технологии, 2003 г. — №5 (26) — С. 18-21.

10. Богуслаев А.В., Качан А.Я., Карась В.П., Жеманюк П.Д., Мозговой В.Ф. Формообразование сложно-профильных поверхностей осевого моноколеса с широкохордными лопатками высокоскоростным фрезерованием // Вестник двигателе-строения, 2004 г. №3. - С. 16-19.

11. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник./ Гуревич Я.Л., Горохов Н.В., и др. 2-е изд; перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 240 с.

12. Синопальников В.А., Григорьев С.Н. Надежность и диагностика технологических систем. Учебник. М.: ИЦ МГТУ Станкин, Янус-К. 2003. -331с.

13. Синопальников В.А. Надежность режущего инструмента: Учебное пособие. М.: Мосстанкин, 1990. - 92 с.

14. Синопальников В.А., Еременко И.В. Диагностика процесса резания и инструмента: Учебное пособие. М.: Мосстанкин, 1991. - 130 с.

15. Кочеровский Е.В., Лихциер Г.М. Диагностики состояния режущего инструмента по силовым характеристикам процесса резания. М., 1988. - 40 с.

16. Подураев В.Н., Барзов А.А., Горелов В.А. ТехнологическаяIдиагностика резанием методом акустической эмиссии. М.: Машиностроение, 1988. - 56 с.

17. Горелов В.А., Семенов В.А., Чугрин Г.В. Системы активного контроля износа режущего инструмента. // Авиационная промышленность. Приложение 2, 1986 г., с. 6-9.

18. Шалин Р.Е., Ильенко В.М. Титановые сплавы для авиационных газотурбинных двигателей. Журнал «ТИТАН» № 1-2/1995.

19. Горелов В.А., Семенов В.А., Тришкин С.В. Автоматизированная диагностическая система контроля процесса механической обработки. // Технология авиационного двигателестроения № 1, 1988 г. с. 59-61.

20. Гурин В.Д, Синопальников В.А. Диагностирование концевых фрез ' по силовым параметрам. // Качество машин. Сборник трудов 5международной научно-технической конференции. Т. 2. Брянск. БГТУ, 2001.с.120-121.

21. Геранюшкин А.В. Диагностика состояния концевых фрез при обработке титановых сплавов // Ресурсосберегающие технологии в машиностроении. 3-я Всероссийская научно-практическая конференция. Бийск 2003.-с. 15-19.

22. Автоматический контроль износа инструмента по температуре резания. Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства: Экспресс информ. Режущие инструменты. М.: ВНИИТЭМР, 1985. №2, с. 4-9.

23. Григорьев С.Н., Семенов В.А. Повышение надежности режущегоинструмента путем автоматизированной оценки его текущего состояния //

24. Материалы Межрегиональной научно-практической конференции «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды». Бийск, 6-7 июля 2004 г., с. 40-43.

25. Васильев Д.В., Витоль М.Р., Горшенков Ю.Н. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебное пособие. М.: Радио и связь, 1982. - 528 с.

26. Горелов В.А., Семенов В.А., Чугрин Г.В. Принципы построения автоматизированных диагностических комплексов. // Технология авиационного двигателестроения № 1, 1988 г.-с. 15-18.

27. Горелов В.А., Семенов В.А. Технологические возможности диагностических стендов на базе микро-ЭВМ // Технология авиационного двигателестроения № 1, 1988 г. с. 23-25.

28. User Manual SCC Series Signal Conditioning. National Instrument Corporation. 2001.

29. Палей C.M., Решетов Д.Н., Антонов A.B. Контроль состояния режущего инструмента по силе резания. Станки и инструмент. 1992. № 2, с 31-33.

30. Козочкин М.П., Панов С.Н., Кузнецова В.Д., Дуров М.Н. Методы снижения шума металлорежущих станков и их узлов. Методические рекомендации. М.: ВНИИТЭМР, 1986. С. 68.

31. Дарахвелидзе П.Г., Марков Е.П. Программирование в Delphi 7. — СПб.: БХВ-Петербург, 2004, 784 с.

32. Джеффри Тревис Lab VIEW для всех. пер. Клушин Н.А. Новгород, изд. «ТАЛАМ» 1999. 615 с.