Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Современный этап развития машиностроения характеризуется непрерывным ростом объема маложестких деталей/МЩД/, обусловленным потоянным снижением металлоемкости изделий.
Непрерывно возрастающие требования, предъявляемые к качеству машин, влекут за собой повышенные требования к точности МВД, а следовательно, к созданию прогрессивных технологий по их изготовлению. Достижение высокой точности изготовления МЖД сопряжено с большими материальными затратами, трудоемкостью и тесно связано с производительностью изготовления. Поэтому проблема повышения точности и производительности МВД является одной из важнейших народно-хозяйственных задач машиностроения, а поиск резервов повышения эксплуатацинной точности и производительности изготовления - актуальной научной проблемой технологии машиностроения. Накопленный производственный опыт показывает, что традиционные способы обработки недостаточно эффективны для изготовления деталей малой жесткости. Поэтому вопросы их изготовления на практике решаются введением многоцикловой термообработки,многопроходного точения, снижением режимов резания, вводом дополнительных операций ручной доводки, что неэкономично и малопроизводительно. В этих условиях важное значение приобретает путь автоматического управления ходом технологического процесса изготовления с целью повышения эксплуатационной точности и производительности обработки МЖД. Решение комплексной задачи управления ходом техпроцесса изготовления МВД и обеспечение требуемого качества готовых деталей затрудняется тем, что в процессе обработки сама маложесткая деталь и формообразующие узлы технологической системы, находясь в относительном движении, представляют собой сложную динамическую систему, для определения поведения которой требуется проведение целевых теоретических и экспериментальных исследований. Кроме того, точность зависит от технологического процесса, с учетом взаимосвязей операций и их технологической наследственности, передаваемой непосредственно материалом заготовки. Наиболее перспективным направлением решения проблемы изготовления МЖД является адаптивное управление точностью их формообразования в упруго-пластическом деформированном состоянии на основе научно обоснованных технологических методов воздействия на заготовку, обеспечивающих однородность и равновесность распределения пластических деформаций и остаточных напряжений по всему объему детали.
Таким образом, поиск повышения точности и качества обработки, базирующихся на раскрытии закономерностей поведения упруго-пласти-
ческого деформирования МЖД и их материалов, совершенствование существующих и разработка современных технологических методов, средств автоматизации и управления, в том числе и адаптивного, изготовлением МВД - актуальная проблема в области технологии машиностроения. Научная и практическая значимость этой проблемы ставит ее в ряд важнейших народнохозяйственных задач.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является повышение точности и стабильности формы осесимметричных маложестких деталей путем создания технологических основ автоматического управления процессами холодной правки, механической, термосиловой и вибрационной обработок, а также разработкой эффективных систем автоматического управления этими процессами.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Решена крупная научная проблема в области автоматизации технологических процессов в машиностроении, имеющая важное народнохозяйственное значение, заключающаяся в создании совокупности новых методов автоматического управления процессами обработки маложестких длинномерных осесимметричных деталей (холодной правки, термообработки, механической обработки и вибростабилизации) , которые базируются на впервые раскрытых закономерностях автоматического управления упруго-пластического деформирования обрабатываемых деталей,; математическом описании и построении структурных схем технологических систем для получения требуемой точности, стабильности формы и качества поверхности.
Для решения этой проблемы потребовалось: обосновать новые принципы управления операциями, формирующими физико-механические свойства материала, геометрические формы заготовок и их упруго-пластическое деформирование, а также уровень и распределение остаточных напряжений по объему готовых деталей; создать структурные модели функционирования технологических систем в статистическом и динамическом режимах в условиях поперечного и продольно-поперечного изгиба и деформирования; установить возможность оценки упруго-пластического состояния заготовки и технологических систем непосредственно во время обработки; разработать технологические методы целенаправленного формирования упруго-пластического деформированного состояния для достижения заданной точности и стабильности формы; установить закономерности автоматического обеспечения устойчивого процесса формообразования упругодеформированных маложестких деталей для типовых структур и связей динамической технологической ситемы.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследовались основные положения: ТЄХН0-
логии машиностроения, динамики станков, механики твердого и пластически деформируемого тела, теорий механических колебаний и автоматического управления, метод начальных параметров в матричной форме, а также модальный метод исследований систем с распределенными параметрами, аппарат преобразований Лапласа, метод передаточных функций и др. Экспериментальные исследования проводились на вновь разработанных установках и высокоточных станках с использованием специально изготовленных систем управления и современной контрольно-измерительной аппаратуры.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ На основе созданных математических моделей разработана новая прогрессивная технология изготовления длинномерных осесимметричных деталей малой жесткости, которая позволяет обеспечить значительное повышение точности и стабильности формы и качества поверхности обрабатываемых деталей, с одновременной минимизацией энерго и металлоемкости путем автоматического управления упруго-пластическим деформированным состоянием МВД в различных ее сечениях, обеспечивая при этом равномерное и равновесное распределение остаточных напряжений по объему заготовки. Созданы оригинальные установки для процессов холодной и горячей правки, термосиловой обработки /в процессе закалки и термостабилизации/, механической обработки /чернового и чистового точения/ с использованием самоцентрирующихся гидролюнетов. Установки оснащены системами автоматического управления и представляют собой единую технологическую цепь. Разработан участок по изготовлению длинномерных деталей типа "зал". Разработаны алгоритмы и программы расчета обработки МЖД. Основные технические решения защищены 50 авторскими свидетельствами. Результаты выполненной работы используются в учебном процессе ТолПи при обучении студентов специальностям 1201, 1202, 2103.
Результаты исследований внедрены и продолжают внедряться на предприятиях автомобильной, авиационной, судостроительной промышленности, а также химического и среднего машиностроения. Экономический эффект от внедрения составил более 500 т. рублей.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на всесоюзных, республиканских, региональных и межвузовских научно-технических конференциях: "Оптимизация управления прогрессивными технологическими процессами обработки деталей" /Киев, 1977/; "Автоматизация и алгоритмизация технологических процессов"/Киев, 1979/; "Создание ГПК в машиностроении на базе станков е ЧПУ и промышленных роботов"/Киев, 1984, 1985/-, " Повыше-
ниє точности механической обработки деталей при использовании САУ" /Севастополь, 1980, 1981, 1982, 1985, 1987/; "Алгоритмы, средства и системы автоматического управления" /Волгоград, 1984/; "Применение систем автоматического регулирования при обработке металлов резанием"/Еыборг, 1985/; "Конструирование и производство сельскохозяйственных машин"/ Ростов-на-Дону, 1985/; "Современные проблемы технологии машиностроения" /Москва, 1985/;"Новые технологические процессы и оборудование для поверхностной пластической обработки материалов" /Брянск, 1986/;"Интенсификация технологических процессов механической обработки" /Ленинград, 1986/; "Прогрессивная технология обработки маложестких деталей" /Тольятти, 1984, 1985, 1987/; "Динамика и адаптация технологических систем машинострое ния" /Тольятти, 1986/; "Прогрессивный твердосплавный режущий инструмент" /Свердловск, 1987/; "Автоматизация и комплексная механизация технологических процессов" /Сызрань, 1987/; "Получение и обработка материалов высоким давлением'УМинск 1987/; "Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин" /Курган, 1991/.
В целом диссертационная работа рассмотрена и одобрена на расширенных заседаниях НТС Тольяттинского политехнического института (1991 г.), электротехнического факультета Самарского политехнического института (1992 г.) и Мосстанкина (1992 г.).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследоаний опубликовано 104 научные работы, в том числе: 1 монография, 50 статей и 53 авторских свидетельства на изобретение.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и заключения, изложенных на 400 страницах машинописного текста, содержит до 74 страниц иллюстраций, 8 таблиц, список литературы из 294 наименований и приложения.