Введение к работе
Актуальность темы. Надежность, конкурентоспособность, длительность жизненного цикла, а также степень соответствия функциональному назначению подавляющего большинства ответственных деталей машиностроительного производства определяются, в значительной степени, техническим и технологическим уровнями подготовки и реализации технологических процессов финишной обработки и, в частности, круглым врезным шлифованием. Таким способом обрабатываются седла клапанов двигателей различного назначения и мощности, дорожки качения колец шарико- и роликоподшипников, шейки коленчатых и распределительных валов. Постоянный рост требований к точности и качеству обработки ответственных поверхностей этих деталей при их серийном производстве, обеспечению экономичности их изготовления, стабильности параметров в условиях наличия вариаций припусков, свойств материала и сто-хастичности характеристик применяемого инструмента определяют необходимость совершенствования известных технологий или разработки новых.
Важное место при решении указанной задачи занимает проблема автоматизации проектирования технологии обработки круглым врезным шлифованием сложнопрофильной поверхности и выбора используемых при этом математических, алгоритмических и программных средств.
Исследованиям динамики процессов и технологии автоматизированного проектирования шлифовальной обработки посвящены работы таких известных ученых и специалистов как Б.С. Балакшин, Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, М.Г. Косов, В.В. Павлов, Н.М. Султан-Заде, Л.А. Глейзер, В.А. Кудинов, В.Э. Пуш, В.Л. Сосонкин, В.Д. Эльянов, П.И. Ящерицын и другие.
Объект исследования. Объектами исследования диссертационной работы являются динамика круглого врезного сложнопрофильного шлифования, нелинейные модели производственной системы и, в частности, шлифовального станка, инструмента, технология постановки задачи оптимизации ограничений на параметры, характеризующие технологический процесс и производственную систему.
Цель работы: обеспечение заданных количественных показателей точности и качества обработки сложнопрофильных поверхностей тел вращения ответственных изделий машиностроения круглым врезным шлифованием в течение заданного времени за счет управления динамикой процесса обработки.
Задачи:
исследовать динамические характеристики процесса круглого врезного сложнопрофильного шлифования;
исследовать процессы необходимости использования нелинейных моделей производственной системы и, в частности, шлифовального станка, инструмента;
разработать математическую модель обеспечения на этапе проектирования заданных показателей переходных процессов в производственной системе;
- разработать математическую модель обеспечения точности и качества
обработки поверхности за заданное время с учетом ограничений на параметры, характеризующие технологический процесс круглого врезного сложнопро-фильного шлифования и производственную систему;
- разработать методику постановки задачи оптимизации ограничений на
параметры, характеризующие технологический процесс круглого врезного
сложнопрофильного шлифования и производственную систему.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов математического анализа, линейной алгебры, а также технологии машиностроения, теории машин и механизмов. При разработке и формализации технологии использовались методология структурного анализа и синтеза сложных систем SADT (Structured Analysis and Design Technique) и ИЛИ технологии. Разработка алгоритмов моделирования и управления технологическим процессом круглого врезного сложнопрофильного шлифования, программным комплексом автоматизированного проектирования на основе метода аналитического синтеза нелинейных систем управления динамическими объектами с учетом нелинейных фазовых ограничений.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
определены зависимости между точностными параметрами сложнопро-фильной поверхности и действующими факторами при абразивной обработке;
разработана математическая модель процесса абразивной обработки с учетом многофакторных ограничений оптимального технологического процесса круглого врезного сложнопрофильного шлифования;
разработаны прикладные алгоритмы автоматизированного проектирования оптимальных нелинейных технологических процессов круглого врезного сложнопрофильного шлифования в условиях динамических многофакторных ограничений;
разработаны прикладные алгоритмы оптимального управления в замкнутом виде процессом круглого врезного сложнопрофильного шлифования с учетом динамических ограничений;
разработаны функциональная, информационная модели состава и технологии оптимизации абразивной врезной круглошлифовальной обработки;
Практическая ценность заключается в создании методологического комплекса обеспечения автоматизированного проектирования технологических процессов сложнопрофильного врезного круглого шлифования в условиях динамических многофакторных ограничений.
Внедрение результатов диссертационной работы. Научные результаты исследований были использованы для разработки технологии проектирования алгоритма управления качественными показателями абразивной обработки при наличии динамических многофакторных ограничений во встроенных системах ЧПУ и системах, реализующих робастный цикл обработки при ремонтно-восстановительных работах на валах дробильно-измельчительного оборудования на Стойленском ГОК (г. Старый Оскол).
Технология проектирования алгоритма управления качественными показателями абразивной обработки при наличии динамических многофакторных
ограничений, моделирования процесса сложнопрофильного круглого врезного шлифования, функционально-информационного моделирования были использованы в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 151000.65 «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств» на кафедре «Технология машиностроения и ремонта горных машин» ГОУ ВПО Московский государственный горный университета и по специальности 150207.65 «Реновация средств и объектов материального производства в машиностроении» на кафедре «Технологическое проектирование» ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН».
Апробация работы. Теоретические и практические результаты работы докладывались:
- на конференциях ГОУ ВПО МГТУ "Станкин" и Учебно-научного цен
тра (УНЦ) Математического моделирования ГОУ ВПО МГТУ "Станкин" и
ИММ РАН (Москва, 2006, 2007,2008, 2009 годов);
на третьей всероссийской научно-практической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИЛИ технологии» (КИП-2007) в ГОУ ВПО Оренбургский государственный университет (ГОУ ОГУ);
- на конференции «Неделя горняка -2009», январь 2009 г., ГОУ ВПО
Московский государственный горный университет;
- на международной научно-практической конференции «Состояние,
проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства
на промышленных предприятиях», ГОУ ВПО Брянский государственный тех
нический университет (БГТУ), Брянск 16-18 ноября 2009 года.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, из них 1 в издании из перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованной литературы, общих выводов и результатов, приложения, списка используемой литературы (98 наименований). Основная часть работы изложена на 135 страницах, содержит 14 рисунков и 1 приложение.
