Введение к работе
Машиностроение - отрасль промышленности, определяющая развитие экономики на любой социальной формации современного общества. Интенсификация машиностроения, перевод его на инновационный путь развития позволит значительно увеличить темпы развития других отраслей промышленности и экономики в целом.
Актуальность проблемы.
Повсеместность использования крупногабаритных деталей, высокая себестоимость их обработки при слабой изученности явлений, обусловленных состоянием детали и условиями обработки, делает проблему повышения эффективности технологических процессов их обработки актуальной в масштабах экономики всей страны.
Изделия машиностроительного производства составляют основу любого оборудования - от электроники до производства строительных материалов. В любой машине, установке, технологическом комплексе присутствуют крупногабаритные детали, как правило, составляющие основу конструкции. Изготовление таких деталей, их восстановление и ремонт требуют использования специального оборудования и технологий. Подобное оборудование в настоящее время нашло применение как на машиностроительных предприятиях, так и в ремонтных службах предприятий различных отраслей промышленности, например, горнорудных, цементных заводах, химических предприятиях. Оборудование представляет собой либо уникальные крупногабаритные станочные комплексы, либо специальные станочные модули для нестационарной обработки.
Конструкции подобного оборудования к настоящему времени тщательно проработаны, а технологии обработки отлажены. Таким образом, добиться повышения производительности изготовления и восстановления крупногабаритных деталей с использованием применяемых станочных комплексов в составе технологических систем за счет совершенствования применяемых технологий или оптимизации конструкции практически невозможно. Многие современные работы посвящены автоматизации самого процесса обработки крупногабаритных деталей, но идеи, высказанные в них, прошли слабую промышленную апробацию, это связано, прежде всего, с высокой стоимостью экспериментальных исследований. Автоматизация процессов обработки крупногабаритных изделий позволяет значительно уменьшить стоимость механической обработки за счет снижения трудозатрат.
Крупногабаритные детали являются уникальными, их стоимость составляет миллионы рублей, например, стоимость бандажа цементной печи диаметром 5 метров на предприятии ОАО «Волгацеммаш» составляет 2 900 000 рублей, поэтому при обработке неисправимый брак исключён. Сама обработка из-за состояния припуска может вестись с вибрациями или ударными нагрузками, да и сам припуск может быть неоднородным. В начале 1970-х годов Б.С. Балакшиным, Ю.М. Соломенцевым, В. А. Тимирязевым и други-
4 ми была предложена и реализована идея адаптивных станочных модулей. Подобные станочные модули позволяют реализовать эффективную обработку деталей с неравномерным припуском, при условии наличия быстродействующих исполнительных механизмов, но в условиях вибраций, ударной нагрузки, неравномерного по структуре материала припуска они малоэффективны. Для управления исполнительными механизмами оборудования требуются устройства, идентифицирующие, как можно более полно, всю технологическую систему, только в этом случае можно добиться снижения стоимости самой обработки при неизменных качественных характеристиках получаемого изделия. Отсутствие результатов теоретических и экспериментальных исследований, учитывающих особенности условий получения крупногабаритных деталей, особенности восстановительной механической обработки, влияние на технологические параметры ударной нагрузки и вибраций, вызванных неоднородностью припуска, не позволяет создать высокоэффективные технологии восстановительной обработки.
Разработка технических и технологических решений, учитывающих влияние состояние припуска обрабатываемой заготовки и условий обработки на параметры, определяющие эффективность технологического процесса, создание устройств идентифицирующих параметры технологической системы, внесёт значительный вклад в развитие экономики страны и повышение её обороноспособности.
Цель работы. Повышение эффективности автоматизированной механической обработки крупногабаритных деталей путём идентификации технологических параметров на основе научно обоснованных методик, алгоритмов и решений.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Определить наиболее значимые параметры технологической системы механической обработки крупногабаритных деталей.
2.Разработать методики и алгоритмы идентификации параметров технологической системы восстановительной обработки крупногабаритных деталей.
3. Разработать подсистему контроля и регистрации параметров восстановительной механической обработки крупногабаритных деталей.
4.Разработать методики и алгоритмы автоматического активного контроля погрешности формы в поперечном сечении обрабатываемых крупногабаритных деталей.
5.Разработать алгоритмы управления оборудованием для обработки крупногабаритных деталей с учетом подсистемы идентификации технологических параметров.
6.Разработать структуры технологических процессов восстановительной обработки крупногабаритных деталей, использующих подсистемы идентификации технологических параметров.
Рабочая гипотеза. Повышение эффективности восстановительной механической обработки крупногабаритных деталей может быть достигнуто за счёт внедрения в технологическую систему подсистемы идентификации параметров при автоматизированной или автоматической обработке.
Методология и методы исследований. В процессе теоретических и экспериментальных исследований автором изучены, проверены и обобщены результаты существующих научных разработок в области управления технологическими системами и комплексами, технологий восстановительной обработки крупногабаритных деталей, методов контроля и регистрации параметров технологических систем.
При разработке структур технологических модулей автором использован системный подход к изучению и описанию их технологических и конструктивных параметров, определено влияние основных параметров процесса восстановительной обработки крупногабаритных деталей на качество рабочих поверхностей. С этой целью использовались методы системно-структурного анализа, теории размерностей и нечеткой логики, аппарат булевой алгебры.
Исследования проводились с использованием виртуальных и физических моделей, стендовых испытаний и в условиях реального производства, на основе чего определялись состав и структура систем управления производственными модулями и конструктивные параметры специального оборудования.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена принятыми в основу объективно существующими математическими и физическими законами и закономерностями, и подтверждается использованием методов планирования экспериментальных исследований и статистических методов обработки результатов, применением современных измерительных средств и комплексов на основе вычислительной и микропроцессорной техники, допустимым интервалом сходимости результатов теоретических и практических исследований, положительным опытом внедрения результатов.
Научная новизна работы включает в себя:
связи в технологической системе, отражающие влияние неоднородности и неравномерности припуска на технологические параметры обработки и геометрические характеристики восстанавливаемой детали;
модель, учитывающую стохастическое изменение мощности резания и выявленные закономерности износа режущего инструмента;
алгоритм автоматизированного управления технологическим процессом восстановительной механической обработкой крупногабаритных деталей на основе метода идентификации параметров обработки, учитывающий потребление мощности приводами оборудования, глубину резания, неоднородность и неравномерность припуска обрабатываемой поверхности;
структуру подсистемы идентификации параметров механической обработки, созданной на основе правила, требующего не менее двух входных переменных для идентификации параметра;
алгоритмы регистрации параметров обработки, формы детали в поперечном сечении с оценкой коэффициента круглости, позволяющие разрабатывать специальное программное обеспечение для управления оборудованием и устройствами для виброрезания;
модели контроля технологических параметров и формы детали в поперечном сечении, являющейся основой для разработки приборов контроля и регистрации параметров обработки, устройств виброрезания и специальных станочных модулей.
Основные положении, выносимые на защиту:
впервые разработанная подсистема идентификации параметров механической обработки крупногабаритных заготовок, основанная на разработанных моделях, алгоритмах и методиках идентификации;
результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований по установлению закономерностей влияния ударной нагрузки, неравномерного по структуре материла припуска, а также дефектов после наплавки на глубину и мощность резания при токарной обработке крупногабаритных заготовок;
разработанная методика моделирования технологических процессов токарной обработки крупногабаритных деталей, учитывающая неравномерность и неоднородность материала припуска;
правила идентификации параметров токарной обработки: глубины резания, мощности резания, скорости резания, усилия резания, амплитуды и частоты вибраций, требующие для идентификации параметра не менее двух входных переменных;
предложенная и реализованная модульная технология восстановительной обработки крупногабаритных деталей без их демонтажа, отличающаяся разделением технологической системы на подсистему механической обработки, и устройства контроля и управления;
-разработанная методика проектирования технологических процессов автоматизированной обработки крупногабаритных заготовок, учитывающая подсистему идентификации мощности резания, глубины резания, геометрическую форму детали в поперечном сечении, параметры вибраций в технологической системе.
Практическая значимость результатов проведенных исследований. Результаты теоретических исследований позволяют разрабатывать новые технологии обработки крупногабаритных деталей, в том числе и без их демонтажа. Получены практические рекомендации по использованию адаптивной модульной технологии и созданию новых образцов оборудования. Особо следует отметить, что результаты работы внедрены на производственных
7 предприятиях, и согласно расчетам планово-экономической службы, позволяют снизить себестоимость восстановления крупногабаритных деталей металлургического оборудования на 15%.
Внедрение результатов: результаты внедрены на ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат» в ремонтно-механическом цехе и используются для восстановления корпуса подшипника эксцентрика механизма качания кристаллизатора машины непрерывного литья, роликов машин непрерывной разливки стали, ОАО «Стойленекий горно-обогатительный комбинат». Методика контроля и регистрации мощности резания внедрена в ОАО «СКИФ-М» и используется для оценки энергетических показателей сборных фрез. Результаты исследований использованы при чтении лекций, выполнении лабораторных работ по дисциплине «САПР ТП», «Управление системами и процессами в машиностроении» и «АЛЛ в машиностроении» для студентов дневной и заочной формы обучения по специальности 151001 «Технология машиностроения». Изданы учебные пособия с грифом УМО AM, подготовлены учебники.
Публикации: по теме диссертации опубликованы: монография, 30 работ в периодических изданиях, в том числе 14 работ в изданиях, рекомендованных ВАК, получено 7 патентов на полезные модели.
Апробация работы: основные положения диссертационной работы представлены: на: Всесоюзной научной конференции «Энергоресурсосберегающие технологии», БТИСМ (Белгород 1991 г.); Международной конференции «Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, моделей, конструкций. Системотехнические принципы управления ТП» (Белгород, 1993 г.); Общероссийской конференции «Современные наукоемкие технологии» (Сочи, 2002 г.); Международной конференции «Моделирование как инструмент решения технических и гуманитарных проблем» (Таганрог, 2002 г.); Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Прогрессивные направления развития маши-но-приборостроительных отраслей и транспорта» (Севастополь, 2004 г.); Международной конференции «Техника и технология монтажа машин (ТТММ' 04)» (Польша, Ржешов, 2004 г.); Научно-технической конференции «Металлургия» (Старый Оскол, 2006 г.); Конференции «Научные исследования, на-носитемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (Белгород, 2006 г.); International Scientific Conference (V; 2006; Rzeszow, Poland rok: 2006 г.); Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (Севастополь, 2003 г.).
Структура диссертации: диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Объем диссертации 290 страниц, в том числе 135 рисунков и 14 таблиц, список литературы состоит из 191 наименования.
