Содержание к диссертации
Введение 4
1. Анализ существующих методов моделирования процессов 9 фрезерования
1.1 Основные положения теории математического 9 моделирования
-
Формирование рельефа поверхности при фрезеровании 13
-
Классификация видов фрезерования 13
-
Факторы, влияющие на микрорельеф обработанной 19 поверхности при фрезеровании
-
Теоретические модели 34 1.4 Исследование топографических свойств поверхности 38 1.6 Цель и задачи исследования 42
2 Топография обработанной поверхности при торцевом 43 фрезеровании
-
Математическая модель формирования топографии 48 обработанной поверхности при торцевом фрезеровании
-
Износ инструмента и вибрации технологической системы 63 при торцевом фрезеровании
3. Структура информационного и программного обеспечения для
прогнозирования геометрических параметров поверхности 66 при торцевом фрезеровании
3.1. Структура информационного и программного обеспечения 66
3.2 Алгоритм моделирования процесса взаимодействия 68 заготовки и инструмента
Экранная форма вывода результатов расчета 75
Использование стохастического моделирования при 78 описании процесса торцевого фрезерования
4 Методика и результаты экспериментальных исследований и 87 проверка адекватности модели
Описание экспериментального стенда и порядок работы 87
Определение коэффициентов модели 92
Проверка адекватности модели при расчете профилограммы 99 обработанной поверхности
Проверка адекватности модели при расчете топографии 101 обработанной поверхности
5. Практическое использование и внедрение результатов 105 исследования
Оптимизация параметров режима резания с использованием 110 разработанной модели процесса торцевого фрезерования
-
Постановка задачи и выбор метода оптимизации 110
Использование разработанной модели в учебном процессе 117 Общие выводы 122 Литература 124 Приложение 1 135 Приложение 2 136 Приложение 3 138
Введение к работе
В современном мире развитие и конкурентоспособность возможно лишь при дальнейшем повышении качества и эффективности в машиностроении на основе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов и совершенствовании методов подготовки и управления производством. Сейчас особое значение придается автоматизации не только технологических процессов за счет применения станков автоматов, автоматических манипуляторов, линий, адаптивных систем управления, но и автоматизации инженерного труда. Объем проектно-конструкторских и технологических разработок в машиностроении непрерывно увеличивается. Это связано с усложнением выпускаемых машин и приборов, повышением требований к их надежности и долговечности, увеличением номенклатуры и ужесточением сроков на подготовку производства новых изделий, улучшением эффективности в качества проектных решений.
Повышение производительности и автоматизация инженерного труда может быть осуществлена только при широком привлечении средств вычислительной техники. В станкостроительной, автотракторной промышленности, авиастроении, атомном и энергетическом машиностроении создаются системы автоматизированного проектирования технологических процессов, представляющие собой комплексы программ для ЭВМ. Такие системы позволяют разрабатывать маршруты технологических процессов, выбирать вид заготовки, оборудование, нормировать технологические операции, проектировать оснастку, выполнять структурную и параметрическую оптимизации. Внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР ПТ) позволяет активно управлять качеством изделий на стадии технологической подготовки производства.
Анализ имеющихся современных исследований в этой области показывает, что при создании систем автоматизированного проектирования возникают большие трудности по информационному и математическому обеспечению подсистем проектирования технологических операций фрезерования.
Устранение этих трудностей возможно либо на основе накопления и занесения в память ЭВМ большого объема экспериментальных данных, либо на основе применения теоретических моделей, адекватных реальным процессам и достаточно объективно отражающих физические закономерности операций фрезерования.
Для создания банка данных операций фрезерования необходимо проведение большого числа экспериментальных исследований и работ по обобщению передового опыта машиностроительных предприятий, научно- исследовательских и проектно-конструкторских организаций.
К недостатку этого подхода относится возможность получать решения только в области исследованных характеристик фрезерного инструмента, моделей станков, режимов резания. При проектировании операций фрезерования часто приходится рассматривать и области решений, в пределах которых экспериментальные исследования не проводились. Кроме того, экспериментальные исследования и модели не отражают, как правило, присущий фрезерной обработке динамический, изменяющийся во времени характер явлений. Их использование для проектирования высокопроизводительных операций фрезерования затруднено.
Применение теоретических моделей для проектирования операций фрезерования в ряде случаев является более предпочтительным. Однако этот подход в настоящее время в методическом плане не доведен до логического завершения. Это обусловлено недостаточно глубоким исследованием ряда физических закономерностей процессов образования поверхностей при фрезерной обработке и несовершенством самих моделей. Имеющиеся в литературе математические модели либо слишком просты и не учитывают влияния на процесс образования поверхностей большинства технологических факторов, либо наоборот - слишком сложны и трудно реализуемы.
Упрощение таких зависимостей за счет уменьшения числа входных переменных, приводит к потере точности и адекватности описания реальных процессов. Выходом из рассмотренной ситуации является упрощение сложных зависимостей, но не за счет пренебрежения влиянием на параметры качества и эффективности отдельных технологических факторов, а за счет использования имитационного моделирования. Его использование позволяет значительно упростить зависимости. Подобные модели сохраняют высокую точность и адекватность реальным процессам. Создание моделей на основе использования имитационного подхода позволяет успешно решать задачи автоматизации и проектирования операций фрезерования.
Развитие современного машиностроения характеризуется увеличением быстроходности машин, их мощности, производительности и точности. Поэтому проблема надежности и увеличения срока службы машин приобретает первостепенное значение. Часто наблюдается, что машины совершенно одинаковых конструктивных компоновок имеют разную надежность. Причиной этого во многих случаях являются различия в технологических процессах изготовления деталей. Это обстоятельство послужило основой для создания научного направления в технологии машиностроения — управление эксплуатационными параметрами машин при помощи технологических методов. Поскольку каждый технологический метод обработки создает вполне определенные количественные и качественные параметры поверхностного слоя: высоту и форму неровностей, их направление, закон распределения вершин, и др., оказывается возможным установить связь условий обработки с этими параметрами получаемой поверхности. Это дает возможность выбрать технологию изготовления деталей, позволяющую получить необходимые эксплуатационные свойства обработанной поверхности.
В задаче управления качеством поверхностного слоя деталей машин при обработке резанием актуальным направлением является разработка моделей, адекватно отражающих процесс достижения необходимого уровня шероховатости и позволяющих управлять им. Кроме того, оценка параметров шероховатости поверхности по ее сечению с использованием параметров ГОСТа 2789-73 чаще всего оказывается недостаточной, поскольку многие задачи практики требуют исследования свойств поверхности в целом, что обусловлено спецификой контактирования поверхностей.
Поэтому актуальным становится вопрос о прогнозировании топографии поверхности, дающей более полную информацию о состоянии обработанной поверхности. Таким образом, проблема прогнозирования топографии обработанной поверхности при фрезеровании является важной и актуальной.
Целью работы является повышение качества деталей путем управления микрорельефом обработанной поверхности на основе имитационного моделирования формирования топографии поверхности, при торцевом фрезеровании.
Для достижения цели в работе последовательно решается поставленные задачи в пяти главах. В первой главе рассматривается актуальность темы исследований и возможные пути достижения поставленной цели. Во второй главе разрабатывается методика расчета топографических показателей качества деталей и строится модель формирования микрорельефа обработанной поверхности при торцевом фрезеровании на основе метода имитационного моделирования. В третьей главе на основе анализа взаимодействия инструмента и заготовки при торцевом фрезеровании разрабатывается структура информационного и программного обеспечения реализующая модель, приводится алгоритм модели и описывается созданное на его основе программное обеспечение. В четвертой главе разработана методика определения эмпирических коэффициентов модели и доказывается ее адекватность реальному процессу. В пятой главе приводятся результаты практического использования и внедрения построенной модели торцевого фрезерования.
Автор выражает искреннюю благодарность Евгению Юрьевичу Татаркину, Александру Андреевичу Ситникову, Андрею Михайловичу Маркову, Владиславу Анатольевичу Федорову, Алексею Михайловичу Иконникову, а также сотрудникам кафедр «Технология автоматизированных производств» и «Технология машиностроения», которые очень помогли мне в научных исследованиях. Спасибо.
