Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ОБЗОР НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ И МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ 21
1.1. Обоснование выбора методов автоматизации технологических процессов
поверхностной обработки 21
12. Разработка концепции создания систем контроля технологических
С#>' комплексов для поверхностной обработки 32
13. Особенности влияния рабочей среды технологических комплексов
поверхностной обработки на человеко-машинную систему «оператор —
технологический комплекс» 38
1.4. Математические методы исследования, прогнозирования и оптимизации
технологических процессов с учетом особенностей рабочей среды устаноюк
поверхностной обработки 40
Использование метода «Катерпиллар-SSA» для исследования временных рядов зависимости параметров технологического комплекса от возмущающих факторов 42
Построение многофакторной математической модели технологического комплекса поверхностной обработки (на примере анализа рабочей среды установки плазменных напылений и технологического процесса раскатки на
автоматизированнойпрофилегибочной машине) 49
1.6.1. Проектирование структуры системы мониторинга технологического
комплекса Анализ всвмушаюших факторов 49
1.62. Система проектирования активного мониторинга технологического комплекса поверхностной обработки на основе построения многофакторной
математической модели рабочей среды 56
1.7. Выводы по главе 1 64
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ УРОВНЯ АВТОМАТИЗАЦИИ И ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ НА ПРИМЕРЕ УСТАНОВКИ
ПЛАЗМЕННЫХНАПЫЛЕНИЙ 66
2.1. Особенности технологии плазменного напыления 66
22. Анализ регрессионной и графической моделей для учета переключения
состояний режимов управления установкой плазменных напылений 73
23. Разработка рекомендаций по снижению и предотвращению
неблагоприятных воздействий от электромагнитного излучения в области
рабочей среды и требований по уровню автоматизации 79
2.4. Выводы по главе 2 84
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПЮЕКТИЮВАНИЮ И ПЮГРАММИЮВАНИЮ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ОРИЕНТАЦИИ РАБОЧЕГО ОРГАНА В ОБОБЩЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КООРДИНАТАХ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ
ОБРАБОТКИНАОШОВЕМАТЕМАТИЧЕСКОЙМОДЕЛИ 86
3.1. Анализ погрешностей типовых кинематических схем манипуляторов
поверхностной обработки (на примере установки плазменных напылений) 86
Возможности автоматизации технологии плазменных напылений 107
Концепция представления манипулятора технологического комплекса для
поверхностной обработки как ксюрдинатно-измерительной машины 112
3.4. Повышение точности отработки управляющей программы путем
введения поправок в устройство управления 124
3.5 Обоснование контролируемых параметров шероховатости как показателей
качества поверхностной обработки (плазменньгх напылений) 127
3.6. Определение возможностей использования для автоматизированных
технологических комплексов поверхностной обработки измерительных
головок отклонения 145
3.7. Разработка средства измерения положения объекта на основе 151
длиннобазового лазерного датчика
3.8. Выводы по главе 3 153
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ДОВОДОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ
АВТОМАТШИЮВАННЬІХГІРОФИЛЕгаБОЧНЬІХМАШИН 155
4.1. Определение автоматизированной профилегибочной машины с
доводочным устройством как технологического комплекса поверхностной
обработки 155
42. Комплексирование сенсоров системы управления автоматизированной
профилегибочной машины 1Д Р-6АД 161
43. Выводы по главе 4 170
ОСНОВНЫЕВЫВОДЫ 171
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ 173
Приложение 1 Методы базисного анализа при автоматизации научных исследований дискретных технологических процессов и производств на
основе анализа сингулярного спектра 181
Приложение 2. Алгоритм создания регрессионной модели по нескольким
выходным параметрам с использованием эконометрического подхода 194
Приложение 3 Результаты измерений и эконометрического анализа рабочей
среды технологического комплекса установки плазменного напыления 198
Приложение 4. Оценка возможных изменений динамики движений при работе
управляемых приводов технологического робота поверхностной обработки 219
Приложение 5. Акты внедрения 222
Введение к работе
Актуальность проблемы. При автоматизации дискретных производств в машиностроении значительные трудности представляет создание технологического оборудования, предназначенного для автоматического перемещения и ориентирования объектов производства и рабочих органов технологических комплексов, особенно при реализации процессов поверхностной обработки, например, плазменного напыления, окраски, плазменной резки, пластического поверхностного упрочнения, поверхностного фрезерования и других, а также измерительных операций. При использовании технологических комплексов поверхностной обработки в их рабочей среде на персонал оказывается неблагоприятное воздействие от электромагнитного излучения.
В отечественной и зарубежной науке этой проблеме уделялось существенное внимание. Вопросам автоматизации технологических комплексов различного назначения отводилось внимание в работах П.Н.Белянина, Е.П.Попова, А.И.Корендясева, Б.М.Кузьмиченко, В.И.Ершова, И.М.Закирова, В.М.Тарана, И.Б.Челпанова, Ю.В.Подураева и др. На практике применяются манипуляторы-автооператоры для переноса и установки обрабатываемых изделий. Однако из-за многообразия объектов манипулирования, условий работы и требований, определяемых для технологических комплексов поверхностной обработки решение задач проектирования, моделирования и оптимизации систем манипулирования и ориентации заготовками и рабочими органами, программирования систем управления остается актуальным.
Технологический комплекс поверхностной обработки предлагается рассматривать в организационно-технологической структуре человеко-машинной системы. Статистический анализ ряда приборных замеров эксплуатационных параметров, проведённых непосредственно на объекте (технологической установке плазменных напылений, рабочем месте
оператора, пульте диспетчера, профилегибочной машине и др.), позволяет определить законы управления манипулированием ориентацией рабочего органа в процессе напыления, прогнозировать переход эксплуатационного состояния в критическое.
Цель работы: расширение функциональных возможностей и повышение качества изготовления деталей для технологического комплекса поверхностной обработки за счет разработки принципов проектирования, программирования и управления манипулированием и ориентации заготовки и рабочего технологического органа на примере установки плазменного напыления и доводочного устройства автоматизированной профилегибочной машины.
На защиту выносятся:
1 .Математическая модель связи перемещений для контрольной точки рабочего органа и его ориентации в зависимости от параметрического вида формы обрабатываемой заготовки, структура которой адаптирована к выявленным особенностям технологического комплекса поверхностной обработки. Аналитический расчет для программирования манипулятора поверхностной обработки на основе обобщенных координат — равноотстоящих эквидистант и нормалей к контуру поверхности обрабатываемой заготовки.
2. Рекомендации по проектированию и программированию средств
технической автоматизации технологических комплексов поверхностной
обработки за счет применения концепции терминального управления по
конечным состояниям, создания математических моделей и методов
программирования перемещений и ориентации рабочего органа в
обобщенной системе координат обрабатываемого изделия, применения
эконометрического подхода для выбора структуры системы автоматизации
и контроля.
3. Программно-аппаратный измерительный комплекс на основе
новой концепции создания систем управления автоматизированных технологических комплексов поверхностной обработки и средств измерения в виде контактных измерительных головок и длиннобазовых лазерных датчиков.
4. Рекомендации по проектированию системы активного
мониторинга и автоматизации научных исследований электромагнитного
излучения от технологических комплексов поверхностной обработки
изделий машиностроения
5. Проведена реализация концепции технической автоматизации на
базе разработанного автором стенда измерения обрабатываемых изделий
на базе микрокомпьютера типа микро-РС и длинобазового лазерного
датчика.
Научная новизна.
1. Разработана математическая модель связи перемещений для
контрольной точки рабочего органа и его ориентации в зависимости от
параметрического вида задания формы изделия типа тела вращения в
обобщенных технологических координатах (длины дуги сечения) на
основе равноотстоящих эквидистант и нормалей к контуру поверхности
обрабатываемой заготовки.
2. Разработаны на основе концепции терминального управления
рекомендации по сквозному проектированию и программированию и
пульсирующей подналадке системы манипулирования, перемещения и
ориентации рабочего органа в обобщенной технологической системе
координат на примере установки плазменного напыления и доводочного
устройства автоматизированной профилегибочной машины, позволяющие
сократить время на подготовку производства и снизить его зависимость от
квалификации рабочего персонала и специалистов по автоматизации.
3. Предложение для использования в контуре управления
технологическими режимами в качестве нового выходного параметра
контроля качества поверхностной обработки дисперсии разброса выступов шероховатой поверхности (дополнительного к ГОСТ 2789-73).
Результаты разработки и экспериментальных исследований измерительного стенда на основе длиннобазового лазерного средства измерения для получения исходной информации о форме заготовки, обрабатываемой методом напыления.
Результаты использования эконометрического подхода для анализа распределения электромагнитного излучения и степени значимости возмущающего фактора для эксплуатационных параметров установки плазменных напылений и определения базовых значений параметров регулирования для профилегибочной машины.
Методы исследований. Использовались общие методы теоретической механики и законов движения тела, основы робототехники, методы управления сложными техническими системами в условиях априорной неопределенности, прикладной метрологии и магнитометрии. При разработке методики расчёта использовались методы математической статистики и эконометрики, автоматизации научных исследований. Использовались методы эконометрики с помощью стандартных программ MS Office 9.x (Excel), SPSS и других.
Достоверность теоретических положений работы и лежащей в её основе математической модели подтверждается результатами экспериментальных исследований, хорошо согласующихся с теоретическими расчётами.
Апробация. Основные научные положения и результаты работ докладывались и получили одобрение на Международной конференции «Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении» (г. Саратов, 2002 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Интернет на службе обществу» (г. Саратов, 2002-04 г.г.), П-й Международной научно-технической конференции
«Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (г. Пенза, 2003 г.), 7-ой Международной научно-технической конференции «Динамика технологических систем» (ДТС-2004, г. Саратов), НТС ФГУП СНПЦ «Росдортех», заседаниях кафедр «Системы искусственного интеллекта», «Материаловедение и высокоэффективные процессы обработки», «Автоматизация технологических процессов» СГТУ.
Практическая ценность и реализация работы. Реализация результатов работы заключается в разработке рекомендаций по проектированию и оперативному программированию системы манипулирования и ориентации рабочего органа на примере установки плазменного напыления и доводочного устройства автоматизированной профилегибочной машины, разработке измерительного стенда на основе микрокомпьютера типа микро-РС и длиннобазового лазерного датчика и измерительных головок отклонения.
Внедрение результатов работы осуществлено на установке плазменных напылений в лаборатории вакуумной технологии СГТУ и на ЗАО «Саратовский авиационный завод».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в которых отражены основные результаты.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 104 наименований и пяти приложений. Объём диссертации составляет 225 стр., в т. ч. 62 рис. и 2 табл.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, показана научная новизна, цель, основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассматриваются вопросы определения эксплуатационных параметров электромагнитных полей применительно
для рабочей среды технологических комплексов машиностроительных производств.
Анализируются методы автоматизации технологических процессов, производств и методов управления, производствами, а также способы ограничения электромагнитных полей от технологических комплексов поверхностной обработки. Это вызывает необходимость автоматизации технологического процесса, в частности, применения манипулятора с тремя степенями свободы и средств измерения пространственной формы заготовки. На основе обзора литературы по автоматизации технологических процессов сравниваются возможности использования различных устройств манипулирования заготовкой и рабочим органом для технологического комплекса поверхностной обработки.
Отмечается большая роль в области создания и исследования средств автоматизации научными коллективами МГТУ, МГТУ «Станкин», ИМАШ РАН, МАИ, СПбГПУ, ЦНИИ РТК, НИАТ, НИТИ, Рижского, Каунасского, Львовского политехнических институтов и ряда других организаций.
Обосновываются задачи исследований.
Цель используемой концепции терминального управления по конечным состояниям — уменьшение неопределенности исходной информации для многономенклатурного мелкосерийного и индивидуального производства применительно к процессам поверхностной обработки. Использована новая математическая модель перемещения и ориентации рабочего органа в обобщенных технологических координатах и эконометрическии подход, который на этапе подготовки производства позволяет определять исходные значения параметров коррекции алгоритмов управления.
Сокращение времени подготовительных и наладочных операций, снижение требований к квалификации обслуживающего персонала
достигается за счет реализации рекомендаций по технической автоматизации (как альтернатива программной) с помощью микрокомпьютеров типа микро-РС и применению адаптированных бесконтактных длиннобазовых средств измерения. Предлагается рассматривать автоматический манипулятор с функциональными свойствами координатно-измерительных машин, что создает возможность
Ч.} использования терминального управления и алгоритмов адаптивных
пульсирующих подналадок, разделения задач программирования
, манипулятора и задач регулирования технологических режимов с учетом
допустимого уровня неблагоприятного воздействия от электромагнитного излучения от технологической установки. Возможность смены приоритетов выполнения указанных задач и возможность их подстройки к сменяющимся условиям работы. Программирование перемещений и ориентации рабочего органа манипулятора в обобщенной системе координат.
Фактически предлагается обеспечение требуемых системных свойств автоматизированного оборудования поверхностной обработки для различных технологических процессов: гибкость, адаптивность, наблюдаемость и управляемость, интегрируемость, интерактивность. В работе достигнуто решение задачи поверхностной обработки для деталей
7"' типа тел вращения, что существенно расширяет номенклатуру
обрабатываемых изделий.
U\ Исследуются возможности метода «Caterpillar-SSA» (СПбГУ),
позволяющего получить базовое разложение (по часам) циклических ритмов изучаемого технологического процесса. Метод основан на анализе сингулярного спектра исходного массива данных с помощью главных компонент, позволяет выявить базовую закономерность, отделить её от случайных отклонений, выделить периодические составляющие и случайные вариации исходного ряда. Метод отработан на изучении
зависимости воздействия рассматриваемых возмущающих факторов на изменение выходного параметра, в качестве которого выбрана напряженность магнитного поля (нТл).
Для исследования технологических процессов предлагается использовать линейную многофакторную регрессионную модель, отвечающую требованиям малой зависимости от изменяющихся условий функционирования, факторов и параметров различной природы, обладающая свойствами интерпретации и содержательности для выбора управленческих решений. Показателем эффективности идентификации параметров по выбранным возмущающим факторам принимается величина
остаточной дисперсии а^од/ f ... f - ПРИ наличии тесной связи между
факторами f ,п и fjm один из факторов исключается из дальнейшего рассмотрения. Вычисляется коэффициент множественной корреляции между отклонениями параметров электромагнитной обстановки от норматива и комплексом отобранных возмущающих факторов, формируется матрица коэффициентов корреляции, характеризующая статистическую взаимосвязь отклонений контролируемого параметра с возмущающими факторами и факторов между собой. Анализируя полученные коэффициенты уравнения регрессии, математическое ожидание, дисперсию и корреляционные соотношения, судят о степени влияния возмущающих факторов на значение выходного параметра. Разработан алгоритм формирования эконометрической модели.
Во второй главе проводится анализ уровня автоматизации и особенности рабочей среды технологического комплекса поверхностной обработки на примере установки плазменных напылений.
Производительность плазменного напыления изделий
машиностроения в значительной степени определяется мощностью плазмотрона, представляющего собой плазменную горелку, в которой дуга
замыкается на стенку канала сопла (анодное пятно). Наружу выдувается
плазменный факел в виде потока горячего газа. Накопление энергии
факелом происходит на начальном участке дуги между катодом и анодным
пятном дуги. На этом участке плазменная дуга занимает небольшую часть
сечения канала, имеет высокую скорость газа. Используемый ток может
достигать 600 А при мощности до 20 кВт.
Проведено измерение напряженности магнитного поля в
лаборатории вакуумной технологии СГТУ. Использовался микротеслометр
> модели Г-79. Произведена статистическая обработка данных, на ее основе
У/
построены графические и регрессионные модели для источника питания и
плазмотрона.
Определены ограничения для камеры установки плазменных напылений 1000x400x500 мм.
Третья глава посвящена разработке рекомендаций по
проектированию и программированию перемещений и ориентации
рабочего органа в обобщенных технологических координатах для
оборудования поверхностной обработки на основе математической
модели. При изготовлении мелкосерийных и единичных изделий методом
плазменного напыления во многих случаях отсутствуют справочные
данные о параметрах технологического процесса, часто нет возможности в
чТл проведении полных экспериментальных исследований.
Проведен выбор рациональных компоновочных схем и кинематики >'-4\ манипулятора на основе визуального анализа изменения эллипсоидов рассеивания, используемых в качестве критериев сравнения кинематических схем для манипуляторов рабочих органов комплексов поверхностной обработки. Проанализированы новые и типовые схемно-конструктивные решения манипуляторов. В качестве основных принимаются схемы 1Пг2Пу, 1Ш2ПуЗВх, 1Вх 2ВхЗВх, 1Вх2ПуЗВх, где П и В - приводы поступательных и вращательных движений, х, у, z —
горизонтальные и вертикальная оси системы координат установки плазменного напыления. С учетом проведенного анализа рекомендуется использовать слабозависящую от изменения эллипсоидов рассеивания прямоугольную компоновку манипулятора.
Другие схемные решения не прошли предварительного анализа по причинам сложности встраивания в ограничения рабочей зоны.
Предлагается использование контурного управления, для которого типична задача определения законов изменения обобщенных координат для заданной траектории перемещения рабочего органа.
Также может быть записана система уравнений, численно решая которую можно получить значения координат и углов. Для аналитического способа определяются траектории известного вида (прямые, окружности, параболы различных степеней), проходящие через заданные точки. В программируемом способе обучения дискретные точки запоминаются, чтобы при автоматической работе повторять движения по траекториям, проходящим через них. В промежутках между реперными точками осуществляется интерполяция прямыми или дугами окружностей.
С учетом проведенного анализа и разделения задачи движения контрольной точки по требуемой траектории и задачи ориентации оси рабочего органа по нормали к поверхности заготовки необходимо переходить к такой системе координат, чтобы реализовать идеи функционального разделения каналов управления. Геометрически это связано с выбором специальных систем координат. Каждая из линий первого семейства строится как совокупность нормалей контура заготовки, линии второго семейства строятся как совокупность равноотстоящих от контура заготовки и друг от друга эквидистант.
По смыслу задачи управления поверхностной обработкой относятся к задачам терминального управления, поскольку в конечном итоге важно знать конечное состояние детали. Поэтому программы управления
принципиально не могут быть выбраны однозначно, при этом нужно удовлетворять большому числу ограничений, учитывать возможности реальных регуляторов и приводов исполнительных устройств, возможности измерения различных параметров состояния. При построении алгоритмов управления учитывают, что параметры технологического процесса задаются в системах координат заготовок, а непосредственно управляемыми являются обобщенные координаты для приводов. В качестве основного принимается координатное управление манипулятором. Использованная совокупность методических, метрологических и программных решений позволяет вывести человека из основного контура управления, оставить ему функции принятия обобщающих решений. Общий анализ проблематики, вызванной особенностями технологии плазменного напыления или аналогичных технологических процессов, анализ конструкторско-технологических ограничений, вызванных влиянием пространственного распределения электромагнитного излучения, определил, что наиболее близким техническим решением, удовлетворяющих указанным ограничениям, является компоновка манипулятора в прямоугольной системе координат вида iriz2ny3Bx.
Достоинством компоновки является возможность сохранения угла наклона ориентирующей степени свободы при ориентации рабочего органа относительно систем координат манипулятора и установки плазменного напыления (заготовки).
Предлагается концепция представления манипулятора
технологического комплекса для поверхностной обработки как функционального аналога координатно-измерительной машины. В качестве рабочего органа предлагается использование измерительных нулевых головок отклонения и головок касания с собственной системой координат. Рекомендуется использовать типовые режимы привязки
средства измерения к координатам технологического комплекса, а именно, к оси вращения заготовки. На следующем этапе имеется возможность определить координаты поверхности обрабатываемой заготовки путем контактного сканирования поверхности заготовки в ручном или в автоматическом режимах и вычисления ее размеров в контрольных сечениях.
Путем расчета определяют параметры формул пересчета от координат детали к координатам манипулятора. Определяют обобщенную систему координат в виде совокупности сетки нормалей к контуру заготовки и сетки кривых, точки каждой из которой равноудалены от поверхности контура заготовки.
Предлагаются рекомендации по проектированию и оперативному программированию системы манипулирования и ориентации заготовки и рабочего органа на примере установки плазменного напыления, разработке системы измерения на основе длиннобазового лазерного датчика и датчиков контакта.
На основе результатов теоретических и экспериментальных
исследований предложены практические рекомендации по определению
конструкционно-технологических ограничений, обусловленных
неблагоприятным воздействием электромагнитного излучения и параметрами технологического комплекса в ограниченной рабочей зоне. Предложены рекомендации по выбору системы координат и методике программирования движений манипулятора на основе информации о форме детали, полученной с помощью лазерного средства измерения. Количество реперных (опорных) точек для программирования системы управления рекомендуется выбирать не менее 30 (до 50) в угловых обобщенных координатах нормали к контуру заготовки с использованием функции линейной или круговой интерполяции, имеющиеся в типовых УЧПУ, например, 2Р32М и других.
Разработка и экспериментальные исследования подсистемы измерения и программирования установки плазменного напыления проведены на основе длиннобазового лазерного средства измерения. Определена погрешность средства измерения, которая составила не более 0,2 мм на базе измерения 250-300 мм: Определены максимальные угловые отклонения от нормали к заготовке (до 45), которые вызывают погрешность измерения в диапазоне допустимой (1,0-3,0 мм). Рекомендуется устанавливать базу средства измерения под указанным углом.
Приводятся результаты разработки новой концепции систем управления технологическими комплексами поверхностной обработки и средств измерения на основе лазерных датчиков и головок касания. Средство измерения выполнено на основе лазерного датчика ТИРП-100 (БелОМО) в разработке технического задания которого принимал участие автор. Создан экспериментальный стенд портальной (прямоугольной) компоновки с перемещающимся лазерным датчиком со средствами коммутации и АЦП Е-330 и портативным компьютером по прямолинейным направляющим.
Погрешность лазерного датчика при измерении в диапазоне 220-280 мм составляет 0,1 мм для частоты 500 измерений в секунду. На горизонтальной поверхности установлена фрезерованная заготовка типа тела вращения S-образной формы в поперечном сечении. Измерения производились через 1 мм длины. Производилась аппроксимация наложением на полученную кривую полиномиального тренда 6-й степени.
Ориентировочно снижение времени подготовки управляющих программ достигается с 2 часов до 15 мин при использовании измерительного стенда на базе лазерного датчика.
Рассматриваются вопросы контроля качества поверхностной обработки на основе параметра дисперсия (статистическое распределение)
разброса выступов шероховатой поверхности (дополнительного к ГОСТ 2789-73) и возможности его использования в контуре управления. Приводятся обоснование параметра и пример практических измерений шероховатости для изделий машиностроения, обработанных на установке плазменных напылений.
В четвертой главе рассматриваются результаты практического применения доводочного устройства поверхностной обработки автоматизированных профилегибочных машин.
В заготовительно-штамповочном производстве ЗАО «Саратовский авиационный завод» используются машины ПГР-6АД с УЧПУ 2Р32М, оснащенные доводочным устройством для поверхностной обработки раскаткой гнутого с растяжением профиля. Применяется технология формообразования нагретых в течение 30 мин. до 400С профилей. Нагрев производится подключением электродов к концам заготовки в условиях существенного электромагнитного излучения.
Доводочное устройство предназначено для уменьшения остаточных деформаций пружинения за счет раскатки роликом наружной поверхности. Устройство конструктивно реализовано в виде автономной третьей руки.
Компоновка доводочного устройства для поверхностной обработки соответствует схеме lBz 2Bz ЗПу. Особенность технологии и работы штока гидроцилиндра вызывают необходимость в ориентации штока доводочного гидроцилиндра с раскаточным роликом (рабочий орган) по нормали к поверхности гнутого с растяжением профиля. В случае отклонения оси рабочего органа от нормали начинается недопустимое протекание рабочей жидкости - между штоком и корпусом гидроцилиндра.
При изготовлении особоответственных силовых профилей для самолета Як-42, отличающихся увеличенной толщиной бортов профилей, определены параметры рабочей зоны перемещения рабочего органа, максимальные отклонения оси рабочего от нормали к типовым обтяжным
пуансонам. Определены законы регулирования для гидроцилиндра углового поворота в соответствии с отклонением от нормали. Практически способ поверхностной обработки заключается в ручном управлении прикаткой роликом по отдельным сегментам контура обтяжного пуансона, для которых отклонение от нормали не превышало ±15.
В процессе определения коэффициента относительного влияния усилия раскатки на изменение пружинения гнутого с растяжением профиля использовалась методика профессора В.И.Ершова (МАТИ-ГТУ). Определялась зависимость изменения относительного пружинения от отношения прижима ролика к ширине прокатываемого борта профиля. Было проведено 10 опытов. С использованием эконометрического подхода коэффициент относительного влияния был оценен равным -0,054. Это означает, что при изменении усилия прикатки на 10 % относительное пружинение изменится на 0,54%. С учетом значимости толщины борта профиля 20 мм сокращение времени на ручную доводку может составить от 0,1 до 0,3 часа.
Данная оценка является приблизительной, однако может быть использована в задачах сравнения различных методов управления с помощью пульсирующей подналадки. В результате моделирования по исходной выборке было получено уменьшение среднего значения остаточных пружинений на 20 %. Диапазон регулирования прикатки роликом 10-20 кН. Исходное остаточное пружинение в диапазоне 4-12 мм на 1,0 м длины. После прикатки с управлением усилием - 1-8 мм. Данные являются типовыми для алюминиевых сплавов АМг, Д16Т после предварительной термообработки.
Приводятся результаты снижения погрешностей формообразования для случая без поверхностной обработки прикаткой роликом, для случая прикатки роликом без регулирования ориентацией рабочего органа и для случая прикатки роликом с регулированием ориентацией рабочего органа.
Параметры давления в силовом гидроцилиндре доводочного устройства выбирались по технологическому процессу равными 22,0 кН. Реально уменьшение погрешности пружинений по контуру заготовки составило с 5,5 до 2,5 мм, что допустимо для данной технологии и может быть компенсировано коррекцией контура пуансона.
