Введение к работе
Актуальность темы. Решение задачи обеспечения технологической надежности специальных агрегатных станков предполагает рассмотрение комплекса вопросов, связанных с обеспечением жизненного цикла технологического процесса и оборудования. В работе решается специфическая задача обеспечения технологической надежности процесса расснаряжения химических боеприпасов калибра 85, 120, 122, 130, 140, 152, 220 мм. К технологическому процессу предъявляются высокие требования по производительности и экологической безопасности. Линия расснаряжения, в которую входят четыре агрегатных станка, работает автономно и круглосуточно, с перерывами на технологическое обслуживание. Однако, как показала практика применения опытных образцов оборудования, из-за недостаточно жесткой сварной базовой несущей системы станка, происходят значительные смещения траектории движения инструмента от требуемой, что приводит к его отклонению от перпендикулярности и, следовательно, к быстрому его изнашиванию, вплоть до заклинивания и поломки из-за перекосов. Поскольку процедура смены инструмента занимает около 60 минут, то она должна быть совмещена по времени с технологическим обслуживанием автоматической линии расснаряжения.
Проблемами обеспечения технологической надежности станков занимается большое число ученых. Данная работа базируется на положениях теории динамики станков, разработанной Кудиновым В. А., теории надежности технологических систем, разработанной Прониковым А.С., работах Аверьянова О.И., Базрова Б.М., Бушуева В.В., Дащенко А.И., Кузнецова П.М., Михайлова В.А., Таратынова О.В., Тимирязева В.А., Чернянского П.М. и других ученых.
Одним из путей решения проблемы обеспечения технологической надежности процесса обработки на специальных агрегатных станках является увеличение жесткости сварной базовой несущей системы станка. Однако, в большинстве работ при проектировании сварных корпусных деталей металлорежущих станков используются расчетные схемы, в которых не учитываются сварные швы, или делаются существенные допущения. Такой подход не позволяет выполнить рациональное проектирование и приводит к существенному увеличению габаритов и массы оборудования.
Диссертация посвящена комплексному исследованию проблемы обеспечения технологической надежности замкнутой технологической системы, включающей в себя сварную базовую несущую систему, шпиндельные бабки, / \ А
механизм подачи и закрепления обрабатываемых изделий, а также узлы подачи, которая обусловлена деформациями сварной базовой несущей системы станка, с учетом местных деформаций ее отдельных элементов. Комплексный подход дает возможность разработки и внедрения новых, более точных и эффективных методик обеспечения технологической надежности оборудования. Таким образом, исследования, направленные на разработку научно обоснованных методик обеспечения технологической надежности и повышения стойкости инструмента при обработке на специальных агрегатных станках, посредством увеличения жесткости сварной базовой несущей системы, являются актуальной научной задачей и имеют практическую ценность.
ЦельЦ работы является обеспечение технологической надежности специальных агрегатных станков со сварной базовой несущей системой за счет разработки конструкторско-технологического процессора, решающего задачи определения их рациональных параметров и выбора условий обработки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать методику обеспечения технологической надежности
специальных агрегатных станков со сварной базовой несущей системой,
предназначенных для уничтожения артиллерийских боеприпасов, снаряженных
отравляющими веществами.
-
Получить научно обоснованные зависимости для управления точностью обработки и определить рациональные условия эксплуатации оборудования.
-
Разработать классификацию сварных швов применяемых в корпусных деталях агрегатных станков, предназначенных для уничтожения артиллерийских боеприпасов, снаряженных отравляющими веществами.
4. Разработать методику моделирования типовых сварных швов,
применяемых в корпусных деталях специальных агрегатных станков.
-
Выполнить исследования статических и динамических показателей качества моделей сварных швов, применяемых в корпусных деталях агрегатных станков предназначенных для уничтожения артиллерийских боеприпасов, снаряженных отравляющими веществами.
-
Разработать методику моделирования сварных корпусных деталей специальных агрегатных станков со сварной базовой несущей системой;
7. Разработать математическую модель специального агрегатного станка со
сварной базовой несущей системой для оценки точности траектории движения
инструмента.
-
Выполнить оценку адекватности созданных моделей реальным процессам.
-
Разработать практические рекомендации. Научная новизна:
- по специальности 05.02.08 - Технология машиностроения:
-
Разработана методика определения отклонений траектории движения вершины инструмента, обусловленных деформациями отдельных элементов агрегатного станка.
-
Обоснована концепция обеспечения технологической надежности на специальных агрегатных станках со сварными корпусными деталями, за счет повышения жесткости их сварной базовой несущей системы.
-
Разработан конструкторско-технологический процессор для обеспечения технологической надежности специального агрегатного оборудовании со сварными соединениями в его несущей системе, путем рационального проектирования корпусных деталей и установления наилучших условий его эксплуатации.
- по специальности 05.02.07 - Технология и оборудование механической и
физико-технической обработки:
-
Разработана и апробирована методика моделирования сварных корпусных деталей специальных агрегатных станков, основанная на применении метода конечных элементов в форме суперэлементов.
-
Разработана и исследована трехмерная модель специального агрегатного станка модели 1590, выпускаемого на ОАО «Станкоагрегат», с использованием метода конечных элементов в форме суперэлементов для моделирования сварных соединений в его несущей системе.
Практическая ценность данной работы заключается в следующем.
-
Разработаны рекомендации по обеспечению технологической надежности специального агрегатного оборудования, со сварными элементами в базовой несущей системе, выпускаемого на ОАО «Станкоагрегат».
-
Разработана методика расчета составляющих отклонений инструмента, обусловленных деформациями замкнутой технологической системы, включающей в себя сварную базовую несущую систему, шпиндельные бабки, механизм подачи и закрепления обрабатываемых изделий и узлы подачи.
-
Разработаны рекомендации по рациональному проектированию сварных
корпусных деталей, используемых в агрегатных станках, выпускаемых на ОАО
«Станкоагрегат», которые реализованы в новой конструкции сварной базовой
несущей системы специального агрегатного станка модели 1590, что позволило
повысить точность позиционирования инструмента на 36%, а его стойкость на 28%.
4. Создана библиотека моделей-модулей типовых сварных швов, применяемых в корпусных деталях агрегатных станков, выпускаемых на ОАО «Станкоагрегат» и методика моделирования их статических и динамических характеристик, основанная на методе суперэлементов.
Методы исследований. Исследования проводились на базе теории параметрической надежности станков, технологических основ проектирования станков, теории упругости, метода конечных элементов в форме суперэлементов. Экспериментальные исследования выполнены на специальных агрегатных станках моделей 1291 и 1590, выпускаемых ОАО «Станкоагрегат». Моделирование проводилось в программном комплексе ANSYS с использованием для расчета сварных швов подпрограммы «Модуль Генерации Суперэлементов (MGS 2010)», которая была разработана автором.
Реализация работы. Разработанная методика расчета составляющих отклонений инструмента и конструкторско-технологический процессор для обеспечения технологической надежности специального агрегатного оборудовании, путем рационального проектирования сварных корпусных деталей, использованы на ОАО «Станкоагрегат» при создании гаммы агрегатных станков моделей 1291 и 1590, предназначенных для расснаряжения химических боеприпасов. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре «Автоматизированные станочные системы и инструменты» МГТУ «МАМИ».
Апробация работы. Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Автоматизированные станочные системы и инструменты» МГТУ «МАМИ». Основные положения диссертации были представлены на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ - 2008», Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение - 2009», Международном симпозиуме «Надежность и качество 2009», Международном форуме «Современные тенденции в технологиях металлообработки и конструкциях металлообрабатывающих машин и механизмов», проходившем в рамках выставки «Металлообработка - 2009».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ,
три из которых в журналах, входящих в перечень ВАК РФ и получено
свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав,
общих выводов, списка использованных источников в количестве 154 трудов и
шести приложений. Основная часть работы изложена на 206 страницах, содержит 122 рисунка и 47 таблиц.
