Введение к работе
з
Актуальность темы. На сегодняшний день многие отечественные предприятия используют в своей работе производственное оборудование, не зная его реальной пространственной точности. Данный факт не позволяет предприятиям увеличить точность обработки изделий за счет коррекции управляющих программ. Несмотря на то, что это является одним из наиболее мало затратных как по времени, так и по финансам, способов повышения точности обработки на станках с ЧПУ. Решение задачи повышения технологической точности современных обрабатывающих центров путем коррекции пространственных перемещений предполагает рассмотрение комплекса вопросов, связанных с обеспечением жизненного цикла технологического процесса и оборудования. В работе решается специфическая задача повышения технологической точности процесса обработки деталей на 3-х - 4-х координатном станке с ЧПУ вертикально-фрезерного типа путем коррекции пространственных перемещений. Станок предназначен для фрезерной обработки сложно-профильных деталей с использованием 4-х осей управления. Однако как показала практика, мало кто из пользователей станков задавался вопросом о влиянии пространственной точности на точность обработки в зависимости от точностных и технологических факторов. Отсутствие информации о таких недостатках станка как пространственная точность, жесткость несущей системы и вибрация вызванная процессом резания металла приводит к появлению брака деталей.
Проблемами повышения технологической точности 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., иерархическом параллельно-последовательном методе решения задач, предложенным Михайловым В.А., работах: Базрова Б.М., Бушуева В.В., Дащенко А.И., Кузнецова П.М., Таратынова О.В., Тимирязева В.А., Чернянского П.М. и других ученых.
Одним из путей решения проблемы повышения технологической точности процесса обработки на станках является увеличение жесткости базовой несущей системы станка. В большинстве случаев такой подход приводит к увеличению стоимости оборудования, а для уже введенных в эксплуатацию станков он вообще не подходит. Наиболее рациональным решением является учет характеристик станка при разработке технологического процесса обработки и написании управляющей программы.
Диссертация посвящена комплексному исследованию проблемы повышения технологической точности замкнутой технологической системы, включающей в себя базовую несущую систему, шпиндельный узел, узлы подачи, а также разработку управляющей программы для станка. Комплексный подход заключается в учете жесткости несущей системы, вибраций вызванных технологическим процессом, точности перемещения узлов станка в пространстве. Все это дает возможность разработки и внедрения новых, более точных и эффективных методик повышения технологической точности обработки деталей. Таким образом, исследования, направленны на разработку научно обоснованных методик повышения технологической точности при обработке на современных станках, посредством учета в управляющей программе особенностей станка, являются актуальной научной задачей и имеет практическую ценность.
Целью работы является повышение технологической точности обработки деталей на стадии разработки управляющих программ для обрабатывающих центров, за счет разработки технологического процессора, решающего задачи определения пространственной точности станка с учетом динамики процесса резания.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Создать математическую модель 3-х осевого вертикально-фрезерного
станка с ЧПУ учитывающую жесткость несущей системы, вибрационные процессы и пространственную точность перемещения узлов станка;
2. Выполнить математическое описание вибрационных процессов
возникающих в 3-х осевом вертикально-фрезерном станке с ЧПУ при обработке
деталей;
3. Разработать испытательный стенд на базе современных информационных
систем, для оценки точности вращения шпинделя 3-х осевого вертикально-
фрезерного станка с ЧПУ;
4. Провести измерения для определения пространственной точности
действующего 3-х осевого вертикально-фрезерного станка с ЧПУ;
5. Разработать принципиальное программное обеспечение, позволяющее
учитывать реальную пространственную точность станка, и на основании этого
выполнять коррекцию управляющей программы станка с ЧПУ;
6. Разработать базисные компоненты информационной базы данных
моделей модулей элементов технологической системы;
7. Провести эксперименты позволяющие подтвердить работоспособность
предложенных в работе подходов по повышению точности обработки за счет
учета пространственной точности 3-х осевого вертикально-фрезерного станка с
ЧПУ на стадии разработки технологии изготовления деталей;
8. Проверить работоспособность системы в условиях реального
производства.
Научная новизна:
1. Обоснована концепция обеспечения технологической точности на
современных станках, за счет учета пространственной точности базовой несущей
системы.
-
Разработан технологический процессор для обеспечения технологической точности обрабатывающего центра с учетом его индивидуальной несущей системы, путем рационального программирования управляющих программ для обработки;
-
Создана математическая модель обрабатывающего центра, учитывающая жесткость несущей системы, вибрационные процессы и пространственную точность перемещения узлов станка;
Практическая ценность данной работы заключается в следующем.
1. Разработаны рекомендации по повышению технологической точности
современного оборудования;
2. Разработаны рекомендации по рациональному программированию
управляющих программ для обрабатывающих центров, что позволило повысить
точность позиционирования инструмента;
3. Создана библиотека моделей-модулей типовых процессов обработки
деталей и инструментов, для дальнейшего использования в САМ системе при
разработке технологии обработки и управляющих программ для обрабатывающих
центров.
Методы исследований. Исследования проводились на базе теории параметрической надежности станков, технологических основ проектирования станков, теории упругости, метода конечных элементов. Экспериментальные исследования выполнены на современном вертикально-фрезерном станке Fine Tech SMV-450-H3 с ЧПУ. Моделирование проводилось в программном комплексе
6 Solid Works с использованием для расчета программных комплексов Nastran и MatLab.
Реализация работы. Разработанная методика расчета составляющих отклонений инструмента и технологический процессор для повышения технологической точности оборудования, путем рационального распределения пространственной точности, приняты к внедрению на производстве. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре «Автоматизированные станочные системы и инструменты» Университета машиностроения.
Апробация работы. Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Автоматизированные станочные системы и инструменты» Университета машиностроения, на заседании кафедры «Стандартизации, сертификации и управления качеством производства нефтегазового оборудования» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, материалы представленные в диссертационной работе использовались при выполнении государственного контракта №16.740.11.0439 «Определение пространственной точности металлорежущих станков и разработка методов ее обеспечения» и государственного контракта № 2485 «Разработка средств обеспечения жизненного цикла, технологических систем и инструмента для процессов энергосберегающей комбинированной обработки в автомобилестроении и машиностроении».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, шесть из которых в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников в количестве 163 трудов и приложения. Основная часть работы изложена на 157 страницах, содержит 48 рисунков и 5 таблиц.
