Введение к работе
Актуальность. В настоящее время прогресс техники и технологии
ашиностроения обеспечивается совершенствованием технологических
роцессов изготовления деталей машин и широкой автоматизацией
роизводства. В свою очередь, совершенствование технологических процессов ожет быть достигнуто улучшением структур технологических операций путем овышения концентрации и одновременности выполнения переходов, а также эвершенствованием содержания операций и переходов. Основой развития оследнего направления является создание новых и совершенствование уществующих методов механической обработки (ММО). Здесь следует отметить, го концентрация операций имеет свой предел, а пределы совершенствования етодов обработки определяются современным уровнем развития ундаментальных наук, которые, в свою очередь, постоянно развиваются.
В машиностроении все больше распространение получают новые энструкционные материалы со специальными физико-механическими миїсгвами, в том числе жаропрочные и высоколегированные стали, титановые и поминиевые сплавы, обладающие низкой обрабатываемостью.
Наряду с этим, для повышения гибкости металлообрабатывающих операций сокращения сроков технологической подготовки производства конструкторско-;хнологические работы производят с использованием средств вычислительной ;хники и систем автоматического проектирования (САПР). Однако имеющиеся банках данных САПР технологических процессов сведения о традиционных етодах обработки часто не обеспечивают необходимые параметры качества гталей из материалов с низкой обрабатываемостью, а иногда и вообще не ригодны для обработки того или иного материала. Следовательно, возникает дача обоснованного совершенствования существующих и создания новых етодов обработки применительно к системам автоматизированного їхнологического проектирования.
Следует отметить, что эффективность применения автоматизированной информационно-расчетной системы (АИРС) синтеза методов обработки зависит от наличия следующих видов обеспечения:
техническое;
лингвистическое;
информационное;
математическое;
программное.
Причем, при наличии развитого технического (ЭВМ с набором периферийных устройств) и лингвистического (алгоритмические языки) обеспечения основной проблемой для создания высокоэффективной АИРС является разработка ее технологического обеспечения. При этом технологическое обеспечение рассматривается как часть информационного обеспечения, включающую в себя технологические правила и пршщипы для формирования структур ММО, технологические критерии выбора их характеристик и основные закономерности рабочих процессов, протекающих при обработке. Лишь глубокая разработка технологического обеспечения позволяет создать алгоритмы структурного синтеза методов обработки, математические модели взаимосвязей качественных и технико-экономических показателей с параметрами щюисходящих в зоне обработки процессов, что, в свою очередь, позволит разработать программное обеспечение синтеза методов обработки на ЭВМ.
Вследствие этого, настоящая работа автора посвящена системному совершенствованию существующих методов обработки и разработке новых с использованием инструментария автоматизированного структурного и параметрического моделировашш, что является актуальной научной проблемой и представляет вклад в развитие технологии машиностроения.
Работа выполнена с целевым назначением по важнейшей тематике в соответствии с целевой комплексной программой (ЦКП) Минвуза РСФСР "Разработка и внедрение прогрессивных методов обработки в машиностроении"
код проблемы 0.16.10), планом фундаментальных исследований Минвуза 3СФСР, тема "Теория и автоматизация синтеза методов обработки" НТП САПР, поз.2.3.46), межвузовской научно-технической программой 'Ресурсосберегающие технологии машиностроения" (1991-1995 г.) юдпрограмма № 5 "Автоматизация поиска рациональных сочетаний сарактеристик и параметров методов обработки с целью совершенствования процессов ресурсосберегающих технологий" и отраслевым планом НИР УЬшавтосельхозмаша.
Цель работы. Интенсификация технологических операций изготовления іеталей машин на основе рационального выбора характеристик и параметров методов механической обработки.
Общая методика исследований. Основные положения работы базируются ш представлении о методе механической обработки как о большой технической системе. Работа выполнена с использованием теоретического аппарата и методов системного анализа, теории множеств, математической логики, эвристических методов принятия решений, аналитической геометрии, а также теории хластичности, теории упругости, теории резания и феноменологической теории эазрушения. Исследования проведены с использованием современных шчислительных средств. Разработанные теоретические положения юдтверждены экспериментально, а также разработкой, испытанием и шедрением в производство высокоэффективных методов обработки и пакетов тоикладных программ. Результаты работы успешно применяются в учебном іроцессе.
Научная новизна. Новизна научной идеи диссертации заключается в представлении метода обработки в виде технической системы и создании, согласно процедурам системного анализа, многоуровневых математических моделей, позволяющих формализовать процесс параметрического и структурного моделирования методов обработки. Проведенные исследования содержат следующие новые научные результаты:
на основе системного подхода разработана общая методология анализа синтеза технологических структур методов механической обработю включающая в себя: анатаз свойств метода обработки как технической системь методику структурной декомпозиции методов обработки; методик квантификации технологических целей и анализа их взаимосвязи характеристиками ММО; систему математических моделей и обобщенны алгоритмов, обеспечивающих общие процедуры функционалыюг морфологического синтеза методов механической обработки;
сформулированы и раскрыты основные положения оптимизации способ механического воздействия на обрабатываемый материал, разработай уточненные классификации и общие принципы управления характеристикам способами воздействия, а также методика расчета его параметров, значительн снижающая объем экспериментальных исследований.
предложен комплекс математических моделей для обоснованного выбора инструмента по форме, микро геометрии и физико-механическим свойствам поверхностного слоя его рабочих поверхностей;
выявлены и сформулированы физические и технологические принципь правила и приемы для синтеза ММО с элементами эвристическог программирования;
- теоретически обоснован и экспериментально подтвержден эффек
снижения силы резания при срезании текстурованного слоя с рациональны
сочетанием кинематических характеристик.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
- разработаны методы комбинированного протягивания и конструкци
протяжек и прошивок, обеспечивающие повышение качества обработки
производительности труда за счет рационального чередования обрабатывающи
элементов и создания в зоне обработки благоприятного напряжение
деформированного состояния. Созданы конструкции протяжек с регулярны
микрорельефом различного вида на рабочих поверхностях, в том числе
сочетании с износостойкими покрытиями, позволяющие существенно уменьшит
ги исключить адгезионное схватьгеание инструмента с обрабатываемым атериалом;
разработаны методы деформирующе-режущей обработки и конструкции шбинированных инструментов, обеспечивающие на стадии предварительного тастического деформирования перенаклеп обрабатываемой поверхности и «деление припуска, что облегчает процесс резания труднообрабатываемых атериалов;
разработаны конструкции многофункциональных инструментов с высокой мщентрацией рабочих поверхностей для последовательного резания и ГШД фужньгх цилиндрических поверхностей, а также технологические рекомендации ія выглаживания деталей сменными многогранными пластинами из оксидной :рамики с использованием специальной установки инструмента;
предложен способ зубонарезания и кругодиагональная протяжка для его ;уществления, позволяющие значительно снизить расход быстрорежущей стали, повысить производительность труда;
разработана и передана для использования САПР зубопротяжного гструмента, обеспечивающая оптимизацию его параметров и снижение сроков юектирования;
апробированы и внедрены в практику методики, алгоритмы и юграммы: структурного синтеза основных характеристик ММО наружных и гутренних щілиндричееких поверхностей деталей; расчета параметров способа ;ханического воздействия на обрабатываемый материал; расчета усилий при формирующем протягивании с учетом фактической площади контакта гструмента с деталью, расчета режущих и деформирующих инструментов с іносостойким покрытием на прочность.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при ізработке и внедрении в производство САПР зубонарезного инструмента, нструкций деформирующих и деформирующе-режущих протяжек, »угодиагональных протяжек, многофункциональных инструментов с высокой
концентрацией рабочих поверхностей и комбинированных ротационны инструментов.
Данные разработки испытаны, внедрены и приняты к внедрению н предприятиях Минавтосельхозмаша (ЗИЛ, ПО "Липецкий тракторный з-д", ЛАс з-д "Моссельмаш", Новороссийский з-д "Красный двигатель", НТК "НИИтракторсельхозмаш") и других Министерств ( МЭЗ "Технолог", П( " Тульский оружейный з-д, МеСЗ им. 23 Октября, ПРП "Татэнергоремот Киевское авиационное производственное объединение им. 50-летия Октябр} предприятие п/я Р- 6793 и Г- 4184). Большая часть разработок выполнена н уровне изобретений, на которые получено свыше 30 авторских свидетельств.
Материалы диссертации используются в учебном процессе в курса? "Теория и автоматизация синтеза методов обработки", " Системный анализ" : "САПР технологических процессов" для студентов дневной и вечерней формі обучения, а также для магистратуры.
На основе материалов диссертации издано учебное пособие "Основі системного анализа методов механической обработки" для мапшностроительньг вузов.
Апробация работы. Основные положения и материалы работы доложен] и обсуждены на общесоюзных и республиканских научно-технически конференциях, симпозиумах и семинарах: 2-й Всесоюзной научно-техническо конференции " Повышение эффективности обработки металлов протягиванием / Челябинск, НТО МАШПРОМ, 1978/; Всесоюзной научно-техническо конференции "Проблемные вопросы автоматизации производства" /Автома тизация-78/ (Рига, ГКНТ СССР, 1978); Всесоюзном научно-техническо; симпозиуме " Перспективы развития резания конструкционных материалов (Ворошиловград, НТО МАШПРОМ, 1980); Всесоюзной научно-техническо конференции "Технологические методы обеспечения качества зубчатых колес (Свердловск, НТО МАШПРОМ, 1981); Всесоюзной научно-техническо конференции " Повышение долговечности и надежности машин и приборов (Куйбышев, НТО МАШПРОМ ,1981); Всесоюзном научно-техническом семинар
Состояние и перспективы развития инструментального производства" (М, ЛДНТПД981); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Прогрессивные гетоды производства металлорежущего инструмента, штампов и пресс-форм" М, ВДНХ СССР, 1982); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Режущий инструмент и производительная обработка резанием" (М., МДНТП, 1982); кесоюзном научно-техническом семинаре "Высокоэффективные техноло-ические процессы изготовления режущих инструментов" (М., МДНТП, 1984); кесоюзном научно-техническом семинаре "Автоматизация технологических фоцессов изготовления и эксплуатации режущих инструментов (М., МДНТП, 985); Всесоюзной научно-технической конференции "Высокопроизводительное фотягивание и автоматизация проектирования протяжного инструмента" (Челя-шнск, ЧПИ,1985); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Высокоэффективные процессы обработки резанием конструкционных материалов" (М., ЛДНТП, 1986); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Совершенствование ;уществующих и создание новых процессов изготовления деталей и изделий в яашиностроении" (М., МДНТП, 1987); Всесоюзном научно-техническом :еминаре "Прогрессивные конструкции режущего инструмента для ГОС и РТК" М., МДНТП, 1987); Всесоюзном научно-техническом семинаре " Новые методы )бработки резанием конструкционных материалов и эксплуатация режущих шструментов" (М., МДНТП, 1988); Республиканской научно-технической сонференции "Ускорение создания и повышение эффективности техноло-ических САПР и АС 11111 в машиностроении и приборостроении" (Севастополь, 2Ф РДНТП, 1988); Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка и гоомышленная реализация новых механических и физико-химических методов )бработки / Обработка-88/ (М, МВТУ, 1988); Всесоюзном научно-техническом :еминаре "Поверхностный слой, точность, эксплуатационные свойства и гадежность деталей машин и приборов" (М., МДНТП, 1989); Всесоюзной научно-технической конференции " Пути повышения стойкости и надежности, режущих і штамповых инструментов" (Николаев, ВНИИТСМ "Сириус", 1990); Всесоюзной іаучно-технической конференции "Актуальные проблемы машиностроения на :овременном этапе" (Владимир , 1991); Всесоюзной научно-технической
конференции "Научно-технический прогресс в автотракторостроении и проблемі подготовки инженерных кадров " (М., МГОУ, 1992); Республиканской научно технической конференции "Ресурсосберегающая технология машиностроения (М., МАМИ,.1993); Международной научно-технической конференции "100 ле российскому автомобилю. Промышленность и высшая школа" (М. МГАТМ,1996); Международном научном симпозиуме " Автотракторостроение промышленность и высшая школа " (М., МГТУ МАМИ, 1999).
За разработки по теме диссертации автор награжден медалью ВДНХ.
Публикации. Основные теоретические и методические положенії диссертации опубликованы в 88 печатных работах, включая учебное пособие 7 статей в центральных изданиях и 33 авторских свидетельства на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6-ти глав заключения и общих выводов, изложенных на 196 страницах машинописноп текста, содержит 163 рисунка, 3 таблицы, список литературы, включающий 19' наименований и приложений.
