Введение к работе
Актуальность темы
Повышение эффективности механической обработки труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочные стали и сплавы, остается по прежнему актуальной задачей. Режущий инструмент при обработке резанием таких материалов интенсивно изнашивается, а его текущее состояние в значительной степени зависит от статических и динамических параметров оборудования и самого инструмента, оказывающих влияние на выходные параметры процесса меха-нобработки. В этих условиях итенсификация процесса резания должна решаться прежде всего за счет оптимизации внешних условий механообработки, выбора марки и геометрии инструмента, СОЖ, предварительного определения рациональных режимов.
Интенсифицировать процесс обработки резанием, с целью обеспечения высокой производительности оборудования с одновременным формированием требуемых характеристик поверхностного слоя деталей, невозможно без информации о текущем износе инструмента. Решение вопросов автоматического контроля текушего износа инструмента, а также управление его интенсивностью, является одной из острейших проблем современного автоматизированного производства к особенно условиях малолюдной технологии.
Настоящая работа посвящена изучению взаимосвязи предлагаемых диагностических параметров станочной (технологической) системы с износом инструмента и параметрами процесса резания с целью диагностирования и управления при автоматизированном производстве.
Решаемые в диссертации вопросы являются составной частью исследований, проводимых на государственном Уфимском унитарном агрегатном предприятии (ГУУАД) "Гидравлика" совместно с кафедрой "Автоматизированные технологические системы" (АТС) Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ), в соответствие с координационными плаката АТН РФ и программой "Конверсия и высокие технологии. 1997-2000 гг.".
Цель работы и задачи исследований.
Целью настоящей работы является повышение эффективности обработки деталей на металлорежущих станках путем оперативной диагностики состояния процесса резания и режущего инструмента.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Определение взаимосвязи параметров износа инструмента с электрическими параметрами процесса резания.
2. Разработка алгоритмов и методик определения текущей информации об износе инструмента.
3.' Разработка математических моделей процесса изнашивания инструмента и алгоритмов их идентификации.
4. Создание промышленных образцов диагностических систем для оперативного контроля за состоянием процесса резания и режущего инструмента.
Методика исследований.
При выполнении работы были применены экспериментальные и аналитические методы исследований, в том числе теория резания и автоматического управления, методы математического моделирования и планирования экспериментов, статистической обработки результатов измерений, идентификации объектов управления и распознавания образов.
На защиту выносятся.
-
Методики оперативной диагностики состояния технологического процесса по износу инструмента.
-
Математические модели процесса изнашивания инструмента и алгоритмы их параметрической идентификации.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований по уточнению механизма изнашивания инструмента и взаимосвязи параметров изнашивания инструмента с электрическими парметрами процесса резания.
-
Результаты внедрения систем оперативного контроля за состоянием процесса резания и режущего инструмента.
Научная новизна.
-
Разработаны математическая модель процесса резания и способы ее параметрической идентификации, позволяющие производить текущий контроль и диагностику состояния инструмента при изменяющихся условиях обработки. Разработаны алгоритмы диагностирования состояния режущего инструмента, позволяющие повысить эффективность функционирования станочной системы.
-
Уточнен характер взаимодействия тепловых и механических явлений в процессе изнашивания инструмента. Выявлено, что механические процессы оказывают доминирующее влияние на износ инструмента в период его приработки, а в период нормального изнашивания - тепловые.
-
Уточнена зависимость электропроводимости контакта "инструмент-деталь" от основных параметров процесса резания. Уста-
новлено, что при температуре резания, равной и выше оптимальной по" интенсивности- износа ^режущего" инструмента." "стабилизируется интенсивность изменения электропроводимости контакта "инструмент-деталь" по скорости резания. Практическая ценность.
-
Разработана инженерная методика определения износа режущего инструмента во времени, позволяющая решать задачи оценки текущего состояния инструмента, его диагностики и управления процессом резания.
-
На основе разработанных методик и алгоритмов оперативной диагностики состояния режущего инструмента, создан промышленный образец диагностического центра.
-
Созданы промышленные образцы источника тока для измерения электропроводимости контакта "инструмент-деталь".
Реализация работы.
Результаты диссертационной работы внедрены на ГУУАП "Гидравлика" в виде автоматизированной системы сбора и регистрации диагностической информации при технологических исследованиях, на Уфимском моторостроительном производственном объединении и Сгер-.Ч'їтеіКс'.кском стаьксстпогіт^льнсм заводе им. Ленина з виде рекомендаций по использованию диагностического модуля для контроля текущего состояния ревущего инструмента, а также в учебный процесс каоедры АТС УГАЇУ.
Аппробация работы.
Основные положения доложены и обсуждены на:
международной научно-технической конференции "Технология механообработки: физика процессов и оптимальное управление" , Уфа, 1994 г.;
сессии международной школы по моделям механики сплошной среды, Санкт-Петербург, июнь 1995 г.;
республиканской научно-технической конференции "Автоматизированные технологические и мехатронные системы машиностроения", Уфа, 1997 г.;
научно-технических семинарах, проводимых факультетом АТС и кафедрой АТС УГАТУ 1995-1997 г.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений, изложен-
4 ных на 197 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, 33 . рисунка, список литературы из 113 наименований.