Введение к работе
Актуальность темы. Решение задачи повышения эффективности процесса обработки металлов резаниен путем повдаепия производительности или • снижения приведенных затрат на основе оптимизации параметров режима резания дплпется важной проблемой на современном этапе развития металлообрабатывающей промышленности Значение этой задачи в последнее время особенно возрастает в связи с повышением требований к качеству обрабатываемых деталей, широкий использованием новых материалов (обладающая как правило, низкой обрабатываемостью резанием)» широкой автоматизацией машиностроительного производства» а также применением дорогостоящих станков с числовым программным управлением, автоматических станочных систем, нногооперадиошшх станков, систем адаптивного управления, которые МОГУТ быть экономично использованы только в оптимальном режиме.
Несмотря на то. что ВОПРОСУ оптимизации параметров режима резания посвгопено значительное количество работ, большинство из известных теоретических разработок получено для процессов со стационарным резаниен. Однако для токарной обработки деталей сложной ФОРМЫ (AC », З особенности на ставках с ЧПУ» характерны нестационарные процессы резания. Кроме того» ПРИ токарной обработке ДСФ» необходима нногоороходиая обработка» причем с изменяться длиной обработки на каждом рабочем ходе инструмента, а время резания определяется, кроме параметров режима резания» епие и геометрическими пар. ;етрами детали и заготовки. При зтомч возможны различные варианты снятия чернового и чистового припуска» требующие различных материальных затрат и затрат времени на обработку.
Учитывая недостаточную изученность процессов обработки ДСф на токарных станках с ЧПУ, с точки зрения повышения ЗФФСІСТИОІІОСТИ upoutwca обработки, создание научных предпосылок для оптимизации процесса обработки данных деталей представляется актуальным и имеет несомненную научную ценность, так как открывает пути для теоретического анализа особенностей» имеющих место ПРИ обработке ДСФ в условиях нестационарного резания.
работа являлась частью комплекса исследований, проведенных кафедрой Металлорежущие станки и инструмент- БГПА в 1986-1990 г. р. но теме •Разработка и исследование новых технологических оронессон иэготоале ния прецизионных и упрочнения быстроизпвдивлюсадхся детален из различных материалов высокоэнергетическими методами в рамклх ГУ Ни йбі7 IRQ гос. per. 01. 86.013053) к по теме Разработка технологии нзготон ления прецизионных деталей машин из различных материалов" в рамках ГБ На 93-39.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 305 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложении. Основной текст работы изложен на 215 СТР.
цель работу Повышение эффективности (повышение производительности, снихенке приведенных затрат) токарной обработки деталей сложной Формы на станках с ЧПУ в условиях нестационарного резания, включая переменное резание» на основе оптимизации МНОГОПРОХОДНОЙ обработки с вероятностной постановкой задачи и анализа различных вариантов снятия припуска.
Задачи исследования. Математическое описание поверхностей сложной ФОРНЫ и анализ способов их Формообразования и технологии обработки на токарных стайках с ЧПУ; получение математических зависимостей для определения периода стойкости» износа резцов, времени резания ПРИ обработке различных элементарных поверхностей (торцевых, конических, сфе-ровидных, эллипсовидных и ДРУГИХ, аналитически описываемых поверхностей) с переменным режимом резания; разработка математических моделей для определения времени резания, периода стойкости и величины износа инструментов при обработке ДСФ» представляющих собой совокупность элементарных поверхностей, включая МНОГОПРОХОДНУЮ обработку как в условиях нестационарного режима резания, так и переменного в течение рабочего хода инструмента ; построение математической модели (разработка уравнений целевой ФУНКЦИИ И ограничений), учитывающей нестационарность процесса, многовариантность съема припуска, многопроходность обработки. случайный характер изменения параметров процесса и вероятность получения достоверного результата оптимизации; обоснование использования аддитивного критерия для оптимизации многопроходной обработки ДСФ; разработка алгоритма и программного обеспечения решения задачи с использованием математических методов оптимизации; выявление характера влия-имя технологических факторов на результаты оптимизации параметров режима резания при обработке ДСФ, разработка практических рекомендаций до построению оптимальной тежнодогии обработки ДС на токарных станках
С ЧПУ.
Методы исследования. Решение поставленных задач проводилось на ібазе научных основ теории резания с применением методов интегрального и дифференциального исчисления ПРИ определении времени :езания, периода стойкости и величины износа инструмента при нестационарном реза-пии, методов ЛП% - поиска ПРИ оптимизации обработки отдельно взятого прохода и динамического программирования ПРИ оптимизации иногопроходной операции в делом с вероятностной постановкой задачи с вршіеішшіек преобразовании Лапласа. Адекватность полученных. моделей доказана экс-перинеитзлышни исследованиями с использованием методов математической статистики,
Практическая ценность работы. Методами математического моделирования обоснован вибор оптимальных параметров режима Резания и варианта съема припуска ПРИ обработке ДСФ с целью получения максимальной производительности и минимальных затрат обработки; разработанная методика назначения параметров режима резания позволяет обеспечить максимальную производительность обработки при заданном периоде стойкости инструмента, более низких значениях силы резания и благоприятных условиях СТРУЖ-кодробления; разработана методика для определения времени резания» периода стойкости, величины износа инструментов ПРИ обработке ДСФ па токарных станках с .ЧПУ с нестационарным резанием.позволяющая» во-первых, рассчитать технико-экономические показатели процесса, в том числе и оптимальные режимы обработки с учетом требований к качеству выпускаемой ПРОДУКЦИИ, ВО-ВТОРЫХ , дает возможность решить самостоятельную задачу по определению времени резания, периода стойкости и величины износа тіструнеитов в зависимости от геометрических параметров обрабатываемой детали и заготов и и условий обработки, в-третьих, определить величину предельного износа резца и рассчитать необходимое количество инструментов для данного объема работ» в-четвертых» управлять процессом обработки на станке с системой адаптивного управления и т.д.; лапы рекомендации по возможности изменения производительности обработки на основе соответствующего назначения периода стойкости инструмента; научно обоснован выбор параметров ограничений процесса обработки, обеспечивающий повышение производительности и снижение себестоимости обработки.
основные положения , выносящиеся на защиту. Математические модели для определения времени резания» периода стойкости и износа иистт /ментов ПРИ обработке различных элементарных поверхностей с переменным режимом резания в общем виде; математические зависимости для определения времени резания, периода стойкости, величины износа инструментов при точении различішх элементарных поверхностей с переменной скоростью резания» с переменной глубиной резания,с одновременным изменением подачи и глубины резания и с переменным режимом резания ПРИ УСЛОВИИ обеспечении заданного УРОВНЯ технологических параметров процесса обработки; математические модели для определения времени резания, периода стойкости и величины износа инструментов ПРИ обработке совокупности элементарных поверхностей со стационарным и нестационарным резанием. включая переменное в течение рабочего хода многопроходной обработки; математическая модель процесса обработки ДСФ в обшей тихо; развернутая математическая модель процесса обработки ДСФ этшшашая нестапионар-ность процесса» ниогоироходность обработки с изменявшейся /іяшшй рабочего кода, случайный характер параметров процесса и вероятность получения достоверного результата оцтшшаацшь многовариантность методов съема припуска. нестапиопагпость ФУНКЦИЙ времени резания , периода стойкости, износа инструмента и ФУНКЦИЙ ограничении; алгоритмы и программное обеспеченно оптимизации обработки ДСФ на основе лит; - поиска для отдельно взятого прохода и динамического программирования для МНОГОПРОХОДНОЙ операции в делом ; обоснование использования аддитивного критерия оптимизации многопроходной обработки деталей; результати анализа влияния параметров режима резания на производительность черновом обработки ПРИ заданной величине периода стойкости и мощности резания; методика назначения параметров режима резания черновой обработки ПРИ ограничении на мощность привода главного движения и заданной величине периода стойкости ; результати анализа влияния периода стойкости шіст-рукепта на производительность черновой обработай, а также технологических параметров процесса и уровня доверительной вероятности на результата оптимизации параметров режима резания; алгоритм назначения параметров режима ПРИ изменении периода стойкости; практические рекомендации.
Апробация работы и публикации, по результатам работы опублшеована одна статья. Основино положение диссертации докладывались на межгос -публиканской научно топической конференции творческой молодежи в г. Минске (апрель 1990г.), республиканской научно - технической конференции в г, Душанбе (май 1990г. ), научно - технических конференциях ЦГПЛ 1909-1993г. г., заседаниях кафедры -иеталдоРежущие станки и инструменты" Бгпл (март, игаї 1993г.).
