Содержание к диссертации
Введение і
1. Состояние вопроса определения оптимальных параметров процесса концевого фрезерования и анализ существую щих методов обработки экспериментальных данных 6
1.1. Анализ математических моделей,.применяемых при. оптимизации процесса резания .7
1.1.1. Оптимизирующие параметры и критерий оптимальности математической модели процесса резания ?
1.1.2. Анализ математических моделей основных параметров процесса металлообработки А?
1.2. Экспериментальные данные и методы их обработки , ,3?
1.3. Анализ существующих подходов к вопросу оптимизации математических моделей процесса резания 4І
Выводы W
2. Математическая модель фрезерования концевыми фрезами. St
2.1. Целевая функция SS
2.1.1. Стойкость концевой фрезы при обработке алюминиевых сплавов 6?
2.1.2. Силы, возникающие в процессе концевого фрезерования W
2.1.2.1. Экспериментальное исследование сил при . . концевом фрезеровании 71/
2.1.2.2. Расчет удельных составляющих силы резания.при контурном фрезеровании * &>
2.2. Ограничения, накладываемые на процесс концевого фрезерования /0$
2.2.1. Затраты на изготовление детали ЮЗ
2.2.2. Погрешность обработки. НО
2.2.3. Качество обрабатываемой поверхности 112
2.2.3.1. Шероховатость поверхности ИЗ
2.2.4. Прочность режущего инструмента 120
2.2.5. Возникновение автоколебаний при обработке металлов резанием 122
2.2.6. Ограничение по допустимой. температуре резания . 125
2.2.7. Ограничения, определяемые возможностями . металлорежущего станка . \25
2.2.8. Ограничения накладываемые конструктивными . особенностями произвольного контура 126
2.3 Постановка задачи.оптимизации 128
Выводы /36
3. Определение оптимальных.параметров процесса концевого фрезерования 138
3.1. Первый этап метода комплексной оптимизации. . процесса концевого фрезерования 141
3.1.1. Алгоритм оптимизации геометрии концевой фрезы Щ\
3.1.2. Алгоритм определения оптимальной траектории движения режущего.инструмента при.концевом , фрезеровании \ЧН
3.1.3. Методика определения приведенной глубины фрезерования \Н1
3.2. Определение параметров концевого фрезерования на . втором этапе комплексной оптимизации /52
3.2.1. Алгоритм оптимизации, процесса концевого фрезе рования на одном проходе на основе метода штрафных функций с использованием множителей . Лагранжа 155
3.3. Экспериментальное подтвервдение корректности метода комплексной оптимизации 159
Выводы . 168
4. Практическое использование метода комплексной . оптимизации процесса концевого фрезерования . ПО
4.1. Пример проектирования оптимального технологического процесса для деталей типа "балка" J70
4.2. Разработка оптимального технологического процесса для детали типа "фитинг" . 178
Выводы 183
Заключение 185
Список литературы 187
Приложение I 201
Приложение 2 205
Приложение 3 2/6
Приложение 4 250
Введение к работе
Одной из важнейших задач поставленных на Декабрьском Пленуме Центрального комитета КПСС является "... дальнейшее повышение эффективности производства, в первую очередь - рост производительности труда ...", и кроме того "более широкое применение в народном хозяйстве получат гибкие технологии,...".
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года" перед машиностроением и приборостроением поставлены следующие задачи "Повысить эффективность машиностроительного производства за счет совершенствования его технологии... Обеспечить значительное увеличение выпуска металлообрабатывающих станков с числовым управлением, особенно многооперационных с автоматической сменой инструментов...".
Характерными чертами развития машиностроительной промышленности является выпуск изделия с более высокими показателями технического уровня, резкое сокращение длительности технической подготовки и периода нахождения изделия в производстве.
В машиностроительной промышленности СССР более 50$ парка металлообрабатывающих станков работает в условиях серийного, мелкосерийного и единичного производства, при этом удельный вес машинного (основного) времени составляет не более 20-40$.
При использовании станков с ЧПУ, наряду с повышением производительности сроки подготовки производства сокращаются на 50-75$, а общая продолжительность цикла изготовления продукции на 50-60$.
В условиях широкого применения станков с ЧПУ вопросы качества проектируемых технологических процессов приобретают особую важность.
Если говорить о режимах резания \.Ю2] , то мы находимся на таком этапе развития науки, когда существующие нормативы резания не могут успеть за достижениями в технологии, станкостроении и инструментальном производстве. До 75$ [_33] предприятий машиностроительной промышленности выпускают продукцию, которая по своему характеру является серийной, мелкосерийной и индивидуальной. В течении года на каждом из таких предприятий выполняется до нескольких сотен заказов на новые изделия. При этом номенклатура деталей только для механической обработки достигает по отдельным изделиям 150 тыс. и более наименований, так как удельный вес типовых технологических процессов в машиностроении не велик и не превышает 10-12$ (подготовка к запуску каждого нового изделия начинается почти заново). В результате этого в производстве находится большое количество инструментального и обрабатываемых материалов. При составлении технологического процесса и назначении режимов резания технолог пользуется таблицами, нормативами и базируется на собственном опыте,в результате чего технологический процесс получается далеким от оптимального.
Из-за отсутствия четких рекомендаций режимы резания для обработки деталей на станках с ЧПУ назначаются усредненными, а, следовательно, заниженными.
Анализ, проведенный [/2/] наряде предприятий показал,что по указанным причинам в большом числе случаев режимы обработки на станках с ЧПУ ниже, чем на универсальных. В мелкосерийном и серийном производстве, где чаще используются станки с ЧПУ, при большой номенклатуре обрабатываемых деталей, а значит и большом разнообразии условий обработки, трудно установить режим резания близкий к оптимальному,
В \_fOj говорится о том, что себестоимость отдельных механических операций снижается на 15$ за счет использования ме тодов оптимизации процессов механической обработки, а себестоимость всей обработки детали снижается на 50-70$.
В настоящее время многие научные организации, такие как ГЛинский институт технической кибернетики АН БССР, ЭНШС, ЇЇИАТ, МОССТАНКЙН, ЛШМО, Одесское объединение "Кислородмаш", МВТУ им. Баумана, Горьковский, Одесский политехнический институты, Рыбинский и Уфимский авиационные институты провели значительные работы по теоретической разработке и внедрению в производство автоматизации технологических процессов.
Однако, в настоящее время недостаточно еще уделено внимание оптимизации процесса концевого фрезерования, в результате чего автоматизированное проектирование технологических процессов при проектировании деталей не используется достаточно широко на промышленных предприятиях. Такое положение связано с тем, что во многих работах оптимизируются или режимы резания, или геометрия режущего инструмента, комплексно эта задача не решалась для процесса фрезерования. Решению задачи комплексной оптимизации для процесса концевого фрезерования и посвящена эта работа.
В диссертационной работе решаются следующие основные задачи:
1. Создание метода комплексной оптимизации процесса концевого фрезерования, как в детерминированной так и в вероятностной . постановке.
2. Создание математической модели процесса концевого фрезерования на основе разработанных в процессе исследования математических зависимостей с учетом передового производственного опыта, а также с использованием целевой функции - производи . тельности.
3. Проведение исследований с целью получения математических зависимостей основных параметров,требуемых для построения ма тематической модели процесса концевого фрезерования при обработке алюминиевых и титановых сплавов с использованием и без использования СОЖ: сил резания при встречном, попутном и пазовом фрезеровании, шероховатости обработанной поверхности и . стойкости режущего инструмента,
4. Программная реализация метода комплексной оптимизации.
5. Внедрение оптимальных режимов концевого фрезерования на основе разработанного метода, на промышленных предприятиях.
На защиту выносится:
1. Метод комплексной оптимизации процесса концевого фрезерования в детерминированной и вероятностной постановке.
2. Математическая модель данного процесса с учетом целевой функции-производительности.
3. Методика получения математических зависимостей основных параметров концевого фрезерования на базе метода группового учета аргументов и метода планирования экспериментов, использующего принципы самоорганизации.
4. Методика получения и обработки статистических данных предприятий для исследования процессов металлообработки и ее эффективность применительно к определению периода стойкости режущего инструмента.
5. Метод повышения технологической производительности и снижения себестоимости обработки деталей на станках с ЧПУ при использовании оптимальных параметров процесса концевого фрезерования, полученных с помощью предлагаемого метода комплексной оптимизации.
Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав и заключения, содержание которых изложено на lh? страницах ма t шинописного текста, из них 40 страниц рисунков, 34 таблиц, приложения на 69 страницах и перечня литературы отчественных и зарубежных наименований.
В первой главе приведен анализ математических моделнй, применяемых при оптимизации концевого фрезерования, и выполнен анализ методов обработки экспериментальных данных, на основании чего сформулированы задачи исследования.
Вторая глава посвящена созданию математической модели процесса концевого фрезерования.
В третьей главе рассмотрена сущность метода комплексной оптимизации, приводится алгоритм определения оптимальной геометрии инструмента, режимов резания и траектории движения инструмента. Приводится экспериментальное подтверждение корректности математической модели.
В четвертой главе показана практическая реализация метода комплексной оптимизации.
В приложении даны условные обозначения, используемые в работе, матрицы планирования эксперимента (рабочие и теоретические) результаты экспериментальных исследований и акты внедрения диссертационной работы.
Экспериментальная и теоретическая часть работы выполнены на кафедре "Технология приборостроения" Киевского ордена Ленина политехнического института в течении 1980 - 1983 года.
