Введение к работе
Актуальность проблемы. Станки - основной вид соврана иного точного технологического оборудования. Точность - главный показатель их качества. Развитие технического прогресса во p.csx областях науки и техники связано с повышением требований к точности обработки деталей машин. С другой стороны требования стабильности технологических процессов в машиностроения обусловливают задачу сохранения высокой начальной точности станков во времени , независимо от влияния механической, тепловой и электромагнитной ' энергий, сопровождающих их работу. Особо важна ага задача в ус-' ловиях автоматизированного производства.
Как. показыаяют отечественные и зарубежные іісследовзиия, до
30 - 70 % от общего баланса погрешностей обработки составляет
погрешности, обусловленные тепловыми деформациям! станков. Рас- .
ширяющиеся в последние годы разработка и применение ультрапре
цизионных станков, нанотехнологии выдвигает." донную область ис-'.
следований в ряд приоритетных. . ,
Исследования, рассмотренные в диссертации, выполнялись ' в , рамках комплексной программы Минвуза РСФСР и Минашкэпрсмэ СССР' "Авиационная технология" (направление 09.01).
Целью работы является повышение качества станков' автомати
зированного производства путзм управления их тепловыми деформа
циями и повышение производительности труда конструкторов. Для .
достижения поставленной цели решалась научная проблема, автомати
зированного анализа, поиска и оптимизации конструкций топлонаг-
руженных деталей станков, определяющих точность обработай. Ре
шение данной научной проблемы получено на основе теоретических и
экспериментальных исслэдований автора, проведенных по следуодк
основным направлениям _
-
Анализ развития экспериментальных и теоретических .исследований тепловых деформаций станков, мероприятий по уменьшению-величины и степени их влияния на точность обработки..
-
Обобщение и развитие методологии процесса проектирования ' как замкнутой системы управления качеством машин. Разработка -средства оперативного анализа технических решений при управлении
. качеством машин на ранних стадиях их проектирования.
3. Разработка и обоснование технологии автоматизированного
проектирования средств повышения качества станков путем управле-
пня их тепловими деформациями (СГІКС), предусматривающей автоматизацию на всех стадиях проектирования: от поиска идей - физико-технических эффектов (ФТЗ) конструкций до выпуска чертежей деталей станков.
-
Разработка специализированного информационного и программного обеспечения проектирования СПКС.
-
Разработка технологии испытаний станков в производственных условиях для получения инфоршции о причинах потери точности обработки.
С. Отработка новых конструкций теплонагруженных деталей станков (шпиндельных бабок, стоек, станин), обеспечивающих минимальную величину или степень влияния их тепловых деформаций на точность обработки.
Научную новизну работы определяют ее следующие основные результаты, которые выносятся на защиту.
-
Обобщенная модель термоупругих ФТЭ, единообразно описывающая все эффекты, используемые в конструкторских решениях, технологических и организационно-технических мероприятиях и позволяющие уменьшить тепловые деформации станков или степень их влияния на точность обработки. Установление закономерности строения СПКС и использование ее в обобщенной модели термоупругих ФТЗ.
-
Метод тенденционного моделирования ФТЭ конструкций для оперативной автоматизированной оценки самим конструктором станка альтернативных вариантов на ранних стадиях проектирования при поиске управляющих воздействий на конструкцию.
-
Специализированные эвристические приемы и алгоритмы проектирования СПКС, в том числе квазисинергетических конструкций, минимальные тепловые деформации которых автоматически обеспечиваются их естественны»,! напряженно-деформированным состоянием.
4, Структурная идентификация СПКС на основе установленных признаков, отличающих структуры ФТЭ, и расширение множества параметров проектирования теплонагруженных деталей станков включением в него неодносвязности их контура. .
5. Анализ эффективности изменения параметров проектирования теплонагруженных деталей по коэффициентам влияния и чувствительности тепловых деформаций деталей,' вычисляемых на основе их моделей как. объектов с сосредоточенными и распределенными параметрами.
.6. Модели расчета параметров гладкостенных тепловых труб и их числа при использовании труб, встраиваемых в детали станка, с ?, '
отводом тепла от твердого тела и жидкой среды
.7. Алгоритм разделения погрешностей при использовании ко-ординатно-измерительных машин и расчата характеристик изменения точности обработки по результатам измерений партии деталей.
Практическая значимость работы. Разработанная технологии проектирования СПКС делает возможной автоматизацию прежде всего самых ранних стадий проектирования, позволяет обоснованно выбрать основные концепции конструкций теплолагруженных деталей создаваемого станка, предохраняя конструктора от ошибок, которые на этих стадиях весьма дорогостоящи. Информатизация процесса проектирования путем использования созданных в рабств экспертной системы и автоматизированного справочника пс торноупругим ФТЭ в станках обеспечивает конструктору доступ к сосредоточенному там международному опыту создания СПКС, возможность оперативного выбора из него тох эффектов, которые удовлетворят1 аго конкретним требованиям, связанным с возможностями их реализации з объекте проектирования.
Разработанные нагод тенденщгонного моделирования и программные средства ore-поддержки делают моделирование на ЭВМ персональным рабочим инструментом самого конструктора (но исследователя, расчетчика), сродством поиска, анализа и выбора пи рационального решения. На основе проведенных исследований для оптнюш-ции конструкций топлонагруяенных деталей станков создано программное средство, осуществляющее для выбранного конструктором из предлагаемого меню видя управляющих воздействий анализ чувствительности тепловых деформаций модели и оптимизацию ее для'определения эффективности и моста приложения этого воздействия.
Предложенные»новые квазиоииергетические конструкции тепло-нагруженных, деталей станков, определяющих точность обработки, в также специализированные эвристические приемы проектирования СПКС обеспечивают созданно патентоспособных, экологически чистых технических решений, сохраняющих точность обработки стабильной, независимо от степени нагрева, боз специальных устройств охлаждения, контроля и управления. Выявленные а работе возмолности и порученные практические рекомендации по псполъзояаш::о ізпловмх труб, разр.'.і^отоинме кололи их расчета обеспечивают кш.'утімітію^ нсполк'овпни.-? этих г/'Иоістивнь'х устройств сверявшего;! «чп.'-про
ВОЛОСТИ 3 С'ТГ-''K'iX.
Пс'Ь)Лі.зоі?.ініК' нгсдлсимншмл технологии Hcnwaiiiui <::<.\v- . <
производственных условиях и пакета программ разделения погрешностей при измерении партии обрабатываемых деталей на координатио-измерительных машинах с расчетом характеристик изменения точности обработки позволяет в короткие сроки получать достоверную ин- формацию о причинах и степени изменения точности обработки при нагреве стайке, что важно для создания и совершенствования дорогостоящего оборудования автоматизированного производства, в частности станков ГГО, выделение которых для лабораторных исследований часто оказывается невозможным.
Технико-экономический эффект от использования результатов 'работы достигается вследствие повышения производителькости труда конструкторов при отработке новых конструкций теплонагруженных деталей станков, повышения стабильности точности обработки, увеличения конкурентоспособности станков при повышении их качества, применении охраноспособных, экологически чистых технических решений, а также вследствие повышения эффективности эксплуатация таких станков в автоматизированном производстве.
Результаты работы, а также разработанные на их основе прак-. тические рекомендации и конструкции теплонагруженных деталей станков различного назначения использованы в промышленности. Общий экономический эффект от их внедрения составляет более 400 тыс. руб.. Теоретические и практические результаты работы использованы также в учебном процессе MATH им. К Э. Циолковского в . учебных курсах "Оборудование и средства автоматизации механических цехов", "Автоматизация и САПР технологических процессов", в . лабораторных работах, при курсовом и дипломном проектировании. Апробация работы. Основные положения и результаты работы
- опубликованы в 73 печатных трудах, в том числе 2 книгах,
II авторских свидетельствах, 9 отчетах по НИР, выполненным по " заказам промышленности и зарегистрированным в ВНТИЦентре,
докладывались на/4 международных научных конференциях в Болгарии (1978 г.), /Польше (1980 г., 1988 г.), Германии (1986 г.), на 18 Всесоюзных, республиканских, зональных и отраслевых научно-технических конференциях в городах Волгоград Вологда, Иркутск, Киев, Куйбышев, Ленинград, Мдсква, Минск, Рига, Ростов-на-Дону, Рыбинск, Уф&, на 10 семинарах в Ижевске, Ленинграде, Москве, Пензе,
экспонировались на 8 научно-технических выставках, в том числе в Москве (1983, 1985, 1986, 1989, 1990 гг.), Казани < 1982 г.),
Уфе (1987 г.), Риеке (Югославия, 1989 г.), отмечены 3 медалями . ВДНХ (1983, 1985, 1986 гг.).
_ Отдельные разделы работы докладывались на НТС отделения Научно-исследовательского института технологий и организации производства, а работа в целой обсуждена на заседании кафедры "Конструирование станков и станочных комплексов" Московского станкоин-струментального института.
Структурі и объем диссертации, диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы из 233 наименований. Общий объем работы 366 стр., в том числе 270 стр. машино писного текста, 132 рисунков, 39 таблиц. }