Введение к работе
Актуальность темы. В машиностроительном производстве большую часть оборудования предприятия составляют станки с числовым программным управлением, автоматические линии и многооперационные станки. В связи с широкой автоматизацией машиностроительного производства огромное значение приобретает задача определения оптимальных режимов работы инструмента. От ее решения во многом зависят производительность оборудования, себестоимость и точность обработки, расход режущего инструмента, качество поверхностного слоя к другие параметры процесса металлообработки.
Режимы резания назначаются технологами в соответствии с нормативами. Однако, производственные условия, как правило, отличаются от учтенных в нормативах. Здесь сказывается влияние динамического состояния станка, колебаний свойств заготовок из различных партий исходного материала, колебаний свойств разных партий инструмента и т.д. Поэтому учесть реальные производственные условия на стадии проектирования технологического процесса не представляется возможным. Также неизбежным в реальных условиях оказывается влияние субъективного фактора. Причем задача оптимизации режимов резания существенно осложняется при обработке новых материалов, применении новых инструментальных материалов, при внедрении новых технологических процессов, т.е. когда нормативные данные отсутствуют или являются не полными.
Существующие методы и системы управления и оптимизации режимов резания либо основываются на использовании эмпирических показателей процесса резания, полученных при определешшх экспериментальных условиях и неадекватно отражающих состояние станочной системы, либо для своей реализации требуют большого объема материальных затрат и эффективности регулирования. Потеря точности при оценке показателей процесса резания неизбежно приводит к экономическим потерям. Эти потери определяются простоем оборудования и рабочей силы, сверхурочными работами, нарушением ритмичности производственного процесса, повышенным износом режущего инструмента, что отрицательно сказывается на качестве продукции, и чревато штрафными санкциями за невыполнение контрактных обязательств. Экономические потери неизбежно увеличивают себестоимость изделий, а нерациональное использование оборудования снижает его производительность.
Стремление преодолеть указанные недостатки привело к появлешію автоматизированных систем управления, которые позволяют оптимизировать процесс металлообработки непосредственно в производственных условиях благодаря получаемой текущей информации по параметрам, определяющим условия и качество процесса резания. Задачей подобных систем управления, которые называются адаптивными, является параметров процесса резания, которое в условиях действия случайных возмущающих воздействий обеспечивало бы экстремум выбранного критерия оптимизации — производительности, себестоимости и т.п. Причем изменение параметров процесса резания должно осуществляться в режиме реального времени, под которым в соответствии с ГОСТ 15971-90 понимается режим обработки информации, обеспечивающий взаимодействие системы обработки информации с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов. Обработка резанием обусловливает темп взаимодействия системы обработки информации с внешними процессами, соответствующий периоду стойкости режущего инструмента.
Таким образом, в условиях промышленной реформы и экономического стимулирования задача назначепия экономически оптимальных режимов резания непосредственно в производственных условиях в режиме реального времени приобретает особую актуальность. Решению данной задачи и посвящены выполненные диссертационные исследования.
Цель работы заключается в повышении эффективности токарной обработки за счет установления непосредственно в производственных условиях оптимальной скорости резания в режиме реального времени с учетом фактического влияния на стойкость инструмента всех факторов процесса резания,
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследований:
1) выполнить анализ методик назначения режимов резания на основе экономических критериев оптимальности;
2) провести анализ методов оценки параметров стой костной зависимости;
3) разработать теоретико-вероятностную модель процесса резания, позволяющую на основе оценки стой костной зависимости оптимизировать параметры резания в режиме реального времени;
4) на основе численного моделирования процесса резания разработать методическое, алгоритмическое и программное обеспечение оценки стойкости и стой костной зависимости с целью обеспечения оптимизации процесса резания в режиме реального времени;
5) оценить адекватность теоретических исследований путем экспериментальной проверки результатов работы самообучающейся системы управления скоростью резания в режиме реального времени в производственных условиях.
Методы и средства исследования. При выполнении работы использовались научные основы теории резания, технологии машиностроения, теории вероятностей и математической статистики, теории восстановления, теории надежности, теории обучающихся систем анализ и обобщение производственного опыта, а также статистический материал о иаде р тргреж уіцег и инструмента .
Основные положения, выносимые автором на защиту:
? общий подход к опенке сгойкоешой зависимости режущего инструмента непосредственно на рабочем месте в режиме реального времени с самообучением;
? теоретико-вероятностная модель процесса резания, позволяющая на основе оценки стойкостной зависимости оптимизировать параметры резания в режиме реального времени;
инженерная методика и математическое обеспечение самообучающейся процедуры, позволяющие повысить эффективность управления процессом резания в режиме реального времени.
Научная новизна результатов исследования заключается в установлении зависимости между параметрами процесса резания и стойкостью режущего инструмента при оптимизации скорости резания в режиме реального времени с темпом взаимодействия системы обработки информации с процессом резания, соответствз Ющнм случайным фактическим значениям периода стойкости режущего инструмента.
Практическая значимость. Разработано математическое и методическое обеспечение самообучающейся процедуры оптимизации скорости резания в режиме реального времени при обработке деталей на станках с ЧТТУ в условиях серийного, мелкосерийного и индивидуального производства.
Реализация работы. Результаты данной работы приняты к внедрению на предприятии ОАО Тяжпромармагура" (г. Алексин, Тульской обл.).
Апробация работы. Основные положении работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 1999-2003 г.; на XXVI всероссийской молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», г. Москва, 2000 г.; на научно-технической конференции «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов», г. Тула. 2001 г.; на электронной международной научно-технической конференции "Автоматизация и информатизация в машиностроении", г. Тула, 2000-2001 г.; на первой международной электрошюй научно-технической конференции "Технологическая системотехника11, г. Тула, 2002 г.
Публикации. Основное содержание работы изложено в 6 публикациях Структура и объём работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений, изложенных їіа 16 страницах, содержит 144 страницы машинописного текста, 7 таблиц, 29 рисунков, список литературы из 125 наименований.
