Содержание к диссертации
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 7
ВЕДЕНИЕ 12
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ 18
1.I. Задача оптимизации режимов резания при механической обработке 18
Е.2. Критерии оптимальности процессов механической обработки 18
E.2.I. Производительность обработки 20
Е.2.2. Расход инструмента .,.-. 21
Е.2.3. Экономические критерии оптимальности 21
Е.З. Диапазон рациональных скоростей резания 22
Г.4. Задача анализа соотношений между критериями оптимальности при изменениях скорости резания 25
1.5. Особенности оптимизации режимов резания при черновой и получистовой обработке титановых сплавов 26
Г.6. Система автоматического выбора оптимальной скорости как альтернатива оптимизации режимов резания 27
Г.6.1. Противоречия между целями и возможностями оптимизации режимов резания 27
1.6.2. Два варианта систем автоматического выбора оптимальной скорости резания АУІ и АУ2 30
1.6.3. Экономические аспекты применения систем АУІ
1.7. Выводы 38
1.8. Задачи исследований
2. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАБЙЯ И ГЕОМЕТРИИ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ЧЕРНОВОЙ И ПОЛУЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКЕ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 43
2.1. Экспериментальная установка 43
2.1.1. Трехкомпонентный токарный динамометр ДРТ 503-12 43
2.1.2. Державка резца с токосъемником 52
2.1.3. Электронный тахометр 56
2.2. Методика 58
2.2.1. Метод численного моделирования при построении зависимостей критериев оптимальности процессов механической обработки от скорости резания 58
2.2.2. Аналитические взаимосвязи метода 62
2.2.3. Методы расчета 66
2.3. Оптимизация условий обработки титановых сплавов в производственных условиях 68
2.3.1. Краткая характеристика условий обработки титановых сплавов на предприятии 68
2.3.2. Определение оптимальной геометрии проходных резцов... 69
2.3.3. Подбор наивыгоднейших подач 75
2.3.4. Оптимизация режимов резания в производственных условиях 88
2.3.5. Пневматический способ завивания стружки при обработке титановых сплавов 106
2.4. Выводы НО
3. ВЛИЯНИЕ НЕПОСТОЯНСТВА КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИН БК8 НА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 112
3.1. Экспериментальная часть работы 112
З.І.І. Этап первый. Сортировка пластин на группы 112
3 .1.2. Этап второй. Измерения сил резания и ТЭДС при обработке титанового сплава острыми резцами 112
3.1.3. Этап третий. Определение взаимосвязи между режущими свойствами резцов БК8 и величинами их ТЭДС 116
.1.4. Этап четвертый. Построение зависимостей "скорость -стойкость" для представителей групп резцов с различными режущими свойствами 121
.1.5. Этап пятый. Дополнительные эксперименты 131
.2. Сравнительный анализ технико-экономических возможностей резцов с различными режущими свойствами 131
.3. Оценка возможности использовать ТЭДС для выбора оптимальной скорости при получистовой обработке титановых сплавов 141
.3.1. Влияние последствий роста ТЭДС при износе резцов на результаты работы; системы АУ2 141
.3.2. Влияние различий начальных величин ТЭДС резцов на результаты работы системы АУ2 146
.3.3. Сортировка пластин на группы, как способ улучшения показателей работы системы АУ2 147
.3.4. Оценка результатов работы системы АУ2 с позиций экономических критериев оптимальности 152
.4. Выводы 155
ВОПРОСЫ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ 158
.1. Частные изменения затрат на обработку при работе на постоянной скорости резания в условиях вариаций стойкости инструмента 158
.2. Частные изменения затрат на обработку при вариациях стойкости. Степенная модель 164
-5 .3. Частные изменения затрат на обработку при работе "идеальной" и "реальной" систем АУТ 168
,4. Законы распределения стойкости инструмента 175
,5. Изменения средних затрат на обработку при работе "идеальной" и "реальной" систем .АУТ 177
6. Изменения средних затрат на обработку при работе на "оптимальной" скорости резания 1/г 181
,7. Экономические эффекты применения "идеальной" и "реальной" систем АУТ 185
,8. Области ожидаемых экономических эффектов при применении систем АУТ 188
.9. Аналитический способ определения экономических эффектов применения систем АУТ 194
,9.1. Частные изменения затрат на обработку 194
,9.2. Область ожидаемых экономических эффектов 195
,10. Определение ожидаемых экономических эффектов применения систем АУТ на стадиях разработки и внедрения 197
,11. Примеры решения типовых задач на стадии проектирования систем АУТ 201
,11.1.Вывод закона выбора оптимальной скорости резания 201
,11.2.Построение областей ожидаемых эффектов при применении системы АУТ 204
,11.3.Определение ожидаемой эффективности применения системы АУТ 209
.II.4.Оценка возможности определения износа инструмента по силам резания 215
,11.5.Оценка влияния ошибок при выборе показателя относительной стойкости на величину эффекта применения системы АУТ 216
,11.6.Системы И и "банки данных" 224
. 12. Выводы 225
Приложение I. Акты технического внедрения результатов работы 249
Приложение 2. Распечатка машинного расчета численных величин критериев оптимальности. Базовый вариант 250
Приложение 3. Распечатка численных величин критериев оптимальности. Затраты на обработку определены с учетом стоимости изготовления системы АУІ 2
Введение к работе
ХХУІ съезд КПСС поставил ответственную задачу: - "Главная зада-а. XI пятилетки состоит в обеспечении дальнейшего роста благососто-яия советских людей на основе поступательного развития народного эзяйства, более рационального использования производственного по-знпиала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов..."/_1 ]. цним из существенных резервов экономии всех видов затрат совокуп-ого общественного труда при механической обработке является опти-жзация режимов резания. Идеальным решением задачи оптимизации ре-имов резания является достижение условий, когда каждый конкретный роцесс механической обработки проводится на наивыгоднейшем режиме, ричем в основу методики выбора наивыгоднейшего режима заложены не олько физические закономерности, присущие собственно процессам езания, но и экономические взаимосвязи, характеризующие технико-кономические условия проведения обработки.
Выполненная работа посвящена оптимизации условий черновой и олучистовой обработки титановых сплавов резанием. Новизна выпол-енной работы заключается по крайней мере в двух аспектах:
Во-первых, в преобладающем большинстве работ по оптишзапии ре-имов резания, задачу оптимизации рассматривают как задачу поиска очетаний параметров режима, обеспечивающих достижение наивыгодней-ей величины принятого критерия оптимальности. Такой подход явля-тся односторонним. Конечной целью оптимизации является либо до-тижение экстремальной величины принятого критерия, либо приемлемого их соотношения. Но значительное число существующих критериев показателей) оптимальности диктует и необходимость комплексного :одхода при решении задачи оптимизации. Необходимо представлять, ак меняются величины и соотношения между отдельными критериями [ри изменениях параметра режима. В работе автор рассматривает задачу оптимизации, как задачу анализа соотношении между отдельными ритериями, такими, как расход инструмента, производительность, ебестоимость, приведенные и народохозяйственные затраты на обра-отку. Приемлемым путем обеспечения исходной информации для такого нализа является построение совокупности зависимостей критериев от нтересующего параметра режима обработки.
Во-вторых, в настоящее время существует разрыв между целями и озможностями оптимизации режимов резания. Задачей оптимизации сегда является получение исходной информации, применение которой озволяет достичь конечных целей оптимизации. Но механическая об-аботка всегда проводится в условиях воздействий неучтенных воз-ущающих факторов (в частности,к таким факторам относятся неста -ильность обрабатываемости материалов и непостоянство режущих войств инструментов), которые не позволяют достичь идеального ре-ения задачи оптимизации, какими бы методами она ни решалась,будь о "классические", либо с применением математического планирования, риблизить решение задачи оптимизации к идеальному можно в том лучае, если воспользоваться идеей выдающегося советского ученого .С.Балакшина об использовании текущей информации о развитии провеса резания для управления им в системе автоматического управ-:ения режимом [2] . В настоящее время возможно создание двух прин-ипиально различных систем, автоматически выбирающих оптимальную корость резания, которые в работе условно названы АУТ и АУ2.
Но применение систем. АУІ и АУ2 не является обязательным - обра-отку можно проводить и при отсутствии системы. Целью применения истем АУТ и АУ2 является улучшение технико-экономических показатели работы металлорежущих станков, поэтому определяющим звеном ри разработке систем автоматического выбора оптимальной скорости Бляется анализ их технико-экономических возможностей еще на ста-ди проектирования. Без проведения такого анализа любые работы по разработке систем АУ" являются прямым нарушением требований ГОСТ 5.101-80 на порядок проведения прикладных научно-исследователъ-ких работ f I8j . Решению задачи определения ожидаемой эффектив-ости применения системы АУТ полностью посвящена четвертая глава аботы. Эта часть работы представляет собой самостоятельную теоре-ическую разработку не имеющую близких литературных аналогов. При ыполнении этой части работы, задача определения эффективности рименения систем АУТ рассматривалась автором, как одна из акту-льных задач теории оптимизации режимов резания в условиях вартий СТОЙКОСТИ инструмента. Автор склонен считать материалы четвер-ой главы одним из основных результатов работы, поскольку по сво-й трудоемкости эта разработка значительно превосходила все осталь-ые части диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из четырех глав и заключения.
В первой главе работы приводится аналитический обзор литерату-ы и ставятся задачи исследовании.
Во второй главе работы приводится описание экспериментальной становки и отдельных ее узлов, излагается методика построения ависимостей критериев оптимальности от скорости резания, приво-ится описание принципиальных подходов и результатов работ по оп-тшзации режимов резания при черновой и получистовой обработке итановых сплавов, а также описание пневматического способа зави-ания стружки при обработке титановых сплавов.
В третьей главе работы излагается методика и результаты иссле-;ования влияний качества изготовления твердосплавных пластин ВК8 :а технико-экономические показатели процессов получистовой обра-отки титановых сплавов. Целью выполнения этих исследований являюсь установление не причин непостоянства качества твердосплавных ластин, которые рассмотрены в работе [II] , а их технологических :оследствий. С использованием полученных результатов проведен ана -15-:з возможных возмущений в работе системы АУ2 при обработке Титовых сплавов в условиях нестабильности режущих и термоэлектри-іских свойств инструмента и их влияние на конечные результаты 1боты системы, проведена оценка эффективности применения систе-i АУ2 с позиций экономических критериев оптимальности.
В четвертой главе работы рассмотрены закономерности изменений ітрат на обработку в условиях вариаций стойкости инструмента. Заїла определения ожидаемой эффективности применения системы АУТ мается как задача сравнения величин затрат на обработку при от-гтствии системы с затратами при ее пршленении. В совокупности ма-зриалы четвертой главы представляют собой метод определения ожи-іемой эффективности любого мыслимого варианта системы АУТ, пред-ізначенной для автоматического выбора оптимальной скорости реза-ія на операциях продольного точения, работающей совместно с люда видом датчика износа инструмента и в любых заранее известных зловиях эксплуатации. В конце главы приведены примеры, как с ис-эльзованием разработанных методов могут решаться самые различные адачи, возникающие на стадии проектирования систем АУТ.
В заключении сформулированы основные выводы по работе.
Выполненная работа имеет две особенности:
Первой особенностью работы, определившей последовательность ее зложения, является то, что она является обобщением целого ряда работ, выполненных либо автором, либо при его участии. Поэтому знойное внимание в работе уделено описанию применявшихся автором ринципиальных подходов, методов и алгоритмов решений задач опти-изации, то есть всего того, что является логической структурой любого научного исследования. Конкретные практические результаты одробно описаны в [45,46,47,63,64,65,66,67,75] , и в диссертаци-нной работе приводятся выборочно в качестве демонстрации практи-еского применения разработанных автором методов при решении ти -16 эвых задач оптимизации.
Другой особенностью работы является то, что автор всегда стре-ется представить результаты исследований в наиболее полной и в э же время наиболее простой, т.е. в наиболее удобных для практи-эского применения формах. Поэтому громоздкие аналитриеские выраже-т из работы по мере возможности устранены, последовательности результаты решений излагаются в виде геометрических образов на дсунках, а при решении конкретных задач используются численные этоды, которые более удобны при решении задач с большим количес-вом взаимосвязанных переменных и легче переводятся на машинный зык.
Автор надеется, что его работа внесет определенный полезный клад в понимание сущности оптимизации режимов резания и будет олезной всем группам исследователей, которые занимаются как вопросами оптимизации режимов и процессов механической обработки, ак и разработкой систем автоматического выбора оптимальных режи-ов резания.
АВТОРОМ ЗАЩИЩАЮТСЯ:
1. Предложенный в работе метод построения зависимостей крите-иев оптимальности процессов механической обработки от скорости езания.
2. Предложенный в работе метод определения ожидаемой эффектив-:ости системы автоматического выбора оптимальной скорости резания а стадии ее проектирования.
3. Конструкции узлов экспериментальной установки.
4. Применение в работе последовательности и результаты:
- определения влияний нестабильности режущих свойств твердо-шлавных резцов на технико-экономические показатели процессов обработки титановых сплавов.
- оценки влияний нестабильности термоэлектрических свойств
- пластин на результаты работы системы стабилизации [тимальной ТЭДС при обработке титановых сплавов.
5. Методики и результаты экспериментальных исследований по оп-іделению:
- рациональной геометрии и рационального расхода инструмента.
- наивыгоднейших толщин срезаемого слоя.
- способа удаления сходящей стружки при черновой и получисто-)й токарной обработке титановых сплавов.
Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения, стан-I и резание металлов" Томского политехнического института. Пер-іе три главы работы выполнены в соответствии с планом исследовательских работ машиностроительного факультета. Четвертая глава шолнена по инициативе автора и с согласия руководителя работы.
