Введение к работе
Актуальность проблемы. В современном машиностроении на-гг широкое применение детали, обладающие повышенными орматнвными свойствами. Это, прежде всего, корпусные де-оболочечного и коробчатого типа, гребные винты постоянного гулируемого шага, лопасти гидравлических турбин и насосов, ггки паровых и газовых энергетических стационарных машин, ггси газотурбинных двигателей летательных аппаратов, шнеки шинах пищевой и химической промышленности и пр. Лзготовлонио маложостких изделий осуществляется по совро-юй технологии, в основном, на фрезерных и расточных станках, ормативные свойства детали отображаются тем или иным ізом и в заготовко, что создает определенные сложности при інической обработке в условиях обеспечения высоких ований к качеству изделий. Однако дэформативные свойства говки проявляются в технологической системе иначе, чем в трукцим машины. Поэтому можно выделить класс маложестких говок, относя к ному заготовки, деформативные свойства рых являются доминирующими в формировании итогративных ических и динамических характеристик технологической сис-л, определяющих качество и регламентирующих режимы (а, деватольно, и производительность) механической обработки. Считывая уникальность указанных изделий, изготавляемых час-единичных экземплярах или весьма малой серией, их высокую імость, труднообрабатываомость материалов и пр., проблема течения высокопроизводительной механической обработки с олнением требований по качеству относительно многих ериов является актуальной проблемой современного ма-остроения. Важность указанной проблемы привела к нообходи-ги проведения работ в рамках ряда научно-технических рамм: Тибкие автоматизированные производства", МНТК нежность машин" и др. Актуальность проблемы подтверждена со присуждением фантов по темам научных работ, выпол-дых под руководством автора дипломниками и аспирантами. Цель работы. Разработка теории и методов практической реа-іции оптимизационного проектирования механической обра-м маложестких заготовок деталей ответственного назначения. Методы исследования. В работе использованы теоретические и юриментальныо методы исследования. Теоретические иссле-
давания осуществлялись на базе научного машиноведения, технологии машиностроения и теории резания металлов с использованием методов механики сплошной среды, теории упругости, теории автоматического управления, прикладной теории колебаний, математической статистики, а также численно-аналитических методов, таких как метод исследования дифференциальных кусочно-линейных систем, метод конечных элементов в линейной и нелинейной постановке и др. Широко использованы современные ПЭВМ, а также методы цифрового имитационного и натурного моделирования при решении поставленных задач оптимизационного проектирования. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием современных программно-аппаратных средств с целью идентификации параметров моделей, проверки и корректировки результатов теоретических исследований, а также решения частных задач оптимизационного проектирования.
Научная новизна. Научная новизна полученных в работе результатов заключается в следующем:
предложена концепция оптимизационного проектирования механической обработки маложестких заготовок;
выделен представительный класс маложестких заготовок с достаточно полным отображением их деформативных свойств в динамических моделях технологических систем при механической обработке с учетом их специфических особенностей;
разработан метод построения на основе иерархического принципа совокупности линеаризованных динамических моделей и их упрощенных аналогов в ограниченном частотном диапазоне, для решения как задач анализа, так и частных задач оптимизации механической обработки маложестких заготовок относительно предложенного комплексного критерия эффективности;
» получены на основе исследования нелинейной динамической модели результаты, позволяющие оценить область допустимой линеаризации исходных моделей, а также область допустимого управления режимами резания с использованием положений теории технической устойчивости;
предложен обобщенный векторный критерий качества механи
ческой обработки, отображающий совокупность требований по
точности размеров и формы, а также состоянию поверхностного
слоя обрабатываемых изделий;
разработаны методы комплексной оценки свойств поверхностного слоя обрабатываемых маложестких заготовок, основєниш на использовании предложенной оригинальной аппаратуры и эффективных измерительно-вычислительных комплексов; предложен применительно к современным металлорежущим станкам метод программной модификации, позволяющий ка основе оптимизационного проектирования обработки повысить во эффективность при выполнении требований относительно комплексного критерия качества. Практическая ценность. Практическая ценность результатов, юлученных в диссертации, заключается в: разработанных методиках, алгоритмах и программах, реализующих задачи динамики и обеспечения качества при механической обработке маложестких заготовок
программно-аппаратных комплексах для осуществления динамической имитации в процессе резания и контроля состояния поверхностного слоя обрабатываемых изделий; системе программной модификации на основе оптимизационного проектирования механической обработки маложестких заготовок для решения задач повышения эффективности обработки, стабильности качества готовых изделий и реализации новых методов управления технологической системой с целью расширения технических возможностей современных металлорежущих станков. Реализация в промышленности. Метод программной модификации при обработке сложнопрофильных маложестких заготовок юлучил практическое применение в энергетическом машино-лроении (АО "Ленинградский металлический завод", АО Электросила" и др.). Предложенные методы оптимизационного проектирования процессов механической обработки сложнопрофильных маложестких заготовок апробированы в условиях индивидуального и мелкосерийного производства на предприятиях Сонет-Петербурга. Предложены а реализованы в условиях промышленного производства: новые методы контроля напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя и совокупности физико-механических характеристик на основе использования ИВК "Динамика", "Профиль" и Твердость"; автоматизированная система прогремной модификации, которые использованы при выполнении исследований в ряде промышленных и
научных организаций (таких как АО "Звезда", АО "Свердлов", ВНИ-ИД, АО "НПКЦ Контакт", ВНИТИ Энергомаш, СПбГТУ и других организациях и предприятиях северо-западного региона РФ). Выполненные разработки приняты для внедрения на промышленных предприятиях России Санкт-Петербургской Инженерной академией, а также Ассоциацией центров инжениринга и автоматизации Российской Федерации.
Апробация работы. Основные научные результаты работы докладывались в 1882-1997 г.г. на Международных, Всесоюзных и Всероссийских научно-технических конференциях, симпозиумах, совещаниях и семинарах: Пенза (1982, 1987), Рыбинск (1982), Челябинск (1982,1988), Санкт-Петербург, ДНТП (1982-1996), Каунас (1983), Свердловск (1983, 1990), Воронеж (1984), Нарва (1986), Нижний Новгород (1988, 1991, 1992, 1996), Иваново (1989, 1995), Тбилиси (1991), Москва (1994), Одесса (1995), Новгород (1996), Пермь (1996), Харьков (1996), Ростов-на-Дону (1997), а также на заседании президиума НТС РОСКОММАШа РФ (1994), Научно-технических семинарах СПбИМАШ (1993-1997), Международной Школе по нелинейным колебаниям механических систем, РАН РФ (1997).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 110 научных работ, в том числе 3 монографии и 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и заключения, изложенных на 273 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок, 19 таблиц, список литературы, включающий 212 наименований, два приложения.
В работе приняты следующие обозначения: ТСМО -технологическая система механической обработки, МКЭ - метод конечных элементов, ИВ К - измерительно-вычислительный комплекс.