Введение к работе
Авиационный ГТД состоит из деталей, имеющих сложную конфигурацию при небольшой жёсткости и высоких требованиях к геометрической точности. Обеспечение точности геометрических параметров деталей достигается технологией производства и сборки ГТД. Важным звеном технологии производства деталей является технология контроля их геометрических параметров.
Актуальность работы.
Современным подходом к совершенствованию технологий контроля геометрических параметров деталей ГТД является использование трёх осевых координатно-измерительных машин (КИМ). Эти средства контроля характеризуются универсальностью, высокой точностью и надёжностью.
Обеспечение точности контроля геометрических параметров деталей требует оценки погрешности измерения и создания условий, при которых точность измерений будет находиться в допустимых пределах.
Точность измерения координатно-измерительных машин (КИМ) зависит от параметров точности КИМ и используемых методик измерения. В настоящее время аттестация методик измерения деталей ГТД для координатно-измерительных машин обычно в отрасли не производится. Имеющиеся же общие рекомендации по построению методик измерения не могут гарантировать требуемого уровня погрешности измерения. Важными параметрами методик измерения деталей является количество измеряемых точек и схема их расположения по поверхности. Эти параметры влияют на результирующую точность измерения. Определение рационального количества измеряемых точек является актуальным, поскольку позволит существенно повысить эффективность использования КИМ в условиях производства при обеспечении требуемой точности контроля.
В то же время разработка методик измерений позволит исключить влияние квалификации оператора на достоверность контроля.
Цель работы. Разработка методики моделирования и исследование процесса координатных измерений, для обеспечения достоверности контроля геометрических параметров деталей ГТД.
Задачи исследования.
Разработка обобщенной методики моделирования процесса координатных измерений.
Разработка модели определения рациональных параметров методик измерений, реализация которых в методиках измерений позволит повысить эффективность использования КИМ.
Разработка алгоритмов воспроизводящих процесс измерения, необходимых для реализации обобщенной методики моделирования процесса координатных измерений.
Проведение исследования погрешностей измерения геометрических параметров типовых поверхностей деталей ГТД.
Проведение исследования погрешностей измерения геометрических параметров размерных комплексов деталей ГТД.
Объект исследований. Процесс производства деталей газотурбинных двигателей.
Предмет исследований. Процесс измерения геометрических параметров деталей ГТД с использованием координатно-измерительных машин.
Методы и средства исследований. Теоретические исследования осуществлялись методами математического моделирования с использованием теории вероятностей, математической статистики и аналитической геометрии
путём разработки и реализации программных алгоритмов в системе MATLAB. Экспериментальные исследования осуществлялись на опытных образцах и серийных деталях ГТД с использованием координатно-измерительных машин в СГАУ и на ОАО «Кузнецов». Научная новизна.
Предложен новый способ моделирования процесса координатных измерений, отличающийся от существующего использованием координат точек, полученных в результате измерения реальных поверхностей деталей.
Разработана обобщённая методика моделирования процесса координатных измерений, позволяющая получать оценки погрешностей измерения геометрических параметров деталей ГТД, в том числе для размерных комплексов.
Для оптимизации процесса моделирования измерений впервые предложена модель, основанная на модульном представлении измеряемых поверхностей. В основе модели заложена идея формирования и накопления «модулей» измеряемых поверхностей в базе данных. «Модули» формируются с использованием обобщенной методики моделирования процесса координатных измерений и представляют собой информацию о методах обработки поверхностей и оценках погрешностей измерения их геометрических параметров при учёте влияния на процесс измерения параметров методик измерения.
Сформированы критерий и дополнительные условия для определения рационального количества измеряемых точек, направленные на повышение эффективности использования КИМ.
Разработан регламент подтверждения достоверности оценок погрешностей измерения, получаемых с помощью обобщенной методики моделирования. На защиту выносятся:
обобщенная методика моделирования процесса координатных измерений геометрических параметров деталей ГТД, в том числе для размерных комплексов;
модель «модульного» моделирования процесса координатных измерений геометрических параметров размерных комплексов;
алгоритмы, формирующие разработанную обобщённую методику моделирования;
модель определения рационального количества точек измерения на поверхностях деталей;
результаты исследований погрешностей измерений геометрических параметров деталей «маложесткое кольцо», «диск» и «вал» турбины, «лопатка» компрессора ГТД.
Практическая ценность работы заключается в использовании разработанных методики и модели «модульного» моделирования процесса измерения на КИМ для обеспечения точности и повышения эффективности контроля геометрических параметров деталей типа «маложесткое кольцо», «диск» и «вал» турбины, «лопатка» компрессора ГТД.
Апробация работы. Осуществлялась на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» 24-26 июня 2009, Самара, СГАУ; всероссийской молодёжной научной конференции с международным участием «X Королёвские чтения», 6-9 октября 2009г., Самара, СГАУ; III международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века», 30 ноября - 3 декабря 2010, Москва, ЦИАМ;
международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения», посвященной 100-летию Генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н.Д. Кузнецова 28-30 июня 2011, Самара, СГАУ; Международном молодежном форуме «Будущее авиации за молодой Россией», 17 августа 2011 в рамках всероссийской научной школы «Молодежь и будущее авиации и космонавтики», МАКС 2011, Жуковский, где работа была отмечена дипломом и медалью за 1 место в номинации аспирант.
Реализация результатов работы. Результаты работы используются на предприятии ОАО «Кузнецов», при измерении геометрических параметров деталей «маложесткое кольцо», «диск» и «вал» турбины, «лопатка» компрессора ГТД.
Разработка теоретических положений в диссертационной работе было поддержано грантами по темам: «Разработка моделей высокого уровня для этапов технологической подготовки производства, создание производственных инновационных технологий на их основе» ГК №П1029 от 27 мая 2010, «Проведение исследований и разработка современных подходов в области создания систем контроля качества в инновационном аэрокосмическом машиностроении» ГК №14.740.11.1084 от 24 мая 2011 в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы. Работа получила финансирование в рамках программы «СТАРТ» по теме «Разработка решений в области повышения качества и конкурентоспособности изготовления изделий машиностроения на основе использования современных информационных и производственных технологий».
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 14 печатных работах, из которых 8 работ в изданиях из перечня ВАК [1-8].
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 140 наименований и семи приложений. Общий объём диссертации составляет 205 страниц, 76 рисунков и 8 таблиц.
