WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

На правах рукописи

НЕКРАСОВ Роман Юрьевич

ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ТОЧЕНИИ

ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ НА СТАНКАХ С ЧПУ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПЕРАТИВНЫХ КОРРЕКЦИЙ

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование

механической и физико-технической обработки

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой

степеникандидата технических наук

Тюмень - 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ).

Научный руководитель - заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор И.М. Ковенский
Официальные оппоненты -доктор технических наук, профессор Ю.А. Розенберг - кандидат технических наук, доцент Н.И.Смолин
Ведущая организация ОАО «Тюменские авиадвигатели»

Защита состоится 12.12.2008 г. в 1130 на заседании диссертационного совета

Д 212.273.09 при ГОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет» по адресу: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, зал имени А.Н. Косухина.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «ТюмГНГУ».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета.

Автореферат разослан 11.11.2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Ю.Г. Сысоев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В процессе нестационарного резания точение жаропрочных сталей и сплавов на токарных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) происходит в условиях интенсивного изнашивания инструмента при повышенных силовых и температурных контактных нагрузках. Это приводит к снижению размерной точности обработки и нерегламентированным отказам инструмента. Формообразование фасонных поверхностей деталей при этом реализуется преимущественно криволинейным (радиусным) участком режущего лезвия, контур которого интенсивно изменяется по мере его изнашивания. Таким образом, возникает необходимость ввода коррекций в траектории движения исполнительных рабочих органов (ИРО) станков с ЧПУ для компенсации погрешностей обработки. На практике обеспечение точности формообразования фасонных поверхностей деталей достигается при значительном увеличении трудоемкости их обработки за счет уточнения выдерживаемых размеров. Для этого выполняются дополнительные проходы с «ручным» вводом коррекций, которые осуществляются наладчиками и операторами станков с ЧПУ на основании накопленного опыта работы на конкретном технологическом оборудовании. Обеспечение стабильности размерной точности обработки на станках с ЧПУ обуславливает необходимость автоматизации процессов определения величин и ввода коррекций в сочетании с эффективным управлением режимами резания. Реализация диагностики и оперативного управления обработкой требует использования современных систем ЧПУ, расширяющих функциональные возможности технологического оборудования в сочетании с повышением надежности прогнозирования работоспособности инструмента.

Цель работы. Совершенствование формообразования фасонных поверхностей деталей в условиях нестационарного резания жаропрочных сталей и сплавов при точении на станках с ЧПУ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать систему измерения и регистрации геометрических параметров криволинейных лезвий режущего инструмента, обеспечивающую возможность использования системы коррекций процесса обработки для повышения точности формообразования фасонных поверхностей деталей точением на станках с ЧПУ.

2. Исследовать процессы нагружения элементов технологических систем (ТС) составляющими силы резания, разработать систему оперативной диагностики нагрузочных характеристик приводов станков и реализовать управление обработкой с оперативным вводом коррекций в траектории движения ИРО станков с ЧПУ.

3. Исследовать взаимосвязь характеристик деформирования срезаемого слоя, параметров нагружения режущих лезвий, а также выходных параметров процесса резания и применительно к условиям точения жаропрочных сталей и сплавов разработать алгоритм рационального нагружения инструмента при нестационарном резании.

4. Установить схемы нагружения элементов конструкций сборного инструмента и разработать инструмент повышенной работоспособности применительно к условиям точения жаропрочных сталей и сплавов на станках с программным управлением.

5. Разработать алгоритмы и программное обеспечение управления комплексом диагностических модулей, элементов ТС, а также алгоритмы формирования и ввода коррекций для повышения точности формообразования фасонных поверхностей деталей из жаропрочных сталей и сплавов при точении на станках с ЧПУ.

Методы исследования

При выполнении работы использованы основные положения, методология и методы технологии машиностроения, теории резания и теории автоматического управления, вычислительной математики, компьютерного моделирования и программирования, математической обработки результатов экспериментов.

Научная новизна

1. Разработана модель геометрических изменений криволинейного контура лезвия инструмента, позволяющая прогнозировать его параметры и определять величины коррекций, вносимых для повышения точности обработки в траектории перемещений исполнительных рабочих органов (ИРО) станков с ЧПУ в процессе формообразования фасонных поверхностей деталей.

2. Разработана математическая модель и алгоритм определения, отклонений расположения элементов технологических систем (ТС) по величинам составляющих силы резания, оперативно определяемых в процессе обработки в системе ЧПУ класса PCNC (Personal Computer Numerical Control) по величине рассогласования положения элементов следящих приводов ИРО станков.

3. Разработана модель и алгоритм управления обработкой жаропрочных сталей и сплавов, позволяющие определять деформации срезаемого слоя и реализовать стабилизацию контактных нагрузок на рабочих поверхностях лезвия инструмента для повышения работоспособности инструмента в условиях нестационарного резания.

4. Разработана модель управления процессами обработки на токарных станках, оснащенных системами ЧПУ класса PCNC, сочетающая диагностику состояния и процессов нагружения элементов ТС с вводом коррекций. Разработан алгоритм оперативного ввода коррекций в траектории движения формообразующего режущего инструмента (ФРИ) и одновременно в режим резания. Сочетание этих коррекций в наибольшей мере компенсирует погрешности, выявленные при диагностике конкретных наладок ТС, и обеспечивает повышение работоспособности режущего инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработаны методы и устройства для определения геометрических изменений криволинейных лезвий и величин коррекций, вносимых для повышения точности обработки в траектории движений формообразующего режущего инструмента (ФРИ);

- создана система оперативного контроля деформаций срезаемого слоя в процессе нестационарного резания, позволяющая при изменениях скорости и глубины резания, сечения срезаемого слоя, подачи и диаметра обработки, а также при изнашивании режущих лезвий обеспечивать стабилизацию контактных напряжений и температур на рабочих поверхностях лезвий инструмента;

- предложен программно-аппаратный комплекс диагностики и управления обработкой на станках с ЧПУ, программные продукты для диагностики процесса резания и управления следящим и шаговым приводами в сочетании с программным обеспечением оперативного ввода коррекций в траектории движений ФРИ при изменении составляющих силы резания в процессе точения на токарных станках, оснащенных системами ЧПУ класса PCNC;

- созданы конструкции сборного инструмента повышенной работоспособности, а также комплекс диагностических модулей для контроля состояния ТС и диагностики деформационных, силовых и температурных параметров.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались в период с 2002 по 2008 г.г. на шести Международных, двух Всероссийских и трех региональных научных конференциях в городах Москва, Новосибирск, Самара, Санкт-Петербург, Томск, Тюмень, Ульяновск, Курган, Юрга. Исследования проводились при поддержке грантов Губернатора Тюменской области. Выполненные научные разработки с 2002 по 2008 г.г. трижды отмечены Дипломами победителей региональных конкурсов научных работ по машиностроению. В 2003 году они были представлены в г. Москва на Всероссийском выставочном центре (ВВЦ) и отмечены дипломом IX-й Международной выставки научно-технических проектов «ЭКСПО - Наука 2003», а также медалью «ESI - Moskow 2003».

Реализация результатов работы. Результаты исследований и разработки диссертации в соответствии с Региональной целевой программой Тюменской области «Развитие предприятий машиностроения и металлообработки на 2001- 2006 г.г.» внедрены на предприятиях Тюменской области, а именно: ОАО «Тюменские авиадвигатели», ОАО «ГРОМ», а также ЗАО «Станкосервис» и ООО «Сибинструментсервис». При изготовлении фасонных деталей авиадвигателей и деталей нефтегазового оборудования реализовано переоснащение токарных станков доработанными системами ЧПУ класса PCNC и диагностическими модулями. Диагностика ТС и оперативный ввод коррекций по траекториям движения ФРИ и режимам резания реализованы с использованием специализированного программно-аппаратного комплекса. При точении фасонных деталей из жаропрочных сталей и сплавов используются разработанные конструкции сборного режущего инструмента и оперативное управление системами станков с ЧПУ, что обеспечивает наибольшую для конкретных условий эффективность обработки. Результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ, а также в курсовом и дипломном проектировании на выпускающих кафедрах машиностроительного профиля.

Авторские разработки защищены патентами на изобретения: № 2235621, № 2254210, а также свидетельствами об официальной регистрации программ для ЭВМ: № 2003611798, № 2008610388.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано с 2002 по 2008 г. в 14 печатных работах. В том числе 2 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 112 наименования.

О С Н О В Н О Е С О Д Е Р Ж А Н И Е Р А Б О Т Ы

Во введении обоснована актуальность темы, представлена общая характеристика и значимость диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ литературы по вопросам диагностики и управления процессами обработки, обеспечения производственной точности и рациональной эксплуатации формообразующего режущего инструмента.

Развитию области знаний применительно к вопросам обработки на станках с ЧПУ, рационального нагружения инструмента и деформирования срезаемого слоя, а также повышению эффективности использования режущего инструмента посвятили свои работы: Артамонов Е.В., Балакшин Б.М., Базров В.Ф., Безъязычный В.Р., Васин С.А., Верещака А.С., Еремин А.Н., Грановский Г.И., Грубый С.В., Гречишников В.А., Жуков Ю.Н., Зорев Н.Н., Кабалдин Ю.Г., Коротков А.Н., Куфарев Г.Л., Кушнер В.С., Мазеин П.Г., Макаров А.Д., Моргунов А.П., Остафьев В.А., Петрушин С.И., Подураев В.Н., Полетика М.Ф., Промптов А.И., Резников А.Н., Розенберг А.М., Розенберг Ю.А., Силин С.С., Соломенцев Ю.Г., Талантов Н.В., Тверской М.М., Шаламов В.Г., Шарин Ю.С., Шустер Л.Ш., Утешев М.Х., Хворостухин Л.А., Якубов Ф.Я. и др.

К настоящему времени установлены основные закономерности процессов формообразования поверхностей деталей машин при механообработке, разработаны различные алгоритмы управления обработкой на станках с ЧПУ и реализовано адаптивное резание в режимах стабилизации составляющих сил резания, мощности резания, термоЭДС резания и др.

Однако в большинстве работ основное внимание уделено повышению эффективности точения преимущественно цилиндрических и торцевых поверхностей, обработка которых практически не накладывает ограничений на изменения геометрических параметров контура криволинейного лезвия ФРИ. Используемые на производстве системы ЧПУ ориентированы преимущественно на решение геометрической задачи перемещения ИРО станка по задаваемой траектории и функционально не приспособлены к оперативным коррекциям процесса обработки по результатам текущей диагностики состояния ТС.

В результате анализа результатов исследований обрабатываемости жаропрочных сталей и сплавов установлено, что повышение режимов резания, как показывает практика обработки на станках с ЧПУ, приводит к интенсификации разрушений твердосплавного инструмента. Применительно к условиям точения высокопрочных труднообрабатываемых материалов существует необходимость разработки эффективных алгоритмов управления процессами нагружения инструмента. Для условий нестационарного резания жаропрочных сталей и сплавов необходимо также разработать конструкции инструмента, обеспечивающие его работоспособность с учетом оценки условий нагружения конструктивных элементов и деформирования режущих пластин.

Критический анализ литературных данных позволил установить цель и задачи исследования, представленные выше.

Во второй главе проведена оценка интенсивности разрушений твердосплавного инструмента, их влияния на изменение геометрических параметров криволинейного контура режущего лезвия и на точность формообразования сложных фасонных поверхностей деталей при точении.

Установлено, что в процессе точения жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ происходит интенсивное изнашивание «радиусного» участка режущего лезвия при непрерывном изменении геометрических параметров криволинейного контура лезвия инструмента, что приводит к возникновению погрешностей обработки. Преобладающим видом отказов инструмента из металлокерамических твердых сплавов в этих условиях становится разрушение режущих лезвий.

а б в

Рис. 1. Схема измерения геометрических параметров , i

криволинейного контура лезвия режущего инструмента

Для определения указанных выше изменений с целью последующего ввода коррекций разработана система измерения геометрических параметров режущего лезвия, схема которой представлена на рисунке 1. Система позволяет регистрировать радиальные смещения точек контура лезвия режущего инструмента при повороте индикатора смещений относительно измерительной базы, конструктивно оформленной в виде сферического элемента, устанавливаемого в державке резца под режущей пластиной.

С целью компенсации погрешностей и автоматизации необходимой настройки, также размерной подналадки ТС разработан снабженный шаговым приводом диагностический модуль (см. схему на рис.1, а). Диагностический модуль, предназначенный для измерения и регистрации геометрического параметра криволинейного контура лезвия инструмента, включает высокоточный индикатор перемещений мод. ЛИР-19, обеспечивающий точность измерений до 0,1 мкм, с передачей и вводом данных в PCNC (Personal Computer Numerical Control), который используется в системе для всех видов диагностики, обработки информации, ввода коррекций и управления станком с ЧПУ.

При управлении от PCNC в процессе обработки перед каждым проходом, режущий инструмент, установленный в инструментальной головке, подводится в зону контроля, после чего в автоматическом режиме с использованием диагностического модуля проводятся промеры параметра с угловым шагом i при одновременной записи этих параметров на жесткий диск PCNC. Затем результаты очередного n-го промера сравниваются с исходными и определяется их разность , т.е.

. (1)

Это позволяет определять смещения точек контура , (см. рис. 2 в) в системе координат X O Z, т.е.

; . (2)

В результате определения линия контура криволинейного лезвия аппроксимируется интерполяционным полиномом Лагранжа, который строится по данным диагностики и представляется в виде

(3)

где ( i,2j; Ri,2j) - координаты i-ой точки j-ой линии контура;

(, R) - функция j-ой линии контура;

i=0,… p-1 - номер точки контура;

p - количество расчетных точек на линиях контура;

j=0,…n -1 - номер линии контура.

Обработка массивов данных измерений и расчетов, сформированных в виде кластеров, позволила в режиме реального времени определять величины смещений , точек криволинейного контура лезвия режущего инструмента и для повышения точности обработки вводить соответствующие коррекции в траектории движения ФРИ при точении на станках, оснащенных системами числового программного управления класса PCNC.

В третьей главе диссертационной работы рассмотрены и исследованы процессы нагружения и деформирования элементов ТС при изменении сил резания и геометрических параметров лезвий режущего инструмента, обусловленных их разрушением и изнашиванием. Оценка величин технологических составляющих силы резания основана на явлении рассогласования положения элементов привода, изменяющегося при переменных внешних силовых нагрузках. Для определения соответствия величины рассогласования положения i применительно к технологическим составляющим Px, Py силы резания, разработана представленная на рисунке 2 оригинальная система диагностики, включающая нагрузочный модуль, динамометрическую аппаратуру ДС и аналого-цифровой преобразователь АЦП. Управление системой диагностики реализовано посредством PCNC с использованием специального разработанного программно-аппаратного комплекса.

 а б Схема нагружения (а) и отклонений расположения (б)-17

а б

Рис. 2. Схема нагружения (а) и отклонений расположения (б) детали при

определении Py по рассогласованию положения в следящем приводе

В системе информация об изменениях величин Px, Py передается от ДС через АЦП и регистрируется в PCNC. Таким образом формируется база данных соответствия составляющих силы резания Px, Py величинам рассогласования положения Xп, Zп. После обработки результатов измерений в PCNC получают зависимости

, (4)

, (5)

где ; ; ; - коэффициенты аппроксимирующего полинома (по данным тарирования приводов станка);
; - величины рассогласования положения в следящих приводах ИРО станка по осям OX, OZ.
; - величины минутных подач ИРО станка в направлениях координатных осей станка OX, OZ.

В результате проведения диагностики при последовательном нагружении элементов qi детали на отдельных участках регистрируются величины отклонений расположения конструктивных элементов детали под действием сил Px, Py и устанавливаются зависимости вида

, (6)

, (7)

где ; - величины отклонений расположения элемента qi детали при его нагружении в направлениях осей координат XOZ;
; ; ; ; - коэффициенты аппроксимирующего полинома (по данным тарирования);
; - величины рассогласования положения в следящих приводах ИРО станка по осям OX, OZ.

Полученные данные автоматически регистрируются на жестком диске PCNC с целью их дальнейшего использования в процессе обработки для оперативного ввода коррекций в траектории движения ИРО станков с ЧПУ и режимы резания с учетом величин задаваемой минутной подачи ИРО станка и текущих значений , перемещений ИРО станка.

Разработанная система диагностики деформаций и перемещений элементов ТС, включающая нагрузочные устройства, динамометрическую аппаратуру и диагностические модули, реализует определение технологических составляющих силы резания при точении по рассогласованию положения в следящих приводах станков, управляемых системами ЧПУ класса PCNC. Это позволяет в сочетании с использованием разработанной модели взаимосвязей параметров деформирования и нагружения элементов ТС формировать в PCNC базы данных диагностики для дальнейшего определения и ввода коррекций в управляющие программы станков с ЧПУ при компенсации погрешностей обработки в конкретных наладках ТС.

В четвертой главе диссертационной работы рассмотрены вопросы нагружения лезвий твердосплавного режущего инструмента переменными силовыми и температурными контактными нагрузками.

При точении фасонных деталей на токарных станках с ЧПУ в процессе нестационарного резания непрерывно изменяются размеры и форма сечения среза, скорость и глубина резания, а также диаметр обработки и геометрические параметры лезвий инструмента, подвергающегося интенсивному износу и разрушениям. Нагружение инструмента при этом характеризуются некоторым распределением (рассеянием) величин контактных напряжений и температур, действующих на рабочих поверхностях лезвий токарных резцов. Представленное на рисунке 3, а сочетание плотностей вероятности (вариации) F[] прочностных свойств материала инструмента и вариации Fд напряжений, действующих в режущем клине, обуславливает формирование «зоны отказов» инструмента, разрушающегося при превышении действующих напряжений д над допускаемыми [].

а б

Рис. 3. Плотность вероятности распределения напряжений д -[] в режущей

части инструмента (а) и зависимости (б) температуры резания от величины износа hз по задней грани инструмента при точении ХН77ТЮР – [ВК8 ]

В соответствии со схемой на рисунке 3 а при увеличении дисперсии напряжений D2д вероятность нерегламентированных отказов инструмента возрастает. При этом снижение вероятности разрушений лезвий инструмента целесообразно обеспечивать с использованием стабилизации действующих контактных нагрузок. На рисунке 3 б представлена схема влияния скорости резания V и изменения величины износа hз по задней грани инструмента на температуру резания. В работе установлено и экспериментально подтверждено, что управление процессом резания путем стабилизации кинематического относительного сдвига (или коэффициента усадки стружки ) за счет изменения скорости резания и (или) толщины среза, т.е. реализация режима [i, i]= const, обеспечивает снижение вариации контактных нагрузок при точении.

Для установления зависимостей и диапазона регулирования при управлении процессом резания на основании исследований и закономерностей, установленных А. М. Розенбергом, А.Н. Ереминым, Н. Н. Зоревым, Л. А. Хворостухиным, Л. М. Седоковым, Ю. А. Розенбергом, С. И. Тахманом и др., в работе проведены расчеты параметров нагружения режущего инструмента, обеспечивающего реализацию режима [0, 0]= const путем изменения скорости резания Vhз в процессе точения с увеличением фаски hз по задней поверхности инструмента. В результате получена зависимость

, (8)

где V0, а0 - исходная скорость резания и толщина среза в формуле ;
hз, [ ] - величина износа по задней поверхности и параметр изме-нения радиуса округления режущей кромки при точении;
т,Sв,ф, K0, Kт - физико-механические характеристики и параметры деформирования обрабатываемого материала;
0, 0 - кинематический относительный сдвиг и коэффициент укорочения (усадки) стружки при точении;
с0 /а0, - относительная длина контакта и касательные напряжения на передней поверхности инструмента.

Для реализации режима [0, 0]= const (в диапазоне, соответствующем зависимости V = CV / Tm) получены зависимости величин периода стойкости Т[] и пути резания L[], соответствующих достижению регламентированной величины износа hз= []. Как показали расчеты, при точении со стабилизацией контактных нагрузок обеспечивается увеличение периода стойкости Т и пути резания L в (1,4 – 2,5) раза, что указывает на повышение работоспособности режущего инструмента при сокращении его расхода из-за поломок и разрушений в процессе точения жаропрочных сталей и сплавов.

Экспериментальная проверка полученных зависимостей реализована в работе при точении твердосплавными резцами () жаропрочного сплава ХН56ВМТЮ-ВД – [ВК8] и жаропрочной стали Х12Н22ТЗМР – [ВК6М]. В результате получено удовлетворительное совпадение с результатами расчетов по представленным выше формулам, а также удовлетворительное совпадение с данными А.Д. Макарова, С.С. Силина и В.К. Старкова.

С целью реализации режима [i, i]= const; Vi const разработана оригинальная система оперативной диагностики деформаций срезаемого слоя непосредственно в процессе резания. Система выполнена на базе компьютерного манипулятора типа «optical mouse», снабженного специальной оптической насадкой, проецирующей изображение перемещающейся при резании стружки в плоскость оптического сенсора компьютерного манипулятора. Это позволяет с использованием PCNC определять скорость Vстр и путь перемещения стружки Lстр в режиме реального времени. Экспериментальная проверка показала, что чувствительность разработанной системы определения величины коэффициента усадки стружки в диапазоне = 1,6 - 2,5 составляет =±0,034. При скоростях резания V 1,0 м/c это обеспечивает возможность эффективной стабилизации контактных нагрузок в процессе точения с управлением от PCNC в режиме i,i = const.

Проведенными исследованиями подтверждено, что прочностная надежность режущего инструмента определяется его напряженно-деформированным состоянием под действием системы сил резания, сил закрепления сменных режущих пластин (СРП), а также температурных нагрузок. В работе с использованием специальной системы регистрации ИК-излучения произведено экспериментальное исследовано распределение температур в СРП. Установлены схемы силового и температурного нагружения и деформирования СРП при различных условиях их базирования и закрепления в корпусе сборного инструмента. В результате предложены конструкции сборного режущего инструмента, защищенные патентами на изобретения, в которых реализованы рациональные схемы нагружения СРП, что позволило увеличить допускаемые при резании толщины среза на 18-25%.

В пятой главе рассмотрены вопросы формирования системы оперативных коррекций процесса обработки, а также формирования системного и прикладного программного обеспечения управления обработкой на токарных станках, оснащенных системами ЧПУ класса PCNC. Обработка в PCNC массивов данных диагностики позволяет в режиме «реального времени» определять величины оперативных коррекций , траекторий перемещений ИРО.

В разработанной системе непосредственно в процессе обработки на станке с ЧПУ по данным расчетов в PCNC формируются и оперативно вводятся коррекции по режимам резания (8) и по траекториям (9), (10) движения инструмента в соответствии с зависимостями

, (9)

. (10)

В основу разработки программного обеспечения системы, положен принцип многоуровневой организации обработки информации и модульный принцип композиции структуры, обеспечивающие его многофункциональность.


- вариант обработки с использованием СДУ - заводской вариант обработки
1 - производительность [см2/мин.]
2 - технологическая себестоимость [руб.]
3 - инструментальные расходы [руб.]
4 - размерная точность [ 2 квалитета ISO.]
5 – трудоемкость [мин.]

а б

Рис. 4. Система диагностики и управления обработкой (СДУ) на

базе токарного станка с системой ЧПУ класса PCNC (а) и технико-

экономические показатели (б) эффективности ее использования

Разработанный программно-аппаратный комплекс позволяет реализовать оперативную диагностику процесса резания с использованием системы оригинальных датчиков и устройств контроля деформаций срезаемого слоя, определение и оперативный ввод коррекций в траектории движения ИРО станка, а также ввод коррекций режимов резания, обеспечивающих при стабилизации контактных нагрузок повышение работоспособности режущего инструмента.

В результате создана система диагностики и управления (СДУ) обработкой на базе токарного станка с системой ЧПУ класса PCNC (см. рис. 4, а), а также внедрены результаты диссертационной работы в производство. При этом показано, что совершенствование процессов формообразования фасонных поверхностей деталей путем оперативных коррекций процессов обработки с использованием СДУ наряду с повышением работоспособности режущего инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов позволяет повысить производительность обработки в 1,4 – 1,9 раза (см. рис. 4, б), повысить экономически целесообразную размерную точность обработки до 2-х квалитетов ISO и снизить трудоемкость обработки сложных фасонных деталей на 32 – 46%.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана система определения и регистрации геометрических параметров криволинейных лезвий, обеспечивающая в условиях интенсивного изнашивания инструмента повышение точности формообразования фасонных поверхностей деталей при управлении обработкой с вводом коррекций. Внесением оперативных коррекций в траектории движения формообразующего режущего инструмента (ФРИ) при точении на токарных станках, оснащаемых системами ЧПУ класса PCNC, реализована компенсация отклонений, выявленных при диагностике.

2. Разработаны, изготовлены и применены системы, комплексы устройств и диагностических модулей для контроля геометрических, деформационных, силовых параметров и процессов нагружения элементов ТС. Обосновано и реализовано управление следящими приводами станков с ЧПУ. Предложены алгоритмы формирования системы коррекций по траекториям движения ИРО станков для компенсации погрешностей, выявленных при диагностике конкретных наладок ТС, а также для повышения точности формообразования поверхностей фасонных деталей.

3. Предложены модель и алгоритм управления процессом резания, позволяющие при использовании разработанной системы диагностики, реализовать режим стабилизации деформаций срезаемого слоя путем оперативного ввода коррекций режимов резания. Экспериментальными исследованиями подтверждено повышение работоспособности режущего инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов путем стабилизации контактных нагрузок в процессе нестационарного резания.

4. Установлены рациональные схемы крепления и нагружения сменных режущих пластин, реализованные в конструкциях разработанного сборного инструмента, обеспечивающих повышение его работоспособности при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ.

5. Разработаны математические модели, алгоритмы и программное обеспечение системы диагностики и управления (СДУ), позволяющие с использованием PCNC в режиме реального времени реализовать определение и ввод коррекций в процесс обработки. Установлено, что сочетанием оперативных коррекций одновременно по режимам резания и по траекториям движения ФРИ достигается наибольшая точность формообразования фасонных поверхностей деталей в конкретных ТС. При точении жаропрочных сталей и сплавов реализованы рациональное нагружение режущего инструмента и наибольшая для конкретных условий технико-экономическая эффективность обработки на токарных станках с ЧПУ.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

Cтатьи в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Ковенский И.М. Диагностика и определение коррекций при изнашивании криволинейных лезвий режущего инструмента в процессе точения на станках с ЧПУ / Ковенский И.М., Некрасов Р.Ю., Путилова У.С. // «Проблемы машиностроения и автоматизации». – М: МосгорЦНТИ, 2007. - № 4. - C. 92-94.

2. Ковенский И.М. Повышение эффективности использования режущего инструмента при диагностике и оперативном управлении обработкой на станках с ЧПУ / Ковенский И.М., Некрасов Р.Ю., Путилова У.С. // «Вестник ИжГТУ». – Ижевск: Изд. ИжГТУ, 2008. - №1. - С. 35 - 37.

В следующих работах:

3. Некрасов Р.Ю. Моделирование технологических переходов обработки на станках с ЧПУ с использованием ПЭВМ [Текст] / Р.Ю. Некрасов, Раемгулов Р.Н. // Материалы областной научной конференции «Информационные технологии в образовательном процессе». -Тюмень: Изд-во «Вектор бук», 2002. – С. 194 - 196.

4. Некрасов Р.Ю. Интерполяция и оперативная коррекция от ПЭВМ движения исполнительных рабочих органов станков с ЧПУ [Текст] / Р.Ю. Некрасов, А.И. Смовж, Н.А. Проскуряков // Материалы международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири». - Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. - С. 42 - 43.

5. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003611798 RU. Программа для управления станком со следящим приводом / Н.А. Проскуряков, Р.Ю. Некрасов, Тюм. гос. нефтегаз. ун-т. (РФ) 2003611308; Заявл.16.07.2003; Регистр.28.07.2003.

6. Некрасов Р.Ю. Управление обработкой на станках с ЧПУ [Текст] / Р.Ю. Некрасов, С.С. Полуйков, А.А. Стулень // Официальный каталог IX Междунар. выставки «ЭКСПО - Наука 2003». – М.: ВВЦ, 2003. – С. 150.

7. Некрасов Р.Ю. Оперативная коррекция траекторий перемещений формообразующего режущего инструмента при обработке на станках с ЧПУ [Текст] / Н.А. Проскуряков, Р.Ю. Некрасов, А.В. Смирнов, Б.В. Барбышев // Сборник статей Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук». - Ульяновск: УлГТУ, 2004. - С. 168.

8. Пат. 2235621 Российская Федерация, МПК 7 В 23 В 27/16. Сборный инструмент [Текст] / Новоселов В.В., Некрасов Р.Ю., Володин А.В.; заявитель и патентообладатель Тюм. гос. нефтегаз. ун-т. - №2003104235 заявл.12.02.2003, опубл.10.09.2004, Бюл.№ 25.- 8 с.: ил.

9. Пат. 2254210 Российская Федерация, МПК 7 В 23 В 1/00. Устройство и способ измерения коэффициента усадки стружки [Текст] / Некрасов Р.Ю., Потерянский С.Л., Проскуряков Н.А.; заявитель и патентообладатель Тюм. гос. нефтегаз. ун-т. - №2003134568/02 заявл. 27.11.2003, опубл. 20.06.2005, Бюл. № 17.- 6 с.: ил.

10. Некрасов Р.Ю. Прочностная надежность конструкций сборного инструмента при термомеханическом нагружении [Текст] / Б.В. Барбышев, Р.Ю. Некрасов // Труды VI Международной конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности долговечности конструкций и методы их решения». - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2005. - С. 326.

11. Некрасов Р.Ю. Модель разрушений режущих лезвий инструмента из металлокерамических твердых сплавов [Текст] / И.М. Ковенский, Р.Ю. Некрасов // Материалы Всероссийской научной конференции «Наука. Технологии. Инновации». – Новосибирск, 2006. - С. 26-30.

12. Некрасов Р.Ю. Взаимосвязь параметров силового нагружения при резании и рассогласования положения в следящих приводах токарных станков с ЧПУ [Текст] / Р.Ю. Некрасов, Н.А. Проскуряков, У.С. Путилова // Повышение качества продукции и эффективности производства: материалы Междунар. науч.-технич. конф.- Вып.2.-Ч.1.-Курган: Курганского гос. ун-та, 2006. - 202 с.

13. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2008610388 RU. Программа управления компьютерным манипулятором для определения деформации срезаемого слоя при точении на станке с ЧПУ / Р. Ю. Некрасов, У.С. Путилова, И.М. Ковенский; Тюм. гос. нефтегаз. ун-т. (РФ) 2007614687; Заявл. 26.11.2007, Регистр. 21.01.2008.

14. Некрасов Р.Ю. Разрушение лезвий формообразующего режущего инструмента и коррекция траекторий его перемещений при точении на станках с ЧПУ [Текст] / И.М. Ковенский, Р.Ю. Некрасов, У.С. Путилова // Труды V Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии и экономика в машиностроении». - Юрга: Изд. ТПУ, 2007. - С. 259 - 264.

Подписано к печати 21.10.08 Бум. Писч. № 1
Заказ № 568 Уч.- изд. л. 1,0
Формат 60х84 1/16 Усл. печ. л. 1,0
Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 100 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

625000, Тюмень, ул. Володарского, 38

Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»

625039, Тюмень, ул. Киевская, 52



 




<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.